CN1846369A - 虚拟天线接收机 - Google Patents

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CN1846369A CNA2004800251593A CN200480025159A CN1846369A CN 1846369 A CN1846369 A CN 1846369A CN A2004800251593 A CNA2004800251593 A CN A2004800251593A CN 200480025159 A CN200480025159 A CN 200480025159A CN 1846369 A CN1846369 A CN 1846369A
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Abstract

本发明针对在接收机以高速移动(例如在汽车中或随汽车移动)的同时对高速率无线电信号(例如DVB－T信号)的接收。两个或更多天线(12，16)是紧密间隔的，并且沿所述运动方向(v)被排列在彼此后面，以用于接收无线电信号。获得一个表示虚拟天线(26)的信号，尽管接收机在移动，但该虚拟天线相对于环境至少是暂时静止的。所述虚拟天线(26)的接收信号所遭受的失真比由所述第一和第二天线(12，16)的其中之一接收的信号要少。根据本发明，表示所述虚拟天线(26)的信号是在接收机的反馈信号(SYNC)的控制下获得的。

Description

虚拟天线接收机
本发明涉及一种接收机，包括具有与之相关联的第一天线的第一接收支路和具有与之相关联的第二天线的至少第二接收支路，所述接收机包括第一装置，用于从在所述第一接收支路上的第一信号和在所述第二接收支路上的第二信号获得第三信号，该第三信号表示第一虚拟天线，当接收机以一定速度移动时该第一虚拟天线相对于环境至少暂时是静止的。
此外，本发明涉及一种用于抵消或者至少减少由移动中的接收机接收的无线电信号的信号失真的方法，该移动的接收机包括具有与之相关联的第一天线的第一接收支路和具有与之相关联的第二天线的至少第二接收支路，其中所述第一天线和所述第二天线间隔一定距离，并且沿所述接收机的运动方向排列在彼此后面，所述方法包括以下步骤：获得在所述第一接收支路上的第一信号和在所述第二接收支路上的第二信号；以及从所述第一信号和所述第二信号获得第三信号，该第三信号表示第一虚拟天线，当所述接收机以一定速度移动时该第一虚拟天线相对于环境至少暂时是静止的。
最后，本发明涉及一种存储在记录载体上或者可以下载的计算机程序，所述计算机程序适合于执行根据本发明的所述方法。
在移动接收中，无线电信号经历随时间变化(常常是快速的)的信道状态。这主要是由多径无线电信号传播引起的，其中反射波在一个位置可以互相抵消，但是在别处可以相互增强。描述这个效应的一个众所周知的模型被称为“衰落”，其假定所接收的信号包括多个反射波，其中每个反射波从不同的角度到达所述移动的接收天线。这对每个波产生了稍有不同的多普勒频移。所述多普勒频移的集合称作信号的多普勒扩谱。
通常，移动的接收机的衰落效应被看作是所述无线电信道的时间变化。
分集是改善无线电信号接收可靠性的一种已知方法。在分集***中，至少两个天线用于接收无线电信号。组合来自所述至少两个天线的信号，以改善接收的可靠性。如果信道正在衰落，使用自适应方法来持续地确保以有益方式组合来自多个天线的信号。
JP-A-04-185130公开了上述类型的分集接收机。为了降低多径影响，并获得稳定的发送和接收，提供了相对于第一天线空间分离的第二天线。两个天线之间以λ/3(其中λ是载波的波长)或以上的距离进行空间分离，以使来自一个天线的接收信号和来自另一个天线的接收信号几乎是非相关的。
改善接收可靠性的另一途径是处理所接收的信号，从而减轻信道变化的影响。特别是对于正交频分复用(OFDM)调制方法，已知的是快速信道变化导致了无线电链路可靠性的降低。OFDM是使用不同的副载波并行传输多个用户码元的调制方法。该OFDM接收机结构允许相对直接的信号处理。
OFDM调制方法的一种实际实施方式典型地包含在无线电传输之前或之后的对用户比特的(快速)傅立叶变换。因此，数据被分成了许多并行流。每个流均在不同的副载波频率上进行调制。通常，将OFDM***设计成当在(适度)频率选择信道上接收信号时，每一个数据码元波形均位于特定副载波频率附近，而且其带宽小得足以经受频率平坦的衰落。调制后的副载波包含重叠的旁瓣。在许多现有***中，矩形脉冲形状导致依照正弦函数的频谱。这些信号波形在频率上被细致地分隔开，并由此被设计为正交的，即彼此互不干扰。例如由衰落引起的多普勒扩谱对OFDM副载波信号的正交性是有害的，这是因为到达波将与具有不同频率偏移的其它波发生干扰。这称为载波间干扰(ICI)。
