CN1043414A - 组合空间分集系统 - Google Patents

Abstract

一个用于数字式可移动电话网络的空间分集系统。它包括至少两个天线，一个天线是一个第一单元(或主单元)的一个部分而另一个天线是一个分集单元(或从单元)的一个部分，每个单元都有一个能检测由它们各自的天线接收到的数字式声频信号的“质量”的处理装置，该“质量”包括链路质量、AGC电平和奇偶错误；第一单元能够比较由各个天线接收到的声频信号的“质量”，选择较高“质量”的信号并把该较高“质量”的信号发送到电话网络中。

Description

单体式（或可移式）电话系统被认为在电话技术中有着日益增长的重要性，当它在技术上变得更为有效时，将可能最终取代相当可观的一部分固定式有线装备。

单体式电话不是基于有线技术，而是基于射频（RF）技术的，因此它会遇到许多在有线装置中不存在的问题。

虽然可移式单体系统迄今为止还是主要建立在模拟技术的基础之上，但这种技术受到一些严重的限制，特别是在复杂性、频谱效率、隐私性和费用方面。这一情况导致了数字技术的发展，这种技术在固定式电话装备中已经有其恰当的应用，现在正开始要取代模拟技术。

显然，可移式系统最终将包括两种类型，即便携型（或手提型）和车载型电话。虽然可以预料本发明将适用于便携型系统，但它主要涉及车载型系统。

利用射频的通信系统，特别是在运动环境下使用时，所遇到的问题之一是容易受到衰落和遮挡的影响。在车载无线电装置中经常碰到的一个普通现象是，在某一地点无线电装置的接收信号突然衰落了，但是把车稍稍移动一下便能使信号恢复。

对付这种衰落和遮挡的一个熟知技术是使用分集法。迄今所用的两类分集法是时间分集和频率分集，前者包括不止一次地发送和接收同样的信息，后者包括以不止用一个载频来发送和接收信息。然而这两个方法都有这样的缺点：它们需要额外的带宽。

第三类分集法是空间分集，它不需要额外的带宽。该分集法包括使用在车体上互相分开适当距离的两个或更多个天线。因为这些天线的衰落特性在统计上是相互独立的，当某一天线有衰落时其它天线一般仍能收到全部信号，从而避免了衰落效应。不过，这些分离的天线将给出分离的信号，如果控制不当，后者可能造成重声和相互干扰。

本发明包括一个空间分集系统，其中几个分离天线各自的信号被有效地组合成单一的高质量、非衰落、非遮挡信号，因而在保持空间分集法优点（不需要使用额外的带宽，而这种额外带宽在其它分集系统，例如时间分集系统或频率分集系统中是需要的）的同时，避免了重声和各个信号间的干扰。

大体说来，在本发明的系统中，一个天线回路包括一个第一单元（或主单元），而另一个天线回路包括一个分集单元（或从单元）。每个单元都接收各自的信号并加以处理，以检测奇偶错误、自动增益控制（AGC）电平和链路质量（术语“奇偶错误”意为一个引起失真或衰落的比特错误，高AGC电平表示由于衰落或干扰而造成的信号恶化，链路质量是相位误差的一种度量^-链路质量数愈高，相位误差量就愈低。）。

然后，将两个天线单元的被处理过的奇偶错误、链路质量和AGC电平进行比较，而具有最小的奇偶错误、最低的AGC电平和最佳的链路质量的那个较好的信号被送入接收器。

虽然按这里的描述，该空间分集系统是应用于用户单元或基地站的接收端的，但它同样适用于用户单元或基地站的发射端。

图1是一个后综合空间分集系统的方框图，该系统体现本发明被用于用户单元的接收中。

图2是一个与图1相似的方框图，但示出一个先综合空间分集系统。

图3A和3B包括一个用于基地站的后综合型空间分集系统的方框图。

图4是一个用于图3A和3B系统的分集组合单元的方框图。

图5是一个用于基地站的先综合空间分集系统的方框图。

缩写表

缩写    定义

AGC    自动增益控制

CCU    通道控制单元

CODEC    组合编码器和解码器

DMA    直接存储器访问

FIFO    先进先出存储器

IF    中频

LQ    链路质量

MODEM    调制器和解调器

MUX    多路转换器

PCM    脉冲编码调制

PE    奇偶错误

RELP    剩余退出线性预测

RF    射频

Rx    接收

SUD    合成器上行/下行转换器

Tx    发送

VCP    语声编码器处理器

VCU    语声CODEC单元

图1表示应用于用户单元（总体用10代表）的本发明，它包括一个第一单元（或主单元，用12代表）和一个分集单元（或从单元，用14代表）。每个单元都包含一个天线（分别用16和18代表），每个天线都与一个无线电装置（分别用20和22代表）相连。每个无线电装置和一个MODEM处理器（分别用24和26代表）进行双向通信，以用于发射和接收。每个MODEM处理器又通过各自的DMA接口28和30和各自的基带处理器（分别用32和34代表）进行双向通信。

