CN1259251A - 频带自适应解调的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

在诸如双频带数字蜂窝式电话***的多频带数字通信***中,基带信号处理是通过从若干基带信号处理参数组中随频带和所接收的通信信号而变地选择最佳的、最适当的基带信号处理参数组来完成的。

Description

频带自适应解调的方法与装置
本发明涉及通信***中的信号处理。更具体地说，本发明涉及通信***中随着在其中传输对应的调制信号的频带而变地自适应地解调基带信号。
对无线通信服务的需求已以异常的速率增长。为了适应这种需求，已经增加了可用于无线通信的射频频谱。例如，诸如蜂窝式电话***等无线通信***现在使用蜂窝式与PCS频带的混合物。因此，当客户跨国旅行及接受来自不同蜂窝供应商的服务时，蜂窝客户现在比以前更需要能双频带工作以确保无缝电话服务的移动电话。
此外，已采用各种调制方法及多路存取技术来进一步满足对无线服务的高需求。当然，频分多址或FDMA是传统的方法。这里，将频谱分成若干无线电信道，其中各信道对应于不同的载波频率。时分多址或TDMA是另一方法，其中将FDMA***中的各载波频率或频道进一步分成时隙，将各时隙分配给不同用户。因此，各频道能容纳多个用户。如本领域中普通技术人员能理解的，在D-AMPS、PDC及GSM数字蜂窝式***中采用了TDMA与FDMA。如果无线电频道足够宽，使用扩展频谱技术及码分多址或CDMA，多个用户能使用同一频道，IS-95与J-STD-008便是CDMA标准的实例。
在数字通信***中，诸如蜂窝语音、电子邮件及因特网数据等信息是用一系列二进制信息符号表示的。然后将这些二进制信息符号编码及调制，以便能将它们在诸如线路、空中或磁带等传输介质上从发送单元传送到接收单元。例如，在数字蜂窝式电话***中，表示蜂窝语音的位被调制，然后将得出的波形从基地台发射到蜂窝式移动电话单元。为了使蜂窝客户听见说话，移动电话必须使用能接收及解调该波形并最终能恢复二进制信息符号序列以再生语音的接收机。
为了做到这一点，数字接收机尤其包括无线电信号处理器。将无线电信号处理器调谐到发射的信号的频带与载频。然后无线电信号处理器将发射信号放大、混频及向下滤波到基带。虽然基带通常指的是零中频，但这里它用于指固定的基准中频。
然而，传输介质可能引入干扰及可使发射的信号失真的其它现象。例如，传输介质可引入符号间干扰、多路效应或同信道干扰。此外，接收机上的频率误差可导致基带波形旋转，从而影响所接收的信号的同相(I)及正交(Q)分量。通常无线电信号处理器未从发射的信号中消除这些效应。因此，为了从基带信号中恢复想要的二进制信息符号，接收机通常采用基带处理器。
在对付信号干扰与失真中，基带处理器可采用均衡器。均衡器是一种跟踪诸如波形被传输介质变形的程度等各种信道特征的专用的滤波器。通常，均衡器通过周期性获取信道分支来跟踪信道特征。这是通过产生预期的接收值(如使用已知或检测到的符号)来完成的。将预期的接收值与实际接收值比较，实际接收的与预期的之间的差反映正在跟踪的信道特征。然后均衡器便能利用这一信息来调节信道分支估计量以补偿传输介质引入的干扰和/或失真。
适应速率或均衡器获得信道分支的速率通常称作信道跟踪步长。信道跟踪步长取决于信道改变的速度。这又尤其取决于发射信号的对应频带和/或载频。例如，频带或载频越高，信道特征改变的趋势越快。然而，无线电信号处理器消除载频，因而不能利用这一信息来帮助基带处理器确定如何正确地设定适应速率。因此，传统上将基带处理器设计成按照最坏的可能情况条件(如最高频带和/或最高载频)来设定适应速率。
当实际上不存在最坏情况条件时，根据最坏情况设定适应速率的传统方法导致过度使用基带信号处理或低劣的跟踪性能。过度使用基带处理会非常费时，导致较不精确的二进制信息符号检测，并且能快速用完接收单元的电源(如电池)。
已提出过其它解决方法。例如，美国专利5,230,007(Baum等人)提出随信道***本身的性能而修改信道跟踪步长。这种方法在估计用于不同跟踪步长的性能及确定哪一***性能最好方面增加了复杂性。因为性能估计不是完善的，所以，不是总能利用最佳跟踪步长。此外，美国专利5,268,930(Sendyk等人)提出估计移动电话的速度来确定信道跟踪步长。由于需要估计运送电话的运载工具的速度而再一次增加复杂性。同时，不精确的运载工具速度估计会导致性能损失。