虽然具有例如在JP-A-04-185130中公开的该类型的分集接收机，而且可以改善上述方法的接收可靠性，但是特别在接收高速率无线电信号以及接收机以高速移动的情境中仍然存在问题，这是因为信道状态随时间变化太迅速。
为了改善移动的接收机、尤其是以高速移动的接收机的接收特性，已经知道的是创建一个实际上静止的天线，即在第一天线与第二天线之间以与接收机相同的速度移动的虚拟天线，但是方向相反。利用这种解决方案，可以至少部分地补偿由接收机的运动所引起的接收特性的恶化。
这种解决方案例如是在IEEE刊物0-7803-6728-6/01第1249-1252页的“Array Antenna Assisted Adaptive Modulation in Fast FadingChannel(在快速衰落信道中的天线阵辅助的自适应调制)”中公开的。这个刊物公开了一种在开头提及的该类用于双向***的接收机与方法，其中所述TDD发送/接收循环规定实际上静止的位置的固定时刻与地点。
本发明的目的是进一步改进上述类型的接收机与方法，以使其还可以用于广播信号方面，即用于单向***。
上述目的是由独立权利要求的技术特征解决的。本发明的其它改进与优选实施例是在从属权利要求中概括的。
根据本发明的第一方面，上述目的是由在开头提及的该类接收机解决的，其特征在于所述第一装置是由接收机的反馈信号控制的。
根据本发明的第二方面，上述目的是由在开头提及的该类方法解决的，其特征在于所述第三信号是在所述接收机的反馈信号的控制下获得的。
本发明的上述各方面是基于以下发现：由于例如包括接收机的车辆可以在大大超出天线结构的物理尺寸的较长距离上移动，所述虚拟天线的静止或固定的有效接收位置实际上仅能在有限的时间周期内实现。在此情况下，为了跟随所述车辆的长期运动，必须在离散的时刻下改变虚拟天线位置。优选地，天线位置的这种切换与各个数据块(例如OFDM块)的结束相一致，而不是在这样一个块的接收期间发生。在这方面，切换到所述虚拟天线的新的实际上固定位置的时刻优选地由来自接收机的同步机构的反馈信号所控制，例如所述接收机的OFDM块或帧同步机制。
虽然以下大部分特征仅仅是联系接收机所要求的，但是应当注意，所属技术领域的专业人员可以没有任何问题地适当地适配这些特征，以使其可以连同根据本发明的方法被有利地使用。
所述第一天线和所述第二天线优选地间隔一定距离，并且仅仅沿所述接收机的(主)运动方向被排列在彼此后面。在这种情况下，第二天线跟随与第一天线至少基本上相同的空间路径，但是有轻微的时延。所述运动方向特别地可以是包括接收机的车辆的运动方向。
在优选实施例中，所述第一装置包括自适应组合器装置，用于在第一信号与第二信号之间进行线性内插，以获得第三信号。
所述第一装置优选地还由一个与接收机的速度有关的参数控制。为保持所述虚拟天线相对于环境的位置，还必须基于接收机的速度控制在第一信号与第二信号之间的内插。例如，如果根据本发明的接收机是安装在汽车上的，可以经由测速计获得必要的速度信息。
此外，可能的实施例是其中所述接收机包括第二装置，用于获得第四信号，该第四信号表示第二虚拟天线，当接收机以一定速度移动时该第二虚拟天线相对于所述环境至少暂时是静止的。利用这种解决方案，例如可以实现具有多个天线的已知静止分集接收机的优点。
在这方面，所述第二装置优选地还从在所述第一接收支路上的第一信号与在所述第二接收支路上的第二信号获得第四信号，以将所述电路的复杂度保持得尽可能低。然而，本发明不局限于这种解决办法，例如还可能使用超过一组天线来创建所述虚拟天线。
如果将第一装置与第二装置控制成使得第一虚拟天线与第二虚拟天线的其中之一至少在另一虚拟天线不是静止时相对于所述环境是静止的，则可以实现更进一步的优点。例如有可能在第二虚拟天线到达第二天线之前把第一虚拟天线重新排列为靠近第一天线，其中第二虚拟天线相对于所述环境将是静止的，该第二虚拟天线相对于随着接收机移动的坐标系向着所述第二天线移动。
所述第一装置与所述第二装置当中的一个或多个例如可以完全地或者部分地由与软件相互作用的硬件或者由分立组件实现。
