CN1086081C - 瑞克接收机以及具有该瑞克接收机的频谱扩展通信装置 - Google Patents

Abstract

一种频谱扩展通信装置，在瑞克接收机中设有加权系数运算电路，该运算电路根据传送路径特性检测电路检测出的每一路的本路接收振幅求出信号功率，同时根据传送路径特性检测电路检测出的其它两路接收振幅求出干扰波功率，根据该信号功率和干扰波功率分别计算加权系数。将算出的加权系数供给各加权系数乘法器，对各路的接收信号进行加权后，用符号合成器8进行符号合成，经多路传送路径接收一个发送单元发出的频谱扩展信号时，可获得良好的期望波对干扰波比值。

Description

瑞克接收机以及具有该瑞克接收机的频谱扩展通信装置

本发明涉及车载电话系统和无绳电话系统、无线LAN系统等数字移动通信系统所使用的通信装置，特别是使用码分多址存取(CDMA：Code DivisionMultiple Access)方式或多码传送方式进行无线通信的频谱扩展通信装置。

近来，作为移动通信系统适用的通信方式，干扰与扰动强的频谱扩展通信方式引人注目。

使用频谱扩展通信方式的通信系统中，按如下方式进行通信。即：首先，发送侧的通信装置用PSK调制方式等数字调制方式调制数字化的声音数据和图象数据。然后，用伪噪声代码(PN代码：pseudo noise code)等扩展代码，将该已调制的发送数据变换为宽频带的基带信号，该扩展的发送信号变换为射频信号并发送之。另一方面，接收侧的通信装置，首先，用与发送侧通信装置使用的扩展代码相同的代码对所接收的射频信号进行频谱逆扩展。而且，对该逆扩展后的接收信号按照PSK解调方式等数字解调方式进行数字解调并再现接收数据。

这种无线通信系统采用瑞克(RAKE)接收方式作为对付多路径的方法之一，。即：无线通信系统中，发送侧装置发出的无线波既有直接到达接收侧装置的情况，也有被建筑物和山等反射而到达的情况。这样一个无线波经多个路径以不同延迟时间到达接收侧装置时，发生波形畸变。把这种现象称之为多路径。

频谱扩展通信方式中，可按1扩展码长(1码隙长度)分离用一个天线接收的有延迟时间差的多路径无线信号。这里，将多路径信号输入多个独立解调器，在这些解调器中用对应各路径的时间相位的扩展代码进行频谱逆扩展，可采用再现符号合成多路径逆扩展后的接收信号后的接收数据的接收方式。由于接收机的结构象耙子，该接收方式称为瑞克接收方式。用瑞克接收方式，进行路径分集，可大幅度提高经过多路传送路径的信号接收品质。

图5是显示现有瑞克接收机结构一例的电路方框图，表示经3条路径合成所传送的无线信号时的结构。

天线接收的、无线部分频率降频变频后的多路径接收信号输入到经延迟器1a，1b延迟不同时间后的频谱扩展用乘法器2a，2b，2c。乘法器2a，2b，2c分别将上述多路径接收信号乘以由扩展代码发生器3产生的扩展代码，由此分离每一路径的接收信号。

用积分阻尼滤波器4a，4b，4c对这些接收信号进行1符号间隔的积分，积分输出依次输入到移相器5a，5b，5c和加权乘法器6a，6b，6c。

同时上述各积分输出分别输入到传送路径特性检测电路7a，7b，7c，检测各路的传送路径特性。然后，根据传送路径特性检测结果，在上述移相器5a，5b，5c和加权乘法器6a，6b，6c中对上述各积分输出进行相位重合与加权，其输出信号由合成器8合成。通过正比于每一路径中检出的接收信号振幅而确定权重，将积分输出乘以权重，完成加权。因此，瑞克接收机最大比例合成3路径的接收信号，于是得到最大分集增益。

但是，这种现有瑞克接收机存在下述问题。

即：以最大比例合成各路径接收信号的情况下，叠加在各路径中的噪声和等电功率白色高斯噪声出现时，得到最大增益。

如图6(a)所示，从CDMA移动通信系统的移动站PS-A，PS-B，PS-C向基地站BS上行的线路中，如图6(b)所示，对于信号A1，信号A2，B1，B2，C1，C2成为干扰波，对于信号A2，信号A1，B1，B2，C1，C2分别为干扰波。即：CDMA移动通信系统的上行线路中，由于各干扰波从多个发送源通过各种路径到达，通过统计多种效果，路径中叠加的干扰波大致成为白色高斯噪声，用最大比例合成得到最大增益。