每个基带处理器和各自的锁存器（用36和38代表）进行通信。每个基带处理器也和一个多路转换器40（分别用42和44代表）通信，由此来自各个基带处理器的脉冲编码调制（PCM）信号被加到多路转换器上，后者包含一个通过线路46而受到基带处理器32控制的开关。多路转换器通过线路48把其PCM输出加到CODEC50上，后者与送受话器52进行双向通信。

工作时，当从基地站接收到声音信号时，这些信号既被第一单元12接收，又被分集单元14接收。这些已被压缩和编码（例如利用RELP分析）的信号从各自的天线16和18传送到各自的无线电装置20和22中，无线电装置又把它们以RF信号的形式传送到各自的MODEM处理器24和26中。MODEM处理器解调这些信号，并把已解调的字符传送到各自的DMA接口28和30中，从那里它们被传送到各自的基带处理器32和34之中。

每个基带处理器都提供有能对输入的压缩数据实现RELP综合的装置，从而数据得以被解除压缩或者得到扩展。根据多路转换器开关的位置，被解除压缩的数据（PCM）有选择地或者通过线路42从第一基带处理器32传送到多路转换器40，或者通过线路44从基带处理器34传送到多路转换器40。

两个基带处理器都还有能利用检错编码装置来检测奇偶错误的功能。在技术上已知有各种形式的检错编码，例如“汉明”（“Hamming”）编码，“里德-梭罗门”（“Reed-Salomon”）编码和其它类似编码。在目前的优选实施例中，使用了汉明编码。

来自MODEM处理器24的语言数据通过DMA接口28被发送到基带处理器32中，后者的功能是执行RELP综合和检测该数据的链路质量、AGC电平和奇偶错误。

类似地，来自MODEM处理器26的语言数据通过DMA接口30被发送到基带处理器34中，后者的功能是执行RELP综合和检测质量数据：包括该语言数据的链路质量、AGC电平和奇偶错误。然后该质量数据通过用作缓存器的锁存器38和36被从基带处理器34发送到基带处理器32中。

基带处理器32被编程，使得能够把其自身电路的质量数据（包括奇偶错误、链路质量和AGC电平）和从基带处理器34接收到的质量数据进行比较。它从这两个电路中选出最佳质量的语言数据，即具有最高链路质量、最小奇偶错误和最低AGC电平的数据，并通过路线46，利用所选出的质量数据来控制多路转换器中的开关，使多路转换器或者连接到来自第一单元的路线42上，或者连接到来自分集单元的路线44上，以便能够使用来自所选电路的语言数据。来自多路转换器的已扩展的合成PCM信号通过路线48传送到CODEC50中，在那里它被转换成模拟信号，并被传送到送受话器52的接收端。

除了下述的差别外，图2所示系统和图1所示系统是相似的，这个差别是，图2代表一个先综合系统，其中所选出的语言信号在被扩展前先被送到第一基带处理器中，然后第一基带处理器才扩展所选出的语言信号并把它发送到CODEC中。

这里的系统总体用100来代表，它包括一个第一用户单元102和一个分集用户单元104。与图1系统类似，每个单元都包括一个天线（分别用106和108代表）;一个无线电装置（分别用110和112代表）;一个MODEM处理器（分别用114和116代表），每个MODEM处理器都和其相应的无线电装置进行双向通信;以及一个DMA接口（分别用118和120代表），该DMA接口与各自的MODEM和各自的基带处理器（分别用122和124代表）相连接。

这样，基带处理器124通过一个先进先出存储器FIFO126和基带处理器122相通信，但是只有基带处理器122才执行RELP综合来扩展被压缩的信号。就这一点而言，语言数据通过FIFO126从基带处理器124传送到基带处理器122。后者把来自基带处理器124的语言数据的质量数据（包括链路质量、奇偶错误和AGC电平）与其自身的相应数据进行比较，然后取出较好的那个压缩语言数据并执行RELP综合，从而把压缩语言数据扩展成为PCM信号。然后基带处理器122把合成PCM信号传送到CODEC128中，在那里该信号被转换成模拟信号，然后后者再被传送到送受话器130的接收部分。