不作限制地，根据本发明的接收机优选地适用于一个或多个以下***：正交频分复用(OFDM)***、数字音频广播(DAB)***、例如DVB-T***的数字视频宽带(DVB)***、数字地面电视广播(DTTB)***、例如蜂窝CDMA***的码分多址(CDMA)***、通用移动电信***(UMTS)、全球移动通信***(GSM)、数字增强无绳电信(DECT)***、例如根据802.11a、802.11g或者HIPERLANII标准的无线局域网***。
在优选实施例中，所述接收机执行快速傅立叶变换和/或逆快速傅立叶变换，其中所述接收机的反馈信号至少部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换之前获得的。
附加地或者替换地，所述接收机有可能执行快速傅立叶变换和/或逆快速傅立叶变换，其中所述接收机的反馈信号至少部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换之后获得的。
在所述反馈信号部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换前后获得的情况中，在所述变换之前获得的部分可以负责粗略的定时同步，而在所述变换之后获得的部分可以负责精细的定时同步。在这种情况下，优选地提供定时信号组合器，以用于适当地组合精细的与粗略的定时信号。
本发明的主旨是认识到可以一起使用包括至少两个可辨别的有源元件的分集式天线***与一个信号处理算法，以便创建实际上静止的天线，即不管接收机的运动而有效地具有暂时固定位置的天线，以便抵消或者至少减少由接收机的(快速)运动引起的信号失真。
图1说明了根据本发明一个优选实施例的虚拟天线的创建；
图2示出了根据本发明的接收机的第一实施例的示意方框图，其还说明了根据本发明的方法；
图3示出了根据本发明的接收机的第二实施例的示意方框图；以及
图4示出了说明获得接收机的反馈信号的一种优选可能性的示意方框图。
图1说明了根据本发明一个优选实施例的虚拟天线的创建。图1示意地示出了沿箭头42的方向以速度v移动的汽车34。所述汽车34包括根据本发明的接收机，其中仅仅示出了该接收机的第一天线12和第二天线16。所述第一天线12和所述第二天线16以夸大示出的距离d1排列。实际上，所述距离d1例如可以小于λ/2(或者甚至小于λ/3)，其中λ是由发射机40发送的、并且将由根据本发明的接收机接收的信号波长。然而，虽然小的距离是优选的，但是为了增强正分集效果，本发明不局限于在第一天线12与第二天线16之间具有比λ/2小的距离的实施例。
而且，图1中示出了相对于所述汽车34是静止的第一坐标系36，以及相对于所述环境是静止的第二坐标系38。两个坐标系36、38依据所述时间t示出由根据本发明的接收机创建的第一虚拟天线26的位置d(以参照图2详细描述的方式)。所述第一虚拟天线26被控制成在所述第一天线12与所述第二天线16之间以速度-v移动，即幅度为v、但是其方向与汽车移动的方向相反(见箭头44)。由此，正如可以从所述第二坐标系38看到的那样，所述虚拟天线相对于所述环境在时间间隔[0，t1]内是静止的。然而，在所述时间间隔[0，t1]内，如可以从所述第一坐标系36看到的那样，所述虚拟天线26相对于所述汽车34移动。由于所述车辆可以在大大超出所述天线结构的物理尺寸的较长距离上移动，因此所述固定有效接收位置实际上仅仅可以在一个有限时间周期内实现。由此，所述第一虚拟天线26将与所述第二天线16“碰撞”。在此情况下，所述第一虚拟天线的最迟位置必须被改变，以便跟随所述车辆的长期运动。如在第一和第二坐标系36、38中所指示的那样，在时间间隔[t1，t2]中的所述第一虚拟天线26被重新定位成接近或者与所述第一天线12一致。例如在OFDM信号的接收方面，对所述第一虚拟天线26的位置的重新定位或者切换与各个OFDM块的结束相一致，而不是在这样一个块的接收期间发生。根据本发明，切换到新的实际上固定的位置的时刻是由来自接收机的(OFDM块或者帧)同步机构的反馈信号SYNC控制的。