因此，在诸如双频带蜂窝式电话***等采用相对地大的动态频率范围的数字通信***中，存在着改进接收机的效率的要求。具体地说，存在着改进接收机的基带处理功能的要求，使得基带处理器能更高效地补偿传输介质引入的干扰与失真，更精确地复原二进制信息符号，并且重现高语音质量，而无须过度消耗单元的电源。
因此，本发明的目的为提供具有更有效和更可行地处理基带信号的能力的接收机。
本发明的另一目的为提供拥有能自适应处理基带信号而无须过度使用基带处理、精确地检测通信信息及防止电源快速消耗的基带处理器的多频带或双频带接收机。
按照本发明的一个方面，上述及其它目的是用下述***和/或方法达到的，该***和/或方法涉及从接收的射频信号中产生基带信号；根据射频信号的频带选择一组处理参数；以及利用所选择的处理参数组自适应处理基带信号。
按照本发明的另一方面，上述及其它目的是由接收无线电信号的无线电接收机和/或方法达到的，其中从所接收的射频信号中产生基带信号以及产生随所接收的射频信号的频带而变的控制信号。该接收机和/或方法还涉及用于接收及处理基带信号的基带处理器以及用于随控制信号而变地自适应地控制基带处理器的基带处理器控制单元。
按照本发明的另一方面，上述及其它目的是用下述***和/或方法达到的，该***和/或方法涉及接收通信信号并将其转换成基带信号；提供对应于通信信号的频带信息；从基带信号中抽取数字信息；以及随频带信息而变地自适应地控制基带处理器。
通过结合附图阅读下面的详细描述，会理解本发明的目的及优点，附图中：
图1为按照先有技术的数字通信***的示意图；
图2为按照本发明的一个方面的数字通信***的示意图；
图3为示范性频带自适应基带控制器的示意图；
图4为包含信道***及相干检测器的基带处理器的示意图；以及
图5为描述按照本发明的示范性方法的流程图。
下面参照附图描述本发明的各种特征，其中用相同的参照字符标识相同的部件。
图1中示出典型的数字通信***100。在这一***中，将数字符号提供给发射机102。发射机102对数字符号进行调制，将它们映射到适合于传输介质104(如空气)的表示法，并且通过传输介质104将调制后的信号发射到接收机105。
接收机105包括无线电处理器106、控制单元108及基带信号处理器110。控制单元108向无线电处理器106提供关于信号频带的信息(即频带信息)以及有可能对应于发射信号的载频信息。然后无线电处理器106对接收到的信号进行滤波、放大及混频，使其下降到基带，或作为另一种方法，使其下降到中频(IF)带。基带处理器110接收来自无线电处理器106的基带或IF信号，按照一或多个参数组处理基带或IF信号，并且产生数字符号值的估计值。如本专业的技术人员所理解的，基带处理器110还可提供数字符号值的软估计值以及可靠性信息。然后将估计的数字符号值转换成诸如语音、正文或图象。
如上所述，基带处理器110按照一组信号处理参数处理基带或IF信号。例如，该参数组可定义基带处理器110内的信道***获取信道分支的速率。然后利用从信道分支导出的信息调整基带信号以补偿传输介质104引入的干扰及失真。此外，可以根据信道特性改变的速率来选择比另一组参数值好的一组参数值。这又依赖于包括发射的信号的频带和/或载频在内的若干因素。由于基带处理器110并不拥有关于发射的信号的频带或载频的信息，所以，基带处理器110不能选择适当的参数值组。代之以将基带处理器110设计成带有假设最坏情况条件(即最高可能频带或载频)的固定参数值组。如上所述，假设了最坏情况条件，当实际上不存在最坏情况条件时，导致低效的及通常不精确的基带处理功能。
作为比较，图2中示出按照本发明的较佳实施例的数字通信***200，其中相同的部件与图1互相对应。接收机205和接收机105一样包括无线电处理器106。此外，接收机205包括控制单元208、频带自适应基带控制器209及受控的基带信号处理器210。
与接收机105不同，频带自适应基带控制器209从控制单元208接收关于频带以及有可能对应于发射信号的载频的信息。通常，频带可以指各无线电信道的集合或一条无线电信道。频带自适应基带控制器209利用这种频带信息来控制由受控制的基带处理器210所执行的基带处理功能。例如，给定了控制单元208提供的频带或载频信息，频带自适应基带控制器209能从若干基带信号处理方法(或基带处理参数组)中选择最佳、最适当的信号处理方法。