另一方面，如图7(a)所示，在从基地站BS向移动站PS-A下行的线路上，在使用正交代码作为扩展代码情况下，通过同一路径的信号互不干扰，只有通过其它路径的信号成为干扰波。就是说，如图7(b)所示，A2，B2，C2成为信号A1的干扰波，而A1，B1，C1成为信号A2的干扰波。因此，叠加在各路径中的干扰等所谓电功率白色高斯噪声不见了。

即：经多传送路径接收从一个发送单元发射的频谱扩展信号时，用最大比例合成的瑞克接收机的接收输出信号的期望波对干扰波比值(D/U)不是最佳。

集中使用采用不同扩展代码的多个信道从一个无线站向其它无线站传送数据，进行所谓多码传送的频谱扩展通信系统中也存在同样问题。

本发明针对上述问题，其目的是提供一种具有瑞克接收机的频谱扩展通信装置，即使经多路传送路径接收一个发送单元发射的频谱扩展信号时，该瑞克接收机也能始终得到良好的期望波对干扰波比值。

为达到上述目的，本发明的瑞克接收机和频谱扩展通信装置包括用于瑞克接收的主要结构部件：传送路径特性检测装置、加权系数产生装置、加权处理装置以及合成装置，传送路径特性检测装置用于从接收的多路径信号中分别检测各路径的传送路径特性；根据该传送路径特性检测装置检测出的各路传送路径特性，加权系数产生装置分别求出每一路对象路径的信号功率和相对于相应对象路径的其它路径的干扰波功率，并根据该信号功率和干扰波功率分别产生上述对象路径的加权系数；根据该加权系数产生装置在每一路产生的加权系数，加权处理装置对相应的上述各路接收信号进行加权处理；合成装置合成由该加权处理装置加权的各路接收信号。

按照这种结构，经多路传送路径瑞克接收从一个发送单元发射的频谱扩展信号时，对多路径中的每一路径，不仅考虑对象路径的信号功率，而且考虑根据其它路接收振幅求出的干扰波功率，从而求出对象路径相应的加权系数，再根据加权系数对上述各路的接收信号进行加权。为此，例如经多路传送路径从CDMA移动通信系统的基地站向移动站传送频谱扩展信号时，即使可加在各路径上的干扰等所谓电功率白色高斯噪声看不见的情况下，也能完成每一路径的各个最适当的加权处理。因此，与用最大比例合成每一信号功率来进行加权的现有技术相比，能得到最佳期望波对干扰波的比值。

本发明的特征还在于，上述加权系数产生装置中设有噪声功率产生装置，它产生与接收的对象路径信号中包含的热噪声和来自通信对方装置之外的通信装置的干扰波中至少一方相当的功率，根据传送路径特性检测装置检测的各路传送路径特性，分别求出各路中对象路径的信号功率和相对该对象路其它路产生的干扰波功率，基于该信号功率和干扰波功率，以及上述噪声功率产生装置产生的噪声功率分别产生上述对象路径的加权系数。

按照这种结构，除了对象路径的信号功率和来自其它路的干扰波功率外，还考虑如单元外干扰或其它无线站产生的干扰与热噪声中的至少一方的噪声功率，计算各路的加权系数。因此，可能受到来自象蜂窝无线系统那样的其它蜂窝干扰的系统中，每一路可确实进行最佳加权，从而可得到期望波对干扰波比值更佳的接收信号。

本发明的瑞克接收机和频谱扩展通信装置设有根据所有路径的传送路径特性求出各路的加权系数的加权系数产生装置，由该加权系数产生装置分别求出每一路的对象路的信号功率和其它路对该的干扰波功率，对象路基于该信号功率和干扰波功率分别产生上述对象路径的加权系数，根据产生的每一路径的加权系数，对相应各路的接收信号进行加权处理后，合成各路的接收信号。

根据本发明，能提供在一个发送单元经多路径传送路径接收发送的频谱扩展信号时，通常能获得良好期望波对干扰波比的瑞克接收机和具有该瑞克接收机的频谱扩展通信装置。

图1是表示具有本发明的瑞克接收机的频谱扩展通信装置的第一实施例的电路方框图。

图2是表示图1所示频谱扩展通信装置的瑞克接收机结构的电路方框图。

图3是表示本发明瑞克接收机的效果与现有最大比例合成相比较的D/U特性图。

图4是表示本发明瑞克接收机的其它实施例的电路方框图。

图5是表示现有瑞克接收机结构的一例的电路方框图。

图6表示从移动站向基地站的上行线路中期望波和干扰波的情况。

图7表示从基地站向移动站的下行线路中期望波与干扰波的情况。

(第1实施例)

图1是表示本发明频谱扩展通信装置一个实施例的电路方框图。

从话筒10a输出的讲话人的送话声音信号由模—数转换器(A-D)11a转换成数字信号后，用声音编码—译码器(speech coder-decoder，下称音码器：vocoder)12编码，微处理器(MPU)13将控制信号等加到从上述音码器12输出的编码送话信号中，由此产生传送数据。

在数据产生电路14附加检错码和纠错码后在叠加编码器15对该传送数据编码，再用交错电路16进行交错处理。然后，频谱扩展器17用PN代码把该交错电路16输出的传送数据频谱扩展为宽频带信号。

该频谱扩展了的发送信号经数字滤波器18除去不需要的频率分量后，用数—模转换器(D-A)19转换成模拟信号。然后，该模拟发送信号在模拟前端20增频为规定的无线信道频率，同时功率放大为规定的发送功率电平后，从天线12向如移动通信基地站发送。

另一方面，天线21接收的频谱扩展无线信号在模拟前端20低噪声放大的同时降频为中频或基频。然后，从该模拟前端20输出的接收信号在模—数转换器(A-D)22以规定的取样周期转换成数字信号后，输入到搜索接收机23、自动增益控制(AGC)电路24和瑞克接收机25。

瑞克接收机25具有从多路无线信号分别分离并再现不同的3路接收信号的3个指针电路，以及符号合成该指针电路的输出信号的符号合成器。

搜索接收机23用来搜索基地站发送的每一无线频率的导频信号的PN代码，并捕捉偏移，其结构与指针电路基本相同。由该PN代码的搜索动作得到的功率控制数据送入微处理器13。

从上述瑞克接收机25输出的解调符号与定时信息一起输入到去交错电路26，在去交错电路26中进行去交错处理。去交错后的解调符号在维特比译码器27中进行维特比译码，纠错电路28对维特比译码后的解调符号进行纠错译码处理成为接收数据，然后输入到微处理器13。微处理器13将上述输入的接收数据分离为声音数据和控制数据。其中的声音数据由音码器12进行声音译码后由数—模转换器(D-A)11b转换成模拟信号，然后从扬声器10b扩音输出。

为了一面由用户输入拨号数据与控制数据等，一面显示与移动站动作状态有关的各种信息，而设有键盘/显示器29。该键盘·显示器29的动作由微处理器13控制。

上述瑞克接收机25的结构如下。图2是表示其结构的电路方框图。另外，与上述图5相同的部分使用相同标记。

各传送路径特性检测电路7a，7b，7c检测出的各路径P1，P2，P3的振幅信息全部输入至运算电路9。根据上述传送路径特性检测电路7a，7b，7c检出的各路径P1，P2，P3的振幅信息，运算电路9计算各路径P1，P2，P3的加权系数并供给加权乘法器6a，6b，6c，计算各加权系数时，不但使用各路径P1，P2，P3每一个的本身振幅信息，而且使用其它两路径的振幅信息。

如果传送路径特性检测电路7a，7b，7c检测出的各路径P1，P2，P3振幅分别为R1，R2，R3，则各路径P1，P2，P3的加权系数W1，W2，W3表示为：

W1＝f(R1，R2，R3)

W2＝f(R2，R3，R1)

W3＝f(R3，R1，R2)f()为函数。

其中，在函数 $f(x,y,z)=x/\sqrt{x\×x+y\×y+z\×z)}$ 的情况下，由于各路径P1，P2，P3传送路径特性与加权系数成比例，所以，路径分集合成为最大比例合成。该函数只是对象路径的接收功率除以全部接收功率而已，各路径P1，P2，P3的加权系数的比不变，为各路径P1，P2，P3的接收功率的比。

对此，根据本发明的第一实施例，对各路的每一路，运算电路9根据对象路径的振幅求出信号功率，同时根据其它路径的振幅求出对本路径的干扰波功率，根据该计算结果求出对象路径的加权系数。

即：路径为n条时，各路传送路径特性的振幅为r1，r2，…，ri，…，rn，那么加权系数w1，w2，…，wi…，wn为

其中：

A：比例常数；

m：移动站数或多码数；

PG：扩展率。

按照这种结构，例如路径P1，P2，P3的接收信号用瑞克接收机25的各指针电路分离时，传送路径特性检测电路7a，7b，7c分别检测出上述各路径P1，P2，P3的接收信号的相位差信息和振幅信息。然后，根据其中的相位差信息，在移相器5a，5b，5c进行相位调整。

上述各传送路径特性检测电路7a，7b，7c检测出的振幅信息分别输入运算电路9。基于上述第(1)式，计算出各路径P1，P2，P3的加权系数w1，w2，w3。例如，就路径P1而言，根据该路径P1的接收信号振幅r1求出本路径P1的信号功率，再根据其它两路径P2，P3的接收振幅r2，r3求出干扰波功率。根据该信号功率和干扰波功率的计算值，计算关于该路径P1的最适当加权系数w1。

对其它路径P2，P3也一样，由本路径的接收振幅求出信号功率，由其它两路径的接收振幅求出对本路径的干扰波功率。

根据该信号功率和干扰波功率，分别计算加权系数w2，w3。

计算得到的加权系数w1，w2，w3从运算电路9分别供给加权乘法器6a，6b，6c，由此，加权乘法器6a，6b，6c按照加权系数w1，w2，w3对分别从移相器5a，5b，5c输出的积分输出进行加权处理。

经加权的各路径接收信号由符号合成器8符号合成后，用于数据译码处理。

本发明的这种频谱扩展通信装置，设有加权系数运算电路9，该运算电路9在根据各路径每一路的本路径接收振幅求出信号功率的同时，根据其它两路径的接收振幅求出干扰波功率，根据该信号功率和干扰波功率分别计算加权系数w1，w2，w3。

因此，即使CDMA系统的下行线路各路径中叠加的干扰波功率未表现为不等的白色噪声时，也能够不仅考虑每一路径的信号功率而且考虑干扰波功率而进行最适当的加权，由此能得到具有良好的期望波对干扰波比(D/U)的接收信号。

图3表示多路径有2波的情况下，使用2路径本发明的瑞克接收机接收时，2波电平比与期望波对干扰波比(D/U)的关系，并与现有的最大比例合成方法相比较。从图3可看出，与现有最大比例合成方法相比，本发明的方法取得了良好的D/U特性。

按照本发明的结构，在分散配置多个无线站的频谱扩展通信系统中，任一无线站对其它无线站经多路径传送路径多码传送数据的情况下，也能取得同样效果。

(第2实施例)

按照第一实施例，考虑信号功率和来自其它路径的干扰波功率进行加权，考虑到实际CDMA移动通信系统的使用环境，还必须考虑「蜂窝外干扰+热噪声」的功率。

本发明的第二实施例考虑上述蜂窝外干扰+热噪声并求出各路径的加权系数。此时，如果「蜂窝外干扰+热噪声」的功率为N，则运算电路9使用的函数式表示如下：

(2)式中，根据连接移动站数求出蜂窝内的干扰功率，从移动站天线的全部接收功率中减去求出的干扰功率，由此可推出N的概数。也可以根据理论值或测定值确定预定的N值。这样可降低运算电路9的运算量。另外，考虑「蜂窝内干扰」与「蜂窝外干扰+热噪声」的时间变化特性不同，上述「蜂窝外干扰+热噪声」的功率N也可乘以规定的系数α(例如α＝0.5～1.5)。

另外，在相对的2个无线站间进行数据的多码传送的频谱扩展通信系统中，使来自其它无线站的「其它站干扰+热噪声」的功率为N，就可照样使用上述第(2)公式。

根据第二实施例，运算电路9计算各路径的加权系数时，将各路每一路径的本路径信号功率与来自其它路径的干扰波功率相加，根据蜂窝外干扰或来自其它无线站的干扰与热噪声而考虑噪声功率。可能受到来自如蜂窝无线系统那样的其它蜂窝的干扰的系统中，能进行各路径每一路径的实际情况下的最佳加权，由此，实际系统中，通过各路径每一路径能进行实际情况下的最佳加权，并得到D/U良好的接收信号。

(其它实施例)

本发明并不局限于上述各实施例。上述第一实施例设有对各路径(各指状电路)公用的一个运算电路9，该运算电路9计算各路径的加权系数。也可以如图4所示，各路径(各指状电路)每一路径设有运算电路9a，9b，9c，每个运算电路9a，9b，9c计算相应路径的加权系数。

另外，上述各实施例描述的是独立于各指状电路而设置运算电路9的情况，也可以是如下结构：由DSP(Digital Signal Processor)构成移相器5a，5b，5c和加权乘法器6a，6b，6c及一起的运算电路9，由该DSP进行相位调整处理、加权系数的计算处理和加权乘法处理。

另外，不用说，可由LSI与其它移相器5a，5b，5c和加权乘法器6a，6b，6c一起或单独地构成上述运算电路。

至于其它瑞克接收机的结构、运算电路的结构及其运算处理内容、使用瑞克接收机的通信装置的种类与结构、适用对象的通信系统的种类与结构等，在不脱离本发明宗旨的范围内可作出各种变形并实施。

Claims (4)

1.一种瑞克接收机，经多路传送路径接收从一个通信对方装置发出的频谱扩展信号，其特征在于包括：

从接收的多路信号中分别检测各路径的传送路径特性的传送路径特性检测装置；

加权系数产生装置，根据上述传送路径特性检测装置检测出的各路传送路径特性，加权系数产生装置分别求出每一路的对象路径的信号功率和其它路径对该对象路径的干扰波功率，根据该信号功率和干扰波功率分别产生所述对象路径的加权系数；

根据该加权系数产生装置产生的每一路径的加权系数，对相应的所述各路径接收信号进行加权处理的加权处理装置；

合成由该加权处理装置加权后的各路径接收信号的合成装置。

2.如权利要求1的瑞克接收机，其特征在于所述加权系数产生装置设有噪声功率产生装置，噪声功率产生装置产生与所述接收的对象路径信号中包含的热噪声、来自所述通信对方装置之外的通信装置的干扰波中的至少一方相当的功率；

所述加权系数产生装置，根据所述传送路径特性检测装置检测出的各路传送路径特性，分别求出每一路径的对象路径的信号功率和其它路径对该对象路径的干扰波功率，根据该信号功率和干扰波功率，以及所述噪声功率产生装置产生的噪声功率而分别产生所述对象路径的加权系数。

3.一种频谱扩展通信装置，经多路径传送路径接收从一个通信对方装置发出的频谱扩展信号，其特征在于，该频谱扩展通信装置至少具有接收所述频谱扩展信号的瑞克接收机、解调与译码瑞克接收机所接收的接收信号并再现传送数据的数据再现部，所述瑞克接收机具有：

从接收的多路径信号中分别检测各路径的传送路径特性的传送路径特性检测装置；

加权系数产生装置，根据上述传送路径特性检测装置检测出的各路径的传送路径特性，加权系数产生装置分别求出每一路的对象路径的信号功率和其它路对该对象路径的干扰波功率，根据该信号功率和干扰波功率产生所述对象路径的加权系数；

根据该加权系数产生装置产生的每一路径的加权系数，对相应的所述各路接收信号进行加权处理的加权处理装置；

合成由该加权处理装置加权后的各路接收信号的合成装置。

4.如权利要求3的频谱扩展通信装置，其特征在于，所述加权系数产生装置设有噪声功率产生装置，噪声功率产生装置产生与所述接收的各路径信号中包含的热噪声、来自所述通信对方装置之外的通信装置的干扰波中的至少一方相当的功率；

所述加权系数产生装置，根据所述传送路径特性检测装置检测出的各路传送路径特性，分别求出每一路径的对象路径的信号功率和其它路径对该对象路径的干扰波功率，根据该信号功率和干扰波功率，以及所述噪声功率产生装置产生的噪声功率而产生所述对象路径的加权系数。

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