專利名稱：基于最大比合并的快速付立葉變換方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般的無線通信接收機，尤其涉及在無線通信接收機系統(tǒng)中，一種基于最大比合并的快速付立葉變換方法與裝置。
在窄帶無線信道中由可移動無線單元發(fā)送的不斷改變的多個接收路徑導(dǎo)致接收機端的信號強度隨之不同。差別由環(huán)境以及發(fā)射機和接收機相對于環(huán)境的運動所決定。通常，所接收到的衰落信號的信號強度可用瑞利概率密度函數(shù)來描述。持續(xù)時間與空號的發(fā)生頻率由載波頻率與可移動單元速率決定。
對某些持續(xù)時間來說，衰落可能消耗大部分接收機信號的能量。在一數(shù)字系統(tǒng)中，這可能導(dǎo)致突發(fā)錯誤，此時，即使平均信號強度在沒有衰落發(fā)生時足夠保證低的誤碼率，但在某一時段內(nèi)誤碼率會變得很高。
如果兩個接收機接收由同一可移動發(fā)射機發(fā)射的信號，若接收機之間距離超過幾個波長，則兩接收機中的信號包絡(luò)的衰落彼此無關(guān)。兩個接收機同時存在衰落比單個接收機存在衰落可能性更小。空間分集技術(shù)就利用了這一點來自兩個或多個接收機的信號被合并，減小了衰落效應(yīng)，接收機的天線在空間分立分布?？梢圆捎贸^兩個的接收機或支路。隨著支路數(shù)目的增加，衰落效應(yīng)進一步被減小。
現(xiàn)已有大量技術(shù)用于合并從每個支路來的信號。最簡單的技術(shù)之一就是選擇分集。在該技術(shù)中，一中央處理器掃描所有的支路，找出具有最高信號強度的接收機。在任何時刻，中央處理器用信號強度最高的支路作為其輸入。通過相關(guān)合并每個支路來的信號，通過調(diào)整每個支路來的增益使合并器輸出信噪比最大，可獲得更高的增益。這就是所知的最大比合并。
在常規(guī)系統(tǒng)中，多個二進制FSK信號同時在多個副信道中傳輸，一種接收和進行最大比合并的方法是利用大量的窄帶接收機，將它們調(diào)諧到每個副信道并從每個支路饋入。從這些接收機來的信號然后饋入到一常規(guī)最大比合并器，為每個副信道產(chǎn)生合并信號。不幸的是，隨著副信道數(shù)目的增加，此常規(guī)系統(tǒng)的復(fù)雜性以及成本相應(yīng)增加，結(jié)果導(dǎo)致在副信道數(shù)目超過一定數(shù)量以后，此常規(guī)系統(tǒng)不再適用。
因此需要一種經(jīng)濟的方法和裝置，用于接收和合并從大量支路接收到的大量無線信號，其中每個無線信號包含中等數(shù)量到大量的副信道。
本發(fā)明一方面是一種用于分集合并(diversity-combine)大量無線信號的方法，每個無線信號從大量支路中的一個支路接收，每個支路接到相應(yīng)的天線，每個無線信號包含大量的副信道。該方法包括以下步驟對從這些支路中的每一個支路來的無線信號進行數(shù)字化，生成大量與之相應(yīng)的數(shù)字化樣值；將這些數(shù)字化樣值轉(zhuǎn)換成大量的頻域信號。每個頻域信號對應(yīng)于這些副信道中的一個副信道，進而對應(yīng)于大量支路中的一個支路。每個頻域信號包含大量的與每個副信道里的大量的頻率相對應(yīng)的頻域樣值。本方法還包括為每個支路及每個副信道確定加權(quán)系數(shù)的步驟。加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量和噪聲功率決定。瞬時信號能量和噪聲功率由這些頻域信號算得。本方法還包括將與每個支路及每個副信道相應(yīng)的頻域信號乘上此加權(quán)系數(shù)這一步驟，用于生成與每個支路及每個副信道相對應(yīng)的大量加權(quán)頻域信號。另外，本方法包括合并對應(yīng)于每個副信道的所有支路的這些加權(quán)頻域信號的步驟，為每個副信道產(chǎn)生一分集合并頻域信號。
本發(fā)明另一方面是一種分集合并大量無線電信號的裝置。每個無線信號從大量支路中的一個接收，每個支路分別接到相應(yīng)的天線。每個無線信號包括大量的副信道。本裝置包括大量耦合到這些支路中的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于對從這些支路中的每一個支路來的無線信號進行數(shù)字化，生成相應(yīng)的數(shù)字化樣值。本裝置還包括大量耦合到這些A/D轉(zhuǎn)換器的支路處理器，它們將這些數(shù)字化樣值轉(zhuǎn)換為大量的頻域信號。每個頻域信號對應(yīng)這些副信道中的一個，進而與這些支路中的一個支路相對應(yīng)。每個頻域信號包括大量的頻域樣值，這些頻域樣值對應(yīng)于每個副信道中的大量頻率。每個支路處理器包括一加權(quán)系數(shù)單元，用于為支路處理器接收數(shù)字化無線信號的支路的每個副信道確定一加權(quán)系數(shù)。該加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量和噪聲功率決定。此瞬時信號能量和噪聲功率從這些頻域信號算得。支路處理器還包括一耦合到加權(quán)系數(shù)單元的乘法器，用于將與本支路和每個副信道對應(yīng)的頻域信號乘上加權(quán)系數(shù)，從而生成大量與支路及每個副信道相對應(yīng)的加權(quán)頻域信號。本裝置還包括一耦合到這些支路處理器的合并器，用于合并與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號，為每個副信道產(chǎn)生一分集合并頻域信號。