图3中说明频带自适应基带控制器209的示范性实施例。按照这一示范性实施例，频带自适应基带控制器209包括开关302及至少两个基带信号处理参数组304与306。本专业的技术人员会理解，可以用硬件和/或软件实现的开关302在操作上与频带指示器信号308关联。如果应用埸合涉及蜂窝式电话通信***，则频带指示器信号308可标识该频带是低频蜂窝带还是高频PCS带。然后开关302将最适当的基带信号处理参数组304或306提供给受控的基带处理器210，后者随后接收与利用最适当的参数组来处理基带信号。例如，至少两个基带信号处理参数组304与306中的每一个可包含用于建立不同信道跟踪步长的参数。作为替代，至少两个基带信号处理参数组304与306中的每一个可包含用于自动频率校正(AFC)单元的不同环路滤波器系数。
图4中说明受控的基带处理器210的示范性实施例。图4中示出包含信道***407及相干检测器408的受控的基带处理器210。给定了频带自适应基带控制器209所提供的频带或载频信息，信道***407便可获得与最适当的参数组关联的参数值。如上所述，参数组可包含具体地控制信道跟踪步长的参数。信道***407利用频带自适应控制器209提供的参数值、无线电处理器106提供的基带信号、以及来自相干检测器408的检测数字符号值来跟踪信道。在处理基带信号时，相干检测器408能按照最适当的参数组更精确地检测数字符号。本专业的技术人员也会容易地理解相干检测器408可包含均衡器，其功能如上所述。更具体地说，在TDMA***中，相干检测器408可以是最大似然性序列估算(MLSE)均衡器。在CDMA***中，相干检测器可以是Rake接收机。在任一情况中，如果已知的符号值用来检测所述信道(如导频信道或导频符号)，则不需要将相干检测器408的输出提供给信道***407。
虽然上面示出的实施例集中在信道跟踪应用上，本发明不限于包含信道跟踪的基线处理。在又另一示范性实施例中，由频带自适应基带控制器209提供的选择的参数组能够用来确定基带信号解调所必需的复杂程度。例如，当一个频带可能需要使用逐个残存物处理时，另一频带可能不需要，这里逐个残存物处理包含利用各自对应于不同可能符号序列的多个信道估计值，正如本专业中众所周知的。在又另一实施例中，所述选择的参数组能够用来确定在诸如横向或决策反馈均衡器中跟踪均衡器滤波器系数的速度。通常，选择的参数可包含用于选择各种基带处理功能的控制信号。
在又另一示范性实施例中，由频带自适应基带控制器209所提供的选择的参数组能够用来控制由基带处理器210用来更新特定信道特征的估计值的过程。例如，特定信道特征X的估计值可按照下述关系式更新：
Xpresent＝Xprevious+λXupdate    (1)其中λ表示加权函数。如上所述，PCS频带是比蜂窝式频带高的频带。上面还指出过对于较高的频率，信道特征趋向于变化得更快。因此，在上面提出的关系式中，如果对应的频带为PCS频带，则在Xprevious上应用较高的加权因子λ更适合。反之，如果对应的频带为蜂窝式频带，则在Xprevious上应用较低的加权因子λ更适合。按照本发明的这一示范性实施例，可以由频带自适应基带控制器209随着给定的频带而变地选择加权因子λ的特定值，并随后将其提供给受控的基带控制器210，用以处理基带信号。
图5中示出了描述用于实行上述实施例中任何一个的通用技术的流程图。该技术开始于接收来自发射机的调制波形(步骤505)。然后产生表示与发射的信号关联的频带以及可能的载频的信号(步骤510)。然后将发射的信号滤波、放大及混频，下降到基带，或者作为替代，下降到IF带(步骤515)。进行测试以便按照上述指示信号所提供的频带信息确定对应的频带。如果对应的频带是高的，表按照判定框520的“高”分支出口的诸如PCS频带，则选择第一组基带信号处理参数(步骤525)。然而，如果对应的频带是低的，表示按照判定框520的“低”分支出口的诸如蜂窝式频带，则选择第二组基带信号处理参数(步骤530)。然后处理基带信号或IF信号以便按照所选择的参数组抽取数字符号信息(步骤535)。
已参照若干示范性实施例描述了本发明。然而，对于本专业的技术人员，显而易见有可能按照不同于上述较佳实施例的特定形式来实施本发明。这可以在不脱离本发明的精神下做到。较佳实施例只是示范性的，无论如何不应认为是限制性的。例如，本发明主要是就无线电通信***进行描述的，其中调制的信号是在空中传输的；然而，本发明不限于这一***。它也能应用于有线通信***及磁性存储器***。因此，本发明的范围是由所附权利要求书而非前面的描述给出的，旨在将落入权利要求书的范围内的所有变型及等效物包含在其中。

Claims (30)

1.一种基带信号处理器，它包括：
无线电信号处理装置，用于从接收的射频信号中产生基带通信信号；
基带处理器控制装置，用于根据对应于所述接收的射频信号的频带选择一组处理参数；以及
基带处理器装置，用于利用所述选择的处理参数组自适应地处理所述基带通信信号。
2.权利要求1的基带信号处理器，其特征在于：所述选择的处理参数组包含信道跟踪参数。
3.权利要求2的基带信号处理器，其特征在于：所述信道跟踪参数包含定义信道跟踪步长的参数值。
4.权利要求1的基带信号处理器，其特征在于：所述选择的处理参数组包含自动频率控制参数。
5.权利要求4的基带信号处理器，其特征在于：所述自动频率控制参数包含定义环路滤波器系数的参数值。
6.一种无线电接收机，它包括：
无线电信号接收装置，用于从接收的射频信号中产生基带信号；
频率指示器装置，用于随对应于所述接收的射频信号的频带而变地产生控制信号；
基带处理器，用于接收及处理所述基带信号；以及
基带处理器控制单元，用于随所述控制信号而变地自适应地控制所述基带处理器。
7.权利要求6中的接收机，其特征在于：所述基带处理器控制单元包括用于随所述控制信号而变地选择基带处理参数组的开关。
8.权利要求7中的接收机，其特征在于：所述基带处理器按照所述选择的基带处理参数组处理所述基带信号。
9.权利要求8中的接收机，其特征在于：所述选择的基带处理参数组包含信道跟踪参数。
10.权利要求8中的接收机，其特征在于：所述选择的基带处理参数组包含自动频率控制参数。
11.一种数字通信***，它包括：
无线电处理器，用于接收通信信号并且将其转换成基带信号；
接收机控制单元，用于提供对应于所述通信信号的频带信息；
基事处理器，用于从所述基带信号中抽取数字信息；以及
基带处理器控制单元，用于随所述频带信息而变地自适应地控制所述基带处理器。
12.权利要求11的***，其特征在于：所述基带处理器控制单元包括用于随所述频带信息而变地选择一组基带处理参数的开关。
13.权利要求12的***，其特征在于：所述基带处理器包括用于从所述基带处理器控制单元接收所述基带处理参数组的装置，其中，所述基带处理器利用所述接收的基带处理参数组从所述基带信号中抽取所述数字信息。
14.权利要求13的***，其特征在于：所述选择的基带处理参数组包含信道跟踪参数。
15.权利要求13的***，其特征在于：所述选择的基带处理参数组包含自动频率控制参数。
16.一种处理基带通信信号的方法，它包括下述步骤：
从射频信号中产生基带信号；
根据对应于所述射频信号的频带选择处理参数组；以及
根据所述选择的处理参数组自适应处理所述基带信号。
17.权利要求16的方法，其特征在于所述选择的处理参数组包含信道跟踪参数。
18.权利要求17的方法，其特征在于所述信道跟踪参数包含信道跟踪步长。
19.权利要求16的方法，其特征在于所述选择的处理参数组包含自动频率控制参数。
20.权利要求19的方法，其特征在于所述自动频率控制参数组包含环路滤波器系数。
21.一种接收无线电通信信号以及处理对应的基带信号的方法，该方法包括下述步骤：
接收所述无线电通信信号；
将所述无线电通信信号转换成所述对应的基带信号；
根据对应于所述无线电通信信号的频带产生控制信号；以及
随所述控制信号而变地自适应地处理所述基带信号。
22.权利要求21的方法，其特征在于所述自适应地处理所述基带信号的步骤包括下述步骤：
根据所述控制信号选择基带处理参数组。
23.权利要求22的方法，其特征在于所述自适应地处理所述基带信号的步骤进一步包括下述步骤：
按照所述选择的基带处理参数组处理所述基带信号。
24.权利要求23的方法，其特征在于所述选择的基带处理参数组包含信道跟踪参数。
25.权利要求23的方法，其特征在于所述选择的基带处理参数组包含自动频率控制参数。
26.在数字通信***中，从基带信号中自适应地产生数字信号的方法，该方法包括下述步骤：
发射调制的通信信号；
接收所述调制的通信信号并将所述调制的通信信号转换成基带信号；
根据对应于所述调制的通信信号的频带产生控制信号；以及
随所述控制信号而变地从所述基带信号产生数字信号。
27.权利要求26的方法，其特征在于还包括下述步骤：
根据所述控制信号选择基带处理参数组；
28.权利要求27的方法，其特征在于所述产生数字信号的步骤包括下述步骤：
利用所述选择的基带处理参数组产生所述数字信号。
29.权利要求28的方法，其特征在于所述选择的基带处理参数组包含信道跟踪参数。
30.权利要求28的方法，其特征在于所述选择的基带处理参数组包含自动频率控制参数。
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