上述的分集组合系统是对用户站来说明的，但它同样也适用于基地站。在图3A和3B中示出了这样的基地站系统（以后综合系统的形式），在图中它总体由200来代表。该系统200包括一个第一通道模块（总体用202来代表）和一个分集通道模块（总体用204来代表）。

模块202包括一个天线206，它与一个合成器上行/下行转换器（SUD）208相耦合，后者又通过接收线212和一个MODEM210相通信。该MODEM通过发送线214也和SUD208相通信。该MODEM是与通道控制单元（CCU）216相耦合的，后者使得来自MODEM的数据在恰当的时隙被发送出去。

SUD的合成器提供振荡器频率，这些频率与自天线接收的频率相作用而使其被下移;然后通过路线212它们被传送到MODEM中。在发送时，来自MODEM的中频1F通过路线214而被传送到SUD中，在那里它们和合成器的振荡频率相作用而被上移，以便输送到天线中去。不论在哪一种情形中，因为振荡器频率相对来说是没有误差的，所以无论出现什么误差都可以认为是天线或MODEM输出频率中的误差。

在美国专利4，644，561号和4，675，863号中，关于MODEM、CCU以及与它们相关的元件的结构和功能均有更为充分的描述;在这里提到这些公开专利是为了便于参考。

MODEM210和一个语音CODEC单元（VCU）相通信，后者总体用218代表，它包括多个语言编码器处理器（VCP），这里画出的是4个，用第一VCP＃1、＃2、＃3和＃4来代表。

MODEM210通过DMA接口（分别用220、222、224和226代表）和VCP218中的各个VCP相通信，这些接口使得语言数据通过其各自的时隙从MODEM210传送到VCP218中的各个VCP中去。第一VCP的程序使得它能够确定质量数据（包括奇偶错误、AGC电平和链路质量）并把该质量数据以及PCM传送到分集组合单元228中去。上述语言数据就是在各个第一VCP中进行分析的。

同样类型的数据被从一个VCU（总体用230代表）传送到单元228中。VCU230和VCU218是完全相同的，它包括分集VCP＃1、＃2、＃3和＃4。VCU230是分集通道模块204的一个组成部分。MODEM232和MODEM210的相类同的，它有一个通道控制单元234。MODEM232通过接收线238和发送线240和SUD236相通信，后者是和SUD208相类同的。

MODEM232通过一些DMA接口（分别用242、244、246和248代表）和VCU230相通信，这些接口使得数据通过各自的时隙从MODEM234传送到VCU230中去。

VCU218和230都通过时钟线254和门线256从多路转换器252接收它们的PCM定时信号。另一方面，多路转换器252通过路线258、260、262和264从分集组合单元228接收PCM信号。

图4较为全面地示出了分集组合单元228;它包括多个VCP接口电路。图4详细地画出了VCP＃1的接口电路，但是对其它3个VCP接口电路只是笼统地表示。然而，所有4个VCP接口电路都是互相相似的，它们中的每一个都具有像所示的VCP接口电路＃1那样的特定电路。

现在来看VCP接口电路＃1，那里有分别用302、304、306和308来代表的4个锁存器。锁存器302接收来自第一VCU218中的VCP＃1的链路质量和奇偶错误数据，而锁存器304接收来自分集VCU230中的VCP＃1的链路质量和奇偶错误数据。锁存器306接收来自第一VCU218中的VCP＃1的AGC数据，而锁存器308接收来自分集VCU230中的VCP＃1的AGC数据。4个锁存器的所有数据都通过一个公用的总线310被传送到一个微处理器312中，后者比较第一质量数据和分集质量数据，并确定哪一个较为优良。本实施例所使用的微处理器是一个“lnte18031”8位微处理器，该处理器由加州圣克拉拉的英特公司（lntel    Corp.of    Santa    Clara，California）所制造。

较优的那个质量数据被用来提供一个控制信号，使得开关装置314中的一个开关被打向两个位置中的某一个位置，其中一个位置将通过路线316接收来自第一VCP＃1的PCM信号，另一个位置将通过路线318接收来自分集VCP＃1的PCM信号。被选中的PCM信号通过通道258（在图3A和3B中也已画出）从开关装置314传送到多路转换器252中。多路转换器252是基地站的一个组成部分。该基地站没有在本文中描述，但它是属于美国专利4，777，633号和4，779，262号中所示的那种类型的，在此列出这两个专利是为了提供参考。