本發(fā)明另一方面是一選擇呼叫基站，它用在選擇呼叫通信系統(tǒng)中。該選擇呼叫基站包括一控制器，用于控制該選擇呼叫基站；以及一耦合到控制器的基站發(fā)射機，用于向本選擇呼叫通信系統(tǒng)中的一些選擇呼叫收發(fā)信機發(fā)送選擇呼叫信號。該選擇呼叫基站還包括大量的支路，這些支路包括大量的天線及其相應(yīng)的大量接收機單元，用于接收從這些選擇呼叫收發(fā)信機中的發(fā)射機發(fā)來的大量無線信號。每個無線電信號由這些接收機單元中的某一個接收，該接收機單元的輸入來自這些天線中的一個。每個無線信號包括大量的副信道。這些接收機單元還耦合到一用于分集合并這些無線信號的裝置。該裝置包括大量耦合到這些支路的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于對從這些支路中的每一個支路來的無線信號進行數(shù)字化，生成大量相應(yīng)的數(shù)字化樣值。該裝置還包括大量耦合到這些A/D轉(zhuǎn)換器上的支路處理器，用于將這些數(shù)字化樣值轉(zhuǎn)換為大量的頻域信號。每個頻域信號對應(yīng)于這些副信道中的一個副信道，從而進一步對應(yīng)于這些支路中的一個支路。每個頻域信號包括大量頻域樣值，它們與每個副信道中的大量頻率相對應(yīng)。每個支路處理器包括一加權(quán)系數(shù)單元，用于確定支路處理器接收數(shù)字化無線信號的支路的每個副信道的加權(quán)系數(shù)。該加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量和噪聲功率決定。該瞬時信號能量和噪聲功率由這些頻域信號算得。該支路處理器還包括一耦合到加權(quán)系數(shù)單元的乘法器，用于將與本支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號乘上此加權(quán)系數(shù)，從而生成大量與本支路及每個副信道相對應(yīng)的加權(quán)頻域信號。該裝置還包括一耦合到這些支路處理器的合并器，用于合并與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號，從而為每個副信道產(chǎn)生一分集合并頻域信號，

圖1是一選擇呼叫通信系統(tǒng)的電氣方框圖，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖2是一選擇呼叫基站的電氣方框圖，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖3描述的是一支路處理器中的固件以及存儲元件，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖4描述的是一合并器中的固件以及存儲元件，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖5是一選擇呼叫收發(fā)信機的電氣方框圖，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖6是一時序圖，例示了一組選擇呼叫收發(fā)信機中的某個確認信號的位組合，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖7是一信令圖，描述了在該選擇呼叫基站中，從一接收到的信號產(chǎn)生的一頻域信號，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖8是一頻率圖，描述了一多副信道的信號結(jié)構(gòu)，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖9是該選擇呼叫基站的操作流程圖，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖10是該選擇呼叫收發(fā)信機的操作流程圖，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
參看圖1，它是一選擇呼叫通信系統(tǒng)的電氣方框圖，對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，包括大量的選擇呼叫基站102，102通過通信鏈路106耦合到一常規(guī)中央控制器104中，常規(guī)中央控制器104用于控制該選擇呼叫基站102。中央控制器104最好是Motorola，Inc.of Schaumburg Illinios生產(chǎn)的MPS2000(TM)尋呼控制中心。也可以用其它類似控制器作中央控制器104。每個選擇呼叫基站102通過一發(fā)射天線109向大量選擇呼叫收發(fā)信機110發(fā)射無線信號。選擇呼叫基站102通過大量的接收天線108，從這些選擇呼叫收發(fā)信機110接收無線信號，多個接收天線108被耦合到每個選擇呼叫基站102。該耦合到每個選擇呼叫基站102的接收天線108相互之間間隔至少十個波長時比較好，這樣一來，各接收天線108接收到的無線信號大體上互不相關(guān)。無線信號包括傳輸給選擇呼叫收發(fā)信機110的選擇呼叫地址和報文；以及，從該選擇呼叫收發(fā)信機110接收的確認消息。可以理解選擇呼叫收發(fā)信機110除了確認消息以外還可以生成報文。中央控制器104耦合到一輸入接口112，輸入接口112用于從一本地輸入設(shè)備114如一常規(guī)鍵盤/顯示終端，以及公用交換電話網(wǎng)(PSTN)116，接收選擇呼叫信源。從PSTN來的選擇呼叫信源，可由諸如普通電話機118、一常規(guī)計算機/調(diào)制解調(diào)器120、或一普通傳真機122等產(chǎn)生，它們耦合到PSTN116的方法在本技術(shù)中廣為人知。
在選擇呼叫基站102和選擇呼叫收發(fā)信機110之間傳輸采用熟悉的選擇呼叫信令協(xié)議較好，如格雷序列碼(Golay Sequential Code)(GSC)，或國際一號尋呼碼(POCSAG)協(xié)議。從該選擇呼叫基站102來的出網(wǎng)傳輸采用二進制頻移鍵控(FSK)較好，工作在500到2,400比特每秒(bps)范圍內(nèi)。從該選擇呼叫收發(fā)信機110來的，傳給選擇呼叫基站102的入網(wǎng)傳輸采用窄帶二進制FSK調(diào)制較好，調(diào)制速率在100bps，至少在一個副信道上傳輸。有利的是，它也可以采用其它信令協(xié)議和FSK調(diào)制方式來進行任一方向或雙向的傳輸。另一有利之處是也可采用其它傳輸速率，只要入網(wǎng)傳輸?shù)拇a元持續(xù)時間比在那的傳輸時延大，從而碼元能被同步接收。
參看圖2，它是該選擇呼叫基站102的電氣方框圖，對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，它包括一常規(guī)鏈路接口208，鏈路接口208通過通信鏈路106耦合到到中央控制器104。從中央控制器104接收到的選擇呼叫地址和報文存儲在一常規(guī)存儲器204里，一直存儲到下一傳輸周期。
鏈路接口208耦合到一控制器206，控制器206控制一常規(guī)發(fā)射機210的操作。一個適用于本發(fā)明的例子是控制器采用Motorola的MC6809控制器。一耦合到該控制器206的常規(guī)定時信號發(fā)生器216提供一高精度時鐘，用以維護系統(tǒng)定時，供包括選擇呼叫基站102和這些選擇呼叫收發(fā)信機110的選擇呼叫通信系統(tǒng)進行通信以及實現(xiàn)同步，，本技術(shù)的一般人員對此也了解。
操作時，發(fā)射機210在傳輸周期開始時，先用第一頻率向這些選擇呼叫收發(fā)信機110發(fā)送包含一尋呼類型消息的信號。最好，由發(fā)射機210預(yù)定(尋址)一組選擇呼叫收發(fā)信機110來接收尋呼消息。眾所周知，尋呼消息在傳輸之前是用對這些選擇呼叫收發(fā)信機110中的這組選擇呼叫收發(fā)信機進行尋址的適當(dāng)?shù)牡刂肪幋a的。例如，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，當(dāng)這些選擇呼叫收發(fā)信機110中的某一組被尋呼時，最好，在一些比特(碼元)間隔內(nèi)，接收到此消息的該組選擇呼叫收發(fā)信機110每個基本上是同時發(fā)射確認響應(yīng)，這些比特(碼元)間隔是在工作在第二頻率的第二通信信道臨時分配的窄帶副信道上。最好，確認響應(yīng)的碼元持續(xù)時間比它的傳輸時延要大，從而碼元能夠被同步接收。每個包括一接收單元214和一個接收天線108的多個支路，用以接收確認響應(yīng)。眾所周知，接收單元214解調(diào)確認信號以生成一近基帶信號。
對應(yīng)于從每個支路來的單個碼元(比特)間隔近基帶信號的由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器220將該信號從模擬信號轉(zhuǎn)換(數(shù)字化)為采樣數(shù)字信號，本技術(shù)的一般技術(shù)人員對此了解清楚。每個支路專用一個A/D轉(zhuǎn)換器220較好。另外，A/D轉(zhuǎn)換器220作在每秒進行32,000次復(fù)數(shù)抽樣較好，這樣在比特率為每秒100比特時，每個比特有320個復(fù)數(shù)抽樣值。接收到經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器220轉(zhuǎn)換后的信號，經(jīng)過碼元間隔的緩沖，然后由大量支路數(shù)字信號處理器(DSP)218將其轉(zhuǎn)換為與每個碼元間隔以及每個副信道相對應(yīng)的頻域樣值。支路DSP218可包括諸如Motorola的DSP561000或Texas Instrument的TMS3000系列的數(shù)字信號處理器。有利的是，也可采用其它類似的DSP作支路DSP218，并且還可在該選擇呼叫通信系統(tǒng)中采用其它采樣頻率和比特率。還可以理解，發(fā)射機210可放置在遠離該選擇呼叫基站102的其他部件的地方，而選擇呼叫通信系統(tǒng)可以包括僅能接收的基站，它與選擇呼叫基站102相仿，只是缺少發(fā)射機210。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，支路DSP218轉(zhuǎn)換并存儲與每個支路的每個副信道上的每個碼元間隔相對應(yīng)的頻域樣值，并連續(xù)地接收、轉(zhuǎn)換和存儲這些頻域樣值，直到存儲了大量確認信號的頻域樣值為止?；謴?fù)每個支路的數(shù)字化樣值，并將其轉(zhuǎn)換成頻域信號。最好，支路DSP218對每個碼元間隔的時域樣值進行快速付立葉變換(FFT)，從而為每個支路和每個副信道生成頻域信號，此頻域信號由大量的確認信號產(chǎn)生，這些確認信號是作為合成時域信號，從一組選擇呼叫收發(fā)信機110中產(chǎn)生響應(yīng)的那些選擇呼叫收發(fā)信機110接收到的。支路DSP218然后根據(jù)瞬時信號能量和平均噪聲功率，為每個支路及每個副信道確定一加權(quán)系數(shù)，并且將與每個支路和副信道對應(yīng)的頻域信號乘上該加權(quán)系數(shù)。然后將求得的加權(quán)頻域信號在合并器DSP222中合并，為每個副信道產(chǎn)生一分集合并頻域信號。合并器DSP222與支路DSP218類型相似時較好。定時信號發(fā)生器216耦合到支路DSP218和合并器DSP222中，以提供處理這些數(shù)字化樣值所需的同步和定時，這些數(shù)字化樣值里包含大量的確認信號。支路DSP218和合并器222的操作將在下面加以詳細討論。
參看圖3，它描述的是支路DSP218中的固件和存儲單元，支路DSP218用于處理每個支路的每個副信道，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。固件單元包括一加權(quán)系數(shù)單元302，用于確定支路的每個副信道的加權(quán)系數(shù)，支路DSP218從該支路接收數(shù)字化無線信號。加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量及噪聲功率確定，而瞬時信號能量及噪聲功率由大量頻域信號算得。加權(quán)系數(shù)單元包括一噪聲估算器304，它計算與支路相應(yīng)的頻域信號在這些副信道的上下保護頻帶內(nèi)的第一平均幅度平方值，該支路DSP218耦合到此支路上。噪聲估算器304估算的支路噪聲功率應(yīng)等于第一平均平方值幅度，第一平均平方值幅度從保護頻帶測量算得，進一步細節(jié)在下面描述。加權(quán)系數(shù)單元302還包括一信號能量估算器306，它計算與該支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號在信息頻帶內(nèi)的第二平均幅度平方值。該瞬時信號能量與支路及每個副信道相對應(yīng)，應(yīng)等于算得的第二平均幅度平方值。加權(quán)系數(shù)單元302還包括一計算器308，用以計算支路及每個副信道的加權(quán)系數(shù)，此加權(quán)系數(shù)等于與支路及每個副信道相對應(yīng)的瞬時信號能量的平方根除上與該支路相應(yīng)的噪聲功率。
支路DSP218還包括一乘法器310，它給與本支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號乘上加權(quán)系數(shù)，從而生成與該支路及每個副信道相應(yīng)的大量加權(quán)頻域信號。支路DSP218還包括一零填充單元312和一快速付立葉變換(FFT)單元314，零填充單元312用以將數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪，快速付立葉變換單元用以對經(jīng)零填充以后的這些數(shù)字化樣值進行付立葉變換，從而生成與每個副信道中的大量頻率相對應(yīng)的大量頻域樣值。另外，支路DSP218包括一窗口單元316用于在將數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪之前，利用一Hanning窗口對這些數(shù)字化樣值進行開窗。最好，本窗口與發(fā)射機處的振幅Hanning窗口匹配，以減小鄰近頻道干擾，這在本技術(shù)中十分熟悉。支路DSP218還包括一存儲器318，用于暫存本發(fā)明優(yōu)選實施方式中的中間數(shù)值和計算結(jié)果。
參看圖4，它描述的是合并器DSP222中的固件和存儲器單元，對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，它包括一同相器402，用于使每個副信道的所有支路所對應(yīng)的大量加權(quán)頻域信號同相，從而生成大量加權(quán)同相頻域信號。合并器DSP222還包括一加法器404，用于累加這些加權(quán)同相頻域信號，為每個副信道產(chǎn)生一分集合并頻域信號。合并器DSP222還包括一存儲器406用于暫存本發(fā)明優(yōu)選實施方式中的中間數(shù)值與計算結(jié)果。支路DSP218和合并器DSP222協(xié)同為每個副信道產(chǎn)生分集合并頻域信號的方式將在下面作進一步的描述。
參看圖5，它是本選擇呼叫收發(fā)信機的電氣方框圖，對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，它包括一用于截取發(fā)來的無線信號的天線502，將這些無線電信號耦合到一常規(guī)接收機504的輸入端。最好，這些無線信號屬選擇呼叫(尋呼)報文信號，提供如接收機地址及數(shù)字或文字消息之類的輔助報文。然而，有利的是其它熟悉的尋呼信令格式，諸如只有音調(diào)的信令或音調(diào)和聲音都有的信令同樣適合使用。
接收機504處理這些無線信號并在輸出端產(chǎn)生一數(shù)據(jù)流，它代表解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息。解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息耦合到解碼器/控制器506的輸入端，在那里用本技術(shù)中熟悉的方式進行信息處理。發(fā)射機512耦合到天線502和解碼器/控制器506。發(fā)射機512最好是一個常規(guī)窄帶二進制FSK發(fā)射機，工作的比特率為100比特每秒。有利的是發(fā)射機也可以采用其它FSK調(diào)制技術(shù)和比特(碼元)速率，只要碼元持續(xù)時間相對比傳輸延遲大。
常規(guī)功率開關(guān)510耦合到解碼器/控制器506，用于控制接收器504的電源供給，籍此實現(xiàn)節(jié)電功能；以及發(fā)射機512的電源供給，發(fā)射機接收到尋呼報文后緊接著發(fā)送確認響應(yīng)，這將在下面作進一步的詳細討論。
為了示例，盡管也可采用其它信令格式，我們?nèi)詫⒓俣ㄊ褂肞OCSAG信令格式。當(dāng)解碼器/控制器506接收到地址時，將它與存儲在編程碼塊(代碼存儲器)522中的一個或多個地址比較，如果匹配，就產(chǎn)生一告警信號，提醒用戶收到一選擇呼叫消息或?qū)ず簟４烁婢盘栔苯铀偷匠Ｒ?guī)聲音告警設(shè)備514，產(chǎn)生一聲音告警；或傳到常規(guī)觸動告警設(shè)備516，產(chǎn)生無聲振動告警。開關(guān)520允許選擇呼叫收發(fā)信機用戶選擇聲音告警514或觸動告警516，實現(xiàn)方式在本技術(shù)中廣為人知。
以后接收到的報文信息存儲在一消息存儲器524中，它最好是一個常規(guī)隨機訪問存儲器，用戶能用一個或多個開關(guān)520來訪問，進行顯示，這些開關(guān)提供其它附加功能，如復(fù)位、讀取和刪除等等。具體地說，利用開關(guān)520提供的適當(dāng)功能，存儲的報文能從消息存儲器524中恢復(fù)出來，并由解碼器/控制器506處理，以供常規(guī)顯示器508顯示，這樣用戶就能閱讀本消息。選擇呼叫收發(fā)信機110收到報文，它能自動向該選擇呼叫基站102提供確認響應(yīng)，以告知它本消息已被正確接收。最好，用戶可用開關(guān)520或其它本技術(shù)中熟悉的輸入設(shè)備輸入一消息，輸入消息后，解碼器/控制器506用對從接收到的報文中得到的一個地址進行編碼的方法處理此消息，從而生成確認響應(yīng)。在用無線電信號同步之際發(fā)送此經(jīng)編碼了的確認響應(yīng)，這些無線電信號來自產(chǎn)生該尋呼消息的選擇呼叫基站102。本技術(shù)一般技術(shù)人員對此技術(shù)十分了解。
解碼器/控制器506最好是采用一個與MC68HC05系列的微型計算機類似的微型計算機，該系列微型計算機由Motorola，Inc.of Schaumburg，Illinios生產(chǎn)。有利的是，其它微型計算機也可以用作解碼器/控制器506，并且消息存儲器524也可作為解碼器/控制器506的一部分。
參看圖6，它是一時序圖，例示了一組選擇呼叫收發(fā)信機110中的一個收發(fā)信機的某個確認信號的位組合600，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。如前所述，該確認信號由選擇呼叫收發(fā)信機110發(fā)送，所用比特率比從選擇呼叫基站102發(fā)送的尋呼信號的比特率更低，例如，尋呼信號比特率是在每秒500到2400比特范圍內(nèi)，而確認信號一般為每秒100比特。位組合600例示了某個選擇呼叫收發(fā)信機110的確認信號，它在某個副信道上傳輸。位組合600的描述位602、608、610和616-618代表數(shù)字的“1”，位604、608和612-614代表數(shù)字的“0”。在每個確認響應(yīng)中，各位的值當(dāng)然依據(jù)要傳送的信息而定。
參看圖7，它是一信令圖，描述了根據(jù)接收到的確認信號，在選擇呼叫基站102中產(chǎn)生一頻域信號，它對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。如前所述，在某個碼元間隔內(nèi)，選擇呼叫基站102在現(xiàn)用副信道上接收到的每個碼元被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻域信號702、712。水平軸704代表頻率，垂直方向代表信號幅度。優(yōu)選的調(diào)制方式是為每個相應(yīng)的選擇呼叫收發(fā)信機110同時分配不同的副信道，并采用二進制FSK。例如有十個副信道。這十個副信道的每一個的載波頻率位于某一中心軸750，它標志每個副信道的中心。最好，用頻域窗口函數(shù)估算所接收到的載波頻率，由頻域信號來確定接收到的碼元值，此后，測量并比較與M個與載波頻率偏移預(yù)定頻率的每個頻率對應(yīng)的能量。例如，一個二進制的“0”用頻域信號702表示，它比相應(yīng)副信道的中心軸750低一預(yù)定量706，而一個二進制的“1”用頻域信號702表示，它比相應(yīng)副信道的中心軸750高一預(yù)定量708。
參看圖8，頻率圖800描述了一多副信道的信號結(jié)構(gòu)，它由選擇呼叫收發(fā)信機110發(fā)送，對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。這個信號結(jié)構(gòu)包括大量的副信道806，每個副信道包含一信息頻帶804，在信息頻帶上下有保護頻帶802。大體上每個副信道806的所有能量，如超過95％的能量 ，是在信息頻帶804里面?zhèn)鬏數(shù)?。沒有明顯的副信道能量，如少于1％的能量，是在保護頻帶802里面?zhèn)鬏數(shù)摹?br> 參看圖9，它是選擇呼叫基站102的操作流程圖，對應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，開始是上電902。初始化后，在一個碼元間隔內(nèi)，A/D轉(zhuǎn)換器220數(shù)字化904無線信號，生成大量與支路對應(yīng)的數(shù)字化樣值，這些無線信號來自本選擇呼叫基站102中每個支路的接收機單元。接著，支路DSP218將這些數(shù)字化樣值轉(zhuǎn)換成大量頻域信號。每個頻域信號對應(yīng)大量副信道中的一個，并進而對應(yīng)于產(chǎn)生該信號的支路。每個頻域信號包括大量與副信道中的大量頻率相對應(yīng)的頻域樣值。轉(zhuǎn)換開始時，用一hanning窗口給這些數(shù)字化樣值開窗908。如前所述，這個Hanning窗口在最好是與一用在發(fā)射機512中的振幅Hanning窗口相匹配，以減少鄰近頻道干擾，這在本技術(shù)中已十分成熟。接下去，支路DSP218把這些數(shù)字化樣值增加成二的整數(shù)次冪，并且對它們進行快速付立葉變換(FFT)，生成大量的頻域樣值，這些頻域樣值與每個支路的每個副信道中的大量頻率相互對應(yīng)。
接著，支路DSP218，通過計算與每個支路相應(yīng)的頻域信號在這些副信道的上下保護頻帶內(nèi)的平均幅度平方值，估算912與每個支路相應(yīng)的平均噪聲功率。支路DSP218，通過計算與每個支路以及每個副信道相應(yīng)的頻域信號在信息頻帶內(nèi)的平均幅度平方值，估算914與每個支路以及每個副信道相應(yīng)的瞬時信號能量。這以后，支路DSP218計算916每個支路及每個副信道的加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)等于瞬時信號能量的平方根除以與每個支路相對應(yīng)的平均噪聲功率。然后，支路DSP218將每個支路和每個副信道對應(yīng)的頻域信號乘上918相應(yīng)加權(quán)系數(shù)，從而生成大量與每個支路及每個副信道對應(yīng)的大量加權(quán)頻域信號可以理解，在估算每個支路噪聲頻率時，也可以使用超過單個的碼元間隔，如靠得最近的八個相鄰碼元間隔。通過對幾個碼元間隔中的保護頻帶信號的測量和求平均，估算出的平均噪聲更為精確。
加權(quán)頻域信號饋入到合并器DSP222中。合并器DSP222使這些與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的加權(quán)頻域信號同相920，從而生成大量加權(quán)同相頻域信號。同相是通過檢驗與每個支路的副信道相對應(yīng)的幅度平方FFT的樣值，然后定位每個副信道的最大值來實現(xiàn)的。當(dāng)最大值定位后，產(chǎn)生最大值處的頻率指數(shù)、在頻率指數(shù)處的加權(quán)FFT的相位、以及生成該頻率指數(shù)的支路都被保存到存儲器406中。接著，就其余支路的副信道的信息頻帶進行數(shù)學(xué)上的相移，其余支路是指不包含副信道最大值的支路。在產(chǎn)生最大值的頻率指數(shù)處所作的相移使所有支路有相同的相位，此相位是在頻率指數(shù)處對應(yīng)于加權(quán)FFT最大的支路的相位，它已被存儲。對每個副信道重復(fù)進行同相操作，直到所有的副信道全部同相為止。
緊跟著同相的是合并器DSP222累加這些加權(quán)同相頻域信號，為每個副信道產(chǎn)生分集合并頻域信號。此時，每個副信道的分集合并頻域信號已經(jīng)可用于載波跟蹤和碼元檢測了。合并器DSP222檢驗922是否需要更多的碼元。如果是，流程返回執(zhí)行步驟904，進行下一個碼元間隔的數(shù)字化。如果不是，也就是說，如果傳輸周期內(nèi)所有預(yù)定數(shù)量的碼元已經(jīng)接收到了，那樣選擇呼叫基站102就等待924從選擇呼叫收發(fā)信機110來的下一傳輸。
最好，載波跟蹤和碼元檢測是采用美國專利申請，名稱為“載波跟蹤和碼元檢測方法及裝置”，代理人卷號為PT01684U，由Liberti等人于1994年9月30日申請，此專利在此作為參考。
圖10是與本發(fā)明優(yōu)選實施方式相對應(yīng)的選擇呼叫收發(fā)信機110的操作流程圖。該選擇呼叫收發(fā)信機110從選擇呼叫基站102接收尋呼信號，這是步驟1002；以及，如果有地址和消息的話，對它進行解碼，這是步驟1004。尋呼信號最好還包含一傳輸時間，它同樣被解碼出來，這樣選擇呼叫收發(fā)信機110就能在發(fā)送確認響應(yīng)之前計算出延遲時間，這是步驟1004。選擇呼叫基站102的地址同樣被從接收到的尋呼信號中解碼出來，這是步驟1006。選擇呼叫收發(fā)信機110一直處于延遲，直到有一報文進入或要發(fā)送確認響應(yīng)為止，這是步驟1008。最好，選擇呼叫收發(fā)信機110提供一選項，可讓用戶在確認響應(yīng)中輸入消息，這在本技術(shù)中十分熟悉，這是步驟1010。如果沒有消息輸入或還沒到發(fā)射時間，進程接著執(zhí)行步驟1008。否則，若有消息輸入了，該消息用選擇呼叫基站102的地址編碼，這是步驟1012；或者，如果已到了發(fā)射時間，確認信號用一缺省消息編碼。在某些例子中，選擇呼叫收發(fā)信機110可能不需要從選擇呼叫基站102接收地址，只是簡單地在預(yù)分配的副信道上，向選擇呼叫基站102發(fā)送消息。接收和解碼確認報文后，選擇呼叫收發(fā)信機110一直處于延遲，直到要發(fā)送確認響應(yīng)為止，這是步驟1014。然后把確認響應(yīng)發(fā)送給選擇呼叫基站102，這是步驟1016。用這種方法，這些選擇呼叫收發(fā)信機110相互之間幾乎同時響應(yīng)。由于確認響應(yīng)所用的碼元速率低，因此選擇呼叫基站102也幾乎是同時收到從這些選擇呼叫收發(fā)信機110來的碼元。
因此，現(xiàn)在應(yīng)該很清楚，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式提供了一種經(jīng)濟的方法與裝置，用于對大量從大量支路接收到的無線信號進行接收和最大比合并，其中每個無線信號包括多個副信道。利用每個支路的一個DSP，通過對接收到的每個支路的無線信號進行快速付立葉變換，用經(jīng)濟的方法將所有多個副信道轉(zhuǎn)換成頻域信號。為進行最大比合并，對這些頻域信號進行加權(quán)，然后用一合并器DSP同相以及合并，籍此為多信道衰落窄帶FSK信號提供了一種近似最佳的分集合并器。
權(quán)利要求
1.一種用于分集合并大量無線信號的方法，每個無線信號從大量支路中的某個接收，每個支路分別接到相應(yīng)的天線；以及，每個無線信號包括大量副信道；本方法包括以下步驟對從這些支路中的每一個支路來的無線信號進行數(shù)字化，生成大量與之相應(yīng)的數(shù)字化樣值；對這些數(shù)字化樣值進行轉(zhuǎn)換，生成大量頻域信號，每個頻域信號對應(yīng)于這些副信道中的一個副信道，并進而對應(yīng)于這些支路中的一個支路；以及，每個頻域信號包括大量頻域樣值，這些頻域樣值對應(yīng)于每個副信道中的大量頻率；為每個支路以及每個副信道確定一加權(quán)系數(shù)，此加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量及噪聲功率確定，該瞬時信號能量和噪聲功率從這些頻域信號算得；將與每個支路和每個副信道對應(yīng)的頻域信號乘上此加權(quán)系數(shù)，從而生成大量與每個支路和每個副信道對應(yīng)的加權(quán)頻域信號；以及合并這些加權(quán)頻域信號，為每個副信道生成一分集合并頻域信號，這些加權(quán)頻域信號與每個副信道的所有支路相對應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的合并步驟包括以下步驟使這些加權(quán)頻域信號同相，從而生成大量的加權(quán)同相頻域信號，這些加權(quán)頻域信號與每個副信道的所有支路相對應(yīng)；以及累加這些加權(quán)同相頻域信號，為每個副信道生成分集合并頻域信號。
3.權(quán)利要求1的方法，其中每個副信道包括上下保護頻帶，這些保護頻帶包含其中沒有這些無線電信號明顯的能量傳輸?shù)念l率范圍；并且，其中的確定步驟包括以下步驟計算與每個支路對應(yīng)的這些頻域信號在這些副信道的上下保護頻帶內(nèi)的第一平均幅度平方值；以及估算與每個支路相應(yīng)的噪聲功率，它應(yīng)等于此第一平均幅度平方值。
4.權(quán)利要求3的方法，其中每個副信道包括一包含這些無線電信號攜帶的副信道的能量幾乎都在其中傳輸?shù)念l率范圍的信息頻帶；并且其中的確定步驟還包括以下步驟計算與每個支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號在這個信息頻帶內(nèi)的第二平均幅度平方值；以及估算與每個支路及每個副信道對應(yīng)的瞬時信號能量，它應(yīng)等于此第二平均幅度平方值。
5.權(quán)利要求4的方法，其中的判決步驟還包括為每個支路和每個副信道計算該加權(quán)系數(shù)的步驟，此加權(quán)系數(shù)等于與每個支路及每個副信道相對應(yīng)的瞬時信號能量的均方根除以與每個支路相對應(yīng)的噪聲功率。
6.權(quán)利要求1的方法，其中的轉(zhuǎn)換步驟包括如下步驟將這些數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪；以及這些數(shù)字化樣值經(jīng)快速付立葉變換(FFT)后，生成與每個副信道中的這些頻率相對應(yīng)的這些頻域樣值。
7.權(quán)利要求6的方法，其中的轉(zhuǎn)換步驟還包括在將這些數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪之前，用一Hanning窗口對這些數(shù)字化樣值進行開窗。
8.一種用于分集合并大量無線信號的裝置，每個無線信號從大量支路中的某個接收，每個支路分別接到相應(yīng)的天線，并且每個無線信號包括大量的副信道；本裝置包括大量耦合到這些支路的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于對從這些支路中的每個支路來的無線信號進行數(shù)字化，形成與其相應(yīng)的大量的數(shù)字化樣值；大量耦合到這些模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的支路處理器，用于將這些數(shù)字化樣值轉(zhuǎn)換成大量的頻域信號，每個頻域信號與這些副信道的一個副信道相對應(yīng)，并進而與這些支路的一個支路相對應(yīng)；以及，每個頻域信號包括大量的、與每個副信道中的大量頻率相對應(yīng)的頻域樣值；每個支路處理器包括一加權(quán)系數(shù)單元，用于為支路處理器接收數(shù)字化無線信號的支路的每個副信道確定一加權(quán)系數(shù)，此加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量和噪聲功率決定，該瞬時信號能量和該噪聲功率從這些頻域信號算得；以及一耦合到此加權(quán)系數(shù)單元的乘法器，用于將與本支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號乘上此加權(quán)系數(shù)，從而生成大量與本支路及每個副信道相對應(yīng)的加權(quán)頻域信號；其中本裝置還包括一耦合到這些支路處理器的合并器，用于合并與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號，為每個副信道生成一分集合并頻域信號。
9.權(quán)利要求8的裝置，其中合并器包括一同相器，用于使與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號同相，以生成大量加權(quán)同相頻域信號；以及一耦合到此同相器的加法器，用于累加這些加權(quán)同相頻域信號，從而為每個副信道生成分集合并頻域信號。
10.權(quán)利要求8的裝置，其中每個副信道包括上下保護頻帶，這些保護頻帶包含其中沒有這些無線信號明顯的能量傳輸?shù)念l率范圍；并且，其中的加權(quán)系數(shù)單元包括一噪聲估算器，它耦合到這些支路中的某一個支路，用于計算與本支路相對應(yīng)的這些頻域信號在這些副信道的上下保護頻帶內(nèi)的第一平均幅度平方值；以及估算與本支路相對應(yīng)的噪聲功率，它應(yīng)等于此第一平均幅度平方值。
11.權(quán)利要求10的裝置，其中每個副信道包括一占一定頻率范圍的信息頻帶，幾乎所有的由這些無線信號攜帶的副信道能量都在其中傳輸；并且，其中的加權(quán)系數(shù)單元還包括一耦合到這些支路中的某一個的信號能量估算器，用于計算與本支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號在這個信息頻帶內(nèi)的第二平均幅度平方值；以及估算與本支路及每個副信道相對應(yīng)的瞬時信號能量，它應(yīng)等于此第二平均幅度平方值。
12.權(quán)利要求11的裝置，其中加權(quán)系數(shù)單元還包括一耦合到噪聲估算器以及信號能量估算器的計算器，用于為本支路和每個副信道計算該加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)等于與本支路以及每個副信道相對應(yīng)的瞬時信號能量的平方根除以與本支路相對應(yīng)的噪聲功率。
13.權(quán)利要求8的裝置，其中每個支路處理器還包括一零填充單元，用于將這些數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪；以及一耦合到該零填充單元的快速付立葉變換(FFT)單元，用于對經(jīng)過零填充后的這些數(shù)字化樣值執(zhí)行快速付立葉變換，以生成這些與每個副信道內(nèi)這些頻率相對應(yīng)的頻域樣值；
14.權(quán)利要求13的裝置，其中每個支路處理器還包括一耦合到該零填充單元的窗口單元，通過利用一Hanning窗口，在將這些數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪之前，對這些數(shù)字化樣值進行開窗。
15.一用于選擇呼叫通信系統(tǒng)的選擇呼叫基站，該選擇呼叫基站包括一用于控制該選擇呼叫基站的控制器；一耦合到此控制器的基站發(fā)射機，用于向在該選擇呼叫通信系統(tǒng)中運作的選擇呼叫收發(fā)信機發(fā)射選擇呼叫信號；大量的支路，它們包括大量天線以及相應(yīng)的大量接收機單元，用于接收從選擇呼叫收發(fā)信機中的發(fā)射機發(fā)來的大量無線信號，每個無線信號由這些接收機單元中的某個接收，接收機單元的輸入來自某個天線，并且，每個無線信號包括大量的副信道，這些接收機單元還耦合到一分集合并這些無線信號的裝置，該裝置包括大量的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，它們耦合到這些支路中，用于數(shù)字化從這些支路中的每個支路來的無線信號，從而生成相應(yīng)的大量數(shù)字化樣值；大量的支路處理器，它們耦合到這些A/D轉(zhuǎn)換器，用于將這些數(shù)字化樣值轉(zhuǎn)換成為大量的頻域信號，每個頻域信號對應(yīng)于這些副信道中的一個副信道，并進而對應(yīng)于這些支路中的一個支路，并且，每個頻域信號包括與每個副信道內(nèi)大量頻率相對應(yīng)的大量頻域樣值；每個支路處理器包括一加權(quán)系數(shù)單元，用于為支路處理器接收數(shù)字化無線信號的支路的每個副信道確定一加權(quán)系數(shù)，此加權(quán)系數(shù)由瞬時信號能量和噪聲功率確定，該瞬時信號能量和噪聲功率從這些頻域信號算得；以及一耦合到該加權(quán)系數(shù)單元的乘法器，用于將與本支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號乘上此加權(quán)系數(shù)，從而生成與本支路及每個副信道相對應(yīng)的大量加權(quán)頻域信號；其中該裝置還包括一耦合到這些支路處理器的合并器，用于合并與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號，從而為每個副信道產(chǎn)生一分集合并頻域信號。
16.權(quán)利要求15的該選擇呼叫基站，其中的合并器包括一同相器，用于使與每個副信道的所有支路相對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號同相，從而生成大量加權(quán)同相頻域信號；以及一耦合到該同相器的加法器，用它來疊加這些加權(quán)同相頻域信號，為每個副信道產(chǎn)生分集合并頻域信號。
17.權(quán)利要求15的選擇呼叫基站，其中每個副信道包括上下保護頻帶，這些保護頻帶包含其中沒有這些無線信號明顯的能量傳輸?shù)念l率范圍；以及，其中的加權(quán)系數(shù)單元包括一噪聲估算器，它耦合到這些支路中的某一個，用于計算與本支路相對應(yīng)的這些頻域信號在這些副信道的上下保護頻帶內(nèi)的第一平均幅度平方值，它還用于估算與該支路相對應(yīng)的噪聲功率，它應(yīng)等于此第一平均幅度平方值。
18.權(quán)利要求17的選擇呼叫基站，其中每個副信道包括一信息頻帶，此頻帶包括這些無線信號攜帶的的能量幾乎都在其上傳輸?shù)念l率范圍；以及，其中的加權(quán)系數(shù)單元還包括一信號能量估算器，它耦合到這些支路中的某一個，用于計算與本支路及每個副信道相對應(yīng)的頻域信號在這個信息頻帶內(nèi)的第二平均幅度平方值，它還用于估算與本支路及每個副信道對應(yīng)的瞬時信號能量，它應(yīng)等于此第二平均幅度平方值。
19.權(quán)利要求18的選擇呼叫基站，其中該加權(quán)系數(shù)單元還包括一計算器，它耦合到噪聲估算器及信號能量估算器上，用于為本支路及每個副信道計算加權(quán)系數(shù)，此加權(quán)系數(shù)等于與本支路及每個副信道相對應(yīng)的瞬時信號能量的平方根除以與本支路對應(yīng)的噪聲功率。
20.權(quán)利要求15的選擇呼叫基站，其中每個支路處理器還包括一零填充單元，用于將這些數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪；以及一快速付立葉變換(FFT)單元，它耦合到該零填充單元，用于對經(jīng)零填充后的這些數(shù)字化樣值執(zhí)行快速付立葉變換，從而生成這些與每個副信道內(nèi)這些頻率相對應(yīng)的這些頻域樣值。
21.權(quán)利要求20的選擇呼叫基站，其中每個支路處理器還包括一耦合到該零填充單元的窗口單元，它用一Hanning窗口，在將這些數(shù)字化樣值增加為二的整數(shù)次冪之前，對這些數(shù)字化樣值進行開窗。
全文摘要
一種對從大量支路(108，214)接收到的無線信號進行分集合并的方法及裝置。每個無線信號包括大量副信道(806)。從每個支路(108，214)來的無線信號被數(shù)字化(904)為數(shù)字化樣值，這些樣值被轉(zhuǎn)換(908，910)成頻域信號(702，712)。每個頻域信號(702，712)與一副信道及一支路(108，214)對應(yīng)。根據(jù)瞬時信號能量和噪聲功率為每個支路(108，214)及每個副信道(806)確定一加權(quán)系數(shù)，此瞬時信號能量和噪聲功率從頻域信號(702，712)算得。與每個支路(108，214)及每個副信道(806)對應(yīng)的頻域信號(702，712)乘上(918)此加權(quán)系數(shù)，從而生成與每個支路及每個副信道相對應(yīng)的加權(quán)頻域信號。與每個副信道(806)的所有支路(108，214)對應(yīng)的這些加權(quán)頻域信號被合并(920)后，為每個副信道(806)生成一分集合并頻域信號。
文檔編號H04B7/02GK1161765SQ95195854
公開日1997年10月8日 申請日期1995年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月24日
發(fā)明者小約瑟夫·C·李伯綈, 道格拉斯·I·阿耶爾斯, 托尼·R·布郎奇, 斯蒂芬·R·卡塞羅 申請人:摩托羅拉公司