图2示出了根据本发明的接收机的第一实施例的示意方框图，其还说明了根据本发明的方法。在图2中，示出了具有与之相关联的第一天线12的第一接收支路10和具有与之相关联的第二天线16的第二接收支路14。在第一接收支路10上的第一信号20是信号r(t0，d0)，即在时刻t0在位置d0接收的信号。类似地，在第二接收支路14上的第二信号22是信号r(t0，d1)，即在时刻t0在位置d1接收的信号。所述第一和第二信号20、22被馈送到第一装置18，其计算表示第一虚拟天线26的第三信号24，即本应在时刻t0由位于所述位置d01的天线接收的信号r(t0，d01)。在图2示出的实施例中，为了获得所述第三信号24，所述第一装置包括自适应组合器装置27，其在所述第一信号20和所述第二信号22之间进行线性内插，以创建虚拟天线26。为了保持所述虚拟天线26相对于所述环境静止，所述虚拟天线26必须实际上以幅度为v的速度移动。因此，所述速度v作为输入信号被提供到所述第一装置18。而且来自所述接收机的同步信号SYNC被提供给所述第一装置18。如结合图1所提到的那样，所述SYNC信号用于对切换到所述第一虚拟天线26的新的虚拟位置进行定时。
图3示出了根据本发明的接收机的第二实施例的示意方框图。所述实施例包括图2示出的所有设备，以及用于获得表示第二虚拟天线32的第四信号30的第二装置28。所述第四信号30对应于信号r(t0，d02)，该信号本应在时刻t0由位于所述位置d02的天线接收。为获得所述第四信号30，所述第二装置28还包括自适应组合器装置46，其在所述第一信号20和所述第二信号22之间进行线性内插。虽然是依据所述同步信号SYNC来执行到所述第一虚拟天线26和所述第二虚拟天线32的新位置的切换，但是在图2的实施例中，有可能在每一时刻具有至少一个静止的虚拟天线。这可以便于所述切换操作。此外，对于相对大的时间间隔，有可能在不同位置创建两个静止的虚拟天线。这例如可以用来实现已知的静止分集接收机的优点。对于必要的同步，在替换解决方案中有可能获得所述同步，而无需来自主接收机的反馈SYNC。例如，所述同步可以从第一自由振荡的振荡器和第二振荡器获得，其中第一自由振荡的振荡器在时刻N·T给出脉冲，其中N＝0，1，...，而第二振荡器在时刻Na·T给出脉冲，其中Na＝0.5，1.5，2.5，...，其中T例如可以是采样率，N和Na分别可以是对其执行串到并转换的比特数。由此，所述第三信号24和所述第四信号30将经历同步不连续性，因此在时刻N·T和Na·T分别有误差脉冲串。由于在这种情况下N·T和Na·T在不同时刻发生所述脉冲串误差，所以可以有利地组合所述两个信号。
图4示出了说明获得接收机的反馈信号的一种优选可能性的示意方框图。对于所述组件或者框12至24请参考对图2的描述，其中各个组件或者部件相互对应。在图4中，根据现有技术的OFDM接收机的各组件被概括为框34。所述框34包含串到并转换器装置36，其还用于为在框38中执行的快速傅立叶变换选择窗口。在所述快速傅立叶变换(FFT)之后，在框40中执行可能伴随信道均衡化与纠错的数据检测，框40输出一个输出信号42。在框46中执行FFT前的定时恢复，以提供粗略的定时同步。另外，在块44中执行FFT后的定时恢复，以提供精细的定时同步。所述粗略的与精细的定时同步由组合器48组合，其创建同步信号SYNC，根据本发明使用该同步信号来控制所述第一装置18。
如上面已经描述的那样，本发明还包括其中仅仅使用所述FFT前与所述FFT后的定时恢复的其中之一的实施例。在这种情况下可以省略组合器48。
在如上所述的本发明中，对于移动的接收机，有可能通过创建相对于环境至少暂时静止的至少一个虚拟天线来有效地抵消或者至少减少与广播信号的接收相关的信号失真。由此，例如可能利用以高速移动的接收机(例如位于汽车中的接收机)来接收高速率无线电信号(例如具有5Mbits/秒的速率的视频信号)。
根据具体实施例，在说明书与权利要求书中提到的所有装置可以由现有技术已知的组件实现。在这方面，分立组件和/或与软件相互作用的硬件可以部分地或者整体地形成一个或多个所提及的装置。而且，权利要求书中包含的任何附图标记不应该被视为限制其范围。

Claims (17)

1.一种接收机，包括具有与之相关联的第一天线(12)的第一接收支路(10)和具有与之相关联的第二天线(16)的第二接收支路(14)，所述接收机包括第一装置(18)，用于从在所述第一接收支路(10)上的第一信号(20)和在所述第二接收支路(14)上的第二信号(22)获得第三信号(24)，该第三信号表示第一虚拟天线(26)，当所述接收机以一定速度(v)移动时该第一虚拟天线(26)相对于环境至少是暂时静止的，所述第一装置(18)由所述接收机的反馈信号(SYNC)控制。
2.根据权利要求1的接收机，其中所述第一天线(12)和所述第二天线(16)以一定距离(d)间隔，并且沿所述接收机的运动(v)方向被排列在彼此的后面。
3.根据权利要求1的接收机，其中所述第一装置(18)包括自适应组合器装置(27)，用于在所述第一信号(20)与所述第二信号(22)之间进行线性内插，以获得所述第三信号(24)。
4.根据权利要求3的接收机，其中所述第一装置(26)还由一个与所述接收机的所述速度(v)有关的参数控制。
5.根据权利要求1的接收机，包括第二装置(28)，用于获得第四信号(30)，该第四信号表示第二虚拟天线(32)，当所述接收机以所述速度(v)移动时该第二虚拟天线(32)相对于所述环境至少是暂时静止的。
6.根据权利要求5的接收机，其中所述第二装置(28)从在所述第一接收支路(10)上的所述第一信号(20)与在所述第二接收支路(14)上的所述第二信号(22)获得所述第四信号(30)。
7.根据权利要求5的接收机，其中控制所述第一装置(18)与所述第二装置(28)，以使得所述第一虚拟天线(26)与所述第二虚拟天线(32)的其中之一至少在另一虚拟天线不是静止时相对于所述环境是静止的。
8.根据权利要求5的分集接收机，其中所述第一装置(18)与所述第二装置(28)当中的一个或多个完全或者部分地由与软件相互作用的硬件或者由分立的组件实现。
9.根据权利要求1的接收机，其中所述接收机适合用于一个或多个以下***：正交频分复用(OFDM)***、数字音频广播(DAB)***、例如DVB-T***的数字视频宽带(DVB)***、数字地面电视广播(DTTB)***、例如蜂窝CDMA***的码分多址(CDMA)***、通用移动电信***(UMTS)、全球移动通信***(GSM)、数字增强无绳电信(DECT)***、例如根据802.11a、802.11g或者HIPERLAN II标准的无线局域网***。
10.根据权利要求1的接收机，其中所述接收机执行快速傅立叶变换和/或逆快速傅立叶变换，并且其中所述接收机的所述反馈信号(SYNC)至少部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换之前获得的。
11.根据权利要求1或10的接收机，其中所述接收机执行快速傅立叶变换和/或逆快速傅立叶变换，并且其中所述接收机的所述反馈信号(SYNC)至少部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换之后获得的。
12.一种用于抵消或者至少减少由移动的接收机接收的无线电信号的信号失真的方法，所述接收机包括具有与之相关联的第一天线(12)的第一接收支路(10)和具有与之相关联的第二天线(16)的第二接收支路(14)，其中所述第一天线(12)和所述第二天线(16)以一定距离(d)相间隔，并且沿所述接收机的运动(v)方向被排列在彼此的后面，所述方法包括以下步骤：
获得在所述第一接收支路(10)上的第一信号(20)和在所述第二接收支路(14)上的第二信号(22)；和
从所述第一信号(20)和所述第二信号(22)获得第三信号(24)，该第三信号表示第一虚拟天线(26)，当所述接收机以一定速度(v)移动时该第一虚拟天线(26)相对于环境至少是暂时静止的，其中所述第三信号(24)是在所述接收机的反馈信号(SYNC)的控制下获得的。
13.根据权利要求12的方法，其中所述第三信号(24)是通过在所述第一信号(20)和所述第二信号(22)之间进行线性内插而获得的。
14.根据权利要求12的方法，其中表示第二虚拟天线(32)的第四信号(30)是从在所述第一接收支路(10)上的所述第一信号(20)和在所述第二接收支路(14)上的所述第二信号(22)获得的，其中所述第一虚拟天线(26)与所述第二虚拟天线(32)的其中之一至少在另一虚拟天线不是静止时相对于所述环境是静止的。
15.根据权利要求12的方法，其中执行快速傅立叶变换和/或逆快速傅立叶变换，其中所述接收机的所述反馈信号(SYNC)至少部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换之前获得的。
16.根据权利要求12或15的方法，其中执行快速傅立叶变换和/或逆快速傅立叶变换，其中所述接收机的所述反馈信号(SYNC)至少部分地是在执行所述快速傅立叶变换和/或所述逆快速傅立叶变换之后获得的。
17.一种存储在记录载体上或者可以下载的计算机程序，所述计算机程序适合于执行根据权利要求12至16的其中之一的所述方法。
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