VCP接口电路＃2、＃3和＃4都是和接口电路＃1完全一样的，它们一起被接到总线310上，并在它们各自的通道（分别用260、262和264代表，在图3A和3B中也已画出）上提供PCM输出。

以上，系统是对于数据的接收来描述的，然而，在发射时它也能以一个相类似的然而是相反的方式来工作。关于这一点，要说明的是如果一个天线能够比另一个天线提供较好的接收，那么这个天线也必定能提供较好的发射，这是因为，不论是接收还是发射，那另一个天线是受到同样的遮挡等等的影响的。

图5画出了一个先综合基地站系统（总体用400代表），它包括一个第一模块（用402代表）和一个分集模块（用404代表）。每个模块都有一个天线，分别用406和408代表。每个天线都与一个无线电装置（分别用410和412代表）相耦合，每个无线电装置又都和一个MODEM（分别用414和416代表）相通信。

每个MODEM都和多个DMA相通信，这里画出了4个DMA，在第一通道模块中它们分别用418、420、422和424代表;在分集通道模块中它们分别用426、428、430和432代表。每个DMA和各自的、与图3A和3B所示同样类型的VCP相通信，在第一通道模块中这些VCP分别用434、436、438和440来代表;在分集通道模块中这些VCP分别用442、444、446和448来代表。

第一通道模块的VCP434-440和各自的F1FO（分别用450、452、454和456代表）相通信，而分集通道模块的VCP442-448也和这些F1FO相通信。

第一VCP的程序提供了一个附加的比较功能，由此它们既可取得它们自己的质量数据（包括链路质量、奇偶错误和AGC电平），又能取得分集VCP的质量数据，并对这两组质量数据进行比较，再对较优的压缩语言数据执行RELP综合（扩展）。合成PCM数据通过通道460、462、464和466被送到多路转换器（未画出）上。

除了上述功能之外，该系统的一个优点是，如果一个天线变得不能工作时，例如被雷击或受到其它损伤时，将会自动地转换到另一个天线上去。

虽然上面对该系统的描述是关于双天线模式的，然而也有可能使用两个以上的天线。这时各个天线的最佳质量信号将会被第一单元所选出，以提供PCM数据。这可以体现为一个第一天线单元加上多个分集天线单元，对于基地站来说这样做将特别可行。

此外，也有可能使用多个天线系统，每个系统都包括一个第一单元和一个或多个分集单元，其中一个系统的第一单元用作整个网络的主单元，以选择要使用的信号。同样，对于基地站来说这样做将特别可行。

Claims (9)

1、一个用于无线电话系统的空间分集系统，包括：

含有一个第一单元和至少一个分集单元的多个天线单元，每个单元都有一个天线；

每个单元都有能确定原始声频信号的质量数据的装置，所述质量数据包括链路质量、AGC电平和奇偶错误；

用于将分集单元质量数据和第一单元质量数据相比较的装置；

用于选出具有较优质量数据的声频信号的装置；以及

用于把所选出的声频信号传送到电话系统中去的装置。

2、根据权利要求1的空间分集系统，其中原始声频信号从它们各自的天线被传送到所述天线单元中去。

3、根据权利要求1的空间分集系统，其中原始声频信号从所述天线单元被传送到它们各自的天线中去。

4、根据权利要求1的空间分集系统，其中天线能接收被压缩的数字式声频信号，并且每个单元都有能综合和扩展从各自的天线接收到的信号的装置。

5、根据权利要求1的空间分集系统，其中天线能接收被压缩的数字式声频信号，但是只有第一单元含有能综合和扩展被压缩的信号并把它们传送到电话系统中去的装置。

6、根据权利要求1的空间分集系统，它适用于电话用户站。

7、根据权利要求1的空间分集系统，它适用于电话基地站。

8、根据权利要求1的空间分集系统，其中第一单元用一个开关装置进行可操作的通信，所述第一单元利用质量数据来操作开关装置以便为选出的声频信号形成一条从第一单元到电话系统的通路。

9、根据权利要求8的空间分集系统，其中所述选出的声频信号通过所述通路被传送到一个多路转换器中，从那里该信号被传送到电话系统。

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