DE112009001362T5

DE112009001362T5 - Kombinieren mehrerer Frequenzmodulations-(FM)-Signale in einem Empfänger

Info

Publication number: DE112009001362T5
Application number: DE112009001362T
Authority: DE
Inventors: Javier Austin Elenes
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2011-05-05
Also published as: US8155610B2; CN102047568A; US20090298453A1; WO2009148835A2; CN102047568B; WO2009148835A3

Abstract

Verfahren, umfassend:
Detektieren einer ersten Signalqualitätsmetrik eines konstanten Modulus-(CM)-Signals, das in einem ersten Signalweg empfangen wird;
Detektieren einer zweiten Signalqualitätsmetrik des CM-Signals, das in einem zweiten Signalweg empfangen wird, und
Kombinieren des CM-Signals von dem ersten und dem zweiten Signalweg, basierend auf der detektierten ersten und zweiten Signalqualitätsmetrik.

Description

Hintergrund
Beim Funk bzw. bei Radios, insbesondere beim beweglichen Funk bzw. bei beweglichen Radios, wie beispielsweise einem Frequenzmodulations-(Fm, engl.: Frequency Modulation)-Funk bzw. Radio, kann die Signalqualität bei einem vorhandenen Mehrweg-Fading (Merhweg-Überblendung) beeinträchtigt sein. Das Mehrweg-Fading ist eine Beeinträchtigung, die allgemein beobachtet wird, und bei welchem mehrere Versionen des übertragenen Signals an dem Empfänger mit unterschiedlicher Phase, Verzögerung und Abschwächungshöhen ankommen, was zu einer destruktiven Interferenz an dem Empfänger führt. Diese destruktive Interferenz kann die Qualität der Funkausgabe negativ beeinträchtigen.
Existierende Techniken zum Adressieren von Fading-Problemen weisen sogenannte Antennen-Diversity-Techniken auf, bei denen mehrere Antennen, typischerweise zwei derartiger Antennen, mit demselben Funkempfänger verbunden sind, und die Ausgabe einer der mehreren Antennen für die Verarbeitung und Demodulation gewählt wird. Es existieren unterschiedliche Arten derartiger Diversity-Techniken, aber alle weisen typischerweise mehrere Antennen auf, die bei unterschiedlichen Phasen positioniert sein können, so dass, wenn eine der Antennen unter Fading leidet, die andere Antenne nicht beeinträchtigt wird. Typischerweise basiert die Auswahl zwischen den zwei Antennenwegen auf einer überwachten Metrik für das Eingangssignal von den verschiedenen Antennen. Allerdings sind derartige Techniken nicht optimal.
Kurzfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren das Erkennen von Signalqualitätsmetriken eines konstanten Modulus-(CM, engl.: Constant Modulus)-Signals auf, das auf zwei unterschiedlichen Signalwegen empfangen wird, und das Kombinieren des CM-Signals aus den zwei Signalwegen, basierend wenigstens teilweise auf der erkannten ersten und zweiten Signalqualitätsmetrik. Auf diese Art kann eine verbesserte Widerstandsfähigkeit in Bezug auf das Fading (Überblenden) realisiert werden, da das erkannte CM-Signal, das eine größere Signalqualitätsmetrik hat, ein größeres Gewicht in dem kombinierten CM-Signal haben kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Kombinieren von Basisband-CM-Signalen gerichtet, wie beispielsweise Frequenzmodulations-(FM)-Signalen, die aus unterschiedlichen analogen Frontends erhalten werden, die die FM-Signale empfangen und in FM-Basisbandsignale abwärts umwandeln. Die Vorrichtung weist ferner einen Detektor zum Messen einer Signalqualitätsmetrik des ersten FM-Basisbandsignals auf, einen Phasendiskriminator zum Empfangen des ersten FM-Basisbandsignals und des zweiten FM-Basisbandsignals und zum Bestimmen eines Phasenunterschiedes zwischen diesen und eine Rückkopplungsschleife (engl.: feedback loop) zum Einstellen einer Phase des zweiten FM-Basisbandsignals unter Verwendung des Phasenunterschiedes. Weiterhin hat die Vorrichtung einen Kombinierer zum Kombinieren der Basisbandsignale, basierend wenigstens teilweise auf den Signalqualitätsmetriken. Zum Kombinieren der Basisbandsignale können mehrere Verstärker ihre Verstärkung durch vorgegebene Gewichte für die FM-Basisbandsignale gesteuert haben, wobei die Ausgaben von diesen kombiniert werden können. Bei bestimmten Ausführungen kann die Vorrichtung ein integrierter Schaltkreis FM-Empfänger zum Handhaben der obigen Verarbeitung sein (einschließlich der Funkverarbeitung für ein erstes Basisbandsignal), wobei dieser mit einem anderen integrierten Schaltkreis FM-Empfänger zum Empfangen eines anderen FM-Basisbandsignals gekoppelt sein kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein System gerichtet, das einen ersten Empfänger aufweist, der ein erstes analoges Frontend zum Empfangen eines konstanten Modulus(CM)-Signals aufweist und zum Abwärtsumwandeln des CM-Signals in ein erstes CM-Basisbandsignal, einen ersten Detektor zum Messen einer ersten Signalqualitätsmetrik des ersten CM-Basisbandsignals, einen zweiten Detektor zum Messen einer zweiten Signalqualitätsmetrik eines zweiten CM-Basisbandsignals, das von einem zweiten Empfänger empfangen wird, und einen Kombinierer zum Kombinieren des ersten und des zweiten CM-Basisbandsignals, basierend wenigstens teilweise auf der ersten und der zweiten Signalqualitätsmetrik. Das System kann auch den zweiten Empfänger aufweisen, welcher selbst ein zweites analoges Frontend zum Empfangen des CM-Signals aufweist und zum Abwärtsumwandeln von ihm in das zweite CM-Basisbandsignal. Bei einem derartigen System tritt nur eine minimale Kommunikation zwischen den Empfängern auf, wobei jeder von diesen in einem unterschiedlich integrierten Schaltkreis angeordnet sein kann, wie es beispielsweise in einem Autofunksystem bzw. Autoradiosystem ausgeführt ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm auf höherer Ebene eines Systems in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Ablaufschema eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm eines Mehrempfängersystems in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können die mehreren Antennenwege in einem FM-Funk bzw. FM-Radio bereitgestellt sein. Die Signalinformation von diesen mehreren Wegen kann auf eine vorgegebene Art und Weise basierend auf den relativen Qualitätshöhen der Signale kombiniert werden, um ein kombiniertes Signal an einen Demodulator zu liefern, das eine verbesserte Linearität bezüglich des Mehrweg-Fadings hat. Da der Schutzbereich der Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt ist, können manche Ausführungen ein Maximalverhältniskombinations-(MRC, engl.: Maximum-Ratio Combining)-Verfahren zum Kombinieren der Signalinformation von den mehreren Signalwegen verwenden. Weiterhin können, obwohl die hierin beschriebenen Ausführungen im Zusammenhang mit dem FM-Funk bzw. FM-Radio stehen, Ausführungsbeispiele bei anderen Kommunikationsprotokollen verwendet werden, wie beispielsweise anderen Konstant-Modulus-(CM)-Kommunikationen, wie zum Beispiel über Empfang und Verarbeitung von CM-Signalen.
Die Ausführungen können variieren. Allerdings können bestimmte Ausführungen für Fahrzeugfunk bzw. Fahrzeugradios verwendet werden. Bei einem derartigen Fahrzeugsystem können mehrere Antennen bereitgestellt werden, wobei die Ausgabe jeder Antenne an einen separaten und unabhängigen Signalweg bereitgestellt wird. Bei bestimmten Ausführungen können solche Signalwege an unterschiedlichen integrierten Schaltungen (IC) vorhanden sein, obwohl bei anderen Ausführungen mehrere Signalwege in einem einzelnen IC gebildet sein können, entweder auf einer separaten Die (Plättchen) des IC oder auf einer einzelnen IC-Die (Plättchen). Basierend auf einer oder mehrerer Qualitätsmetriken, die zu den Signalen gehören, können Ausführungsbeispiele die Signalinformation von den mehreren Wegen auf eine vorgegebene Art und Weise kombinieren, um eine Signalausgabe bereitzustellen, die mit der Demodulatorschaltung gekoppelt werden kann, welche in einem der IC vorhanden sein kann (bei einer Mehr-IC-Ausführung) oder Teil des einzelnen IC sein kann (bei einer Einzel-IC-Ausführung). Bei weiteren anderen Ausführungen kann der Demodulator Teil einer unterschiedlichen integrierten Schaltung sein.
Bezugnehmend nun auf 1 ist dort ein Blockdiagramm eines Systems auf hoher Ebene in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist, kann das System 10 eine Darstellung eines Autofunks bzw. Autoradios mit mehreren Signalwegen bzw. Signalpfaden sein. Beim System 10 sind zwei Antennen gezeigt, nämlich Antennen 15a und 15b (allgemein Antenne 15). Während zur Vereinfachung der Veranschaulichung das Ausführungsbeispiel mit zwei Antennen und zwei Signalwegen aufweisend gezeigt ist, sind Ausführungsbeispiele in dieser Hinsicht nicht beschränkt und es können mehrere Antennen und Signalwege bei anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Zum Beispiel können bei manchen System bis zu sechs derartiger Antennen und Signalwege vorhanden sein.
Es wird nun Bezug auf den ersten Signalweg genommen, welcher in einer ersten integrierten Schaltung (IC) 20 vorhanden ist, welche ein kombinierter AM/FM-Empfänger sein kann, der sowohl analoge als auch digitale Schaltkreise aufweist, zum Beispiel ein Mischsignalschaltkreis, der auf einen gewünschten Signalkanal abstimmen kann und die abwärts umgewandelte Signalinformation zum Liefern von Audioausgaben verarbeiten kann. Wie in 1 gezeigt ist, weist der IC 20 ein analoges Funkfrequenz-(RF, engl.: Radio Frequency)-Frontend 22 auf, das zum Empfangen von RF-Signalen von Antenne 15a gekoppelt ist. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Frontend 22 einen rauscharmen Verstärker (LNA, engl.: Low Noise Amplifier), Filter, programmierbare Verstärkungsverstärker (PGA, engl: Programmable Gain Amplifiers) und einen Mischer aufweisen, der das RF-Signal in eine Zwischenfrequenz (IF) oder Basisband abwärts umwandeln kann, neben anderen derartigen Schaltungen. Die Ausgabe des RF-Frontends 22, welche ein IF-Signal sein kann, ist mit einem Analog-zu-Digital-Umwandler (ADC, engl.: Analogue-to-Digital Converter) 24 gekoppelt, welcher die RF-Information entsprechend eines Abtastsignals abtastet, das zum Beispiel von einer Phasenregelschleife (PLL, engl.: Phase Lock Loop) 30 und über einen Frequenzteiler 31 empfangen wird. Die PLL 30 kann in Reaktion eines Eingangsreferenzsignals von einem Off-Chip-Oszillator 18 betrieben werden. Der Oszillator 18, welcher ein Kristalloszillator sein kann, ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO, engl.: Voltage Controlled Oscillator) oder ein anderer derartiger Oszillationsmechanismus, stellt eine Referenzfrequenz an der PLL 30 bereit, die wiederum ein Zwischenfrequenzsignal an einem Taktpfad erzeugt, der ein Mischsignal zur Verwendung bei der Abwärtsumwandlung der Eingangs-RF-Signale erzeugt.
Der ADC 24 liefert folglich digitalisierte Signale (IF₁(nT)), welche wie in 1 gezeigt, auf einer IF-Ebene sein können. Diese Signale werden an einen Mischer geliefert, welcher die Signale auf Basisband abwärts umwandelt. Das Mischsignal kann dem Mischer 26 von einem Taktpfad bereitgestellt werden, der die PLL 30 aufweist, einen Integrierer 32 und eine Exponentialfunktion 34, welcher folglich ein IF-Signal an den Mischer 26 liefert, um den Mischer freizugeben, eine Basisbandausgabe zu liefern, die der modulierten Nachrichteninformation entspricht, die in dem RF-Signal vorhanden ist. Dieses Signal kann an einen Kanalfilter 27 geliefert, der ein Kanalfiltern ausführt, um auf diese Art und Weise Rauschen und andere nicht gewünschte Information außerhalb eines interessierenden Bandes zu entfernen. Der Kanalfilter 27 kann folglich das Signal zum Unterdrücken von Kanälen außerhalb des Bandes analysieren. Man beachte, dass sich in 1 die dickeren Linien auf komplexe Signale beziehen und sich die dünneren Linien auf reellwertige Signale beziehen. Man beachte auch, dass bei manchen Ausführungsbeispielen alle Bereiche des Signalweges nach dem ADC 24 digital ausgeführt sein können, zum Beispiel innerhalb eines digitalen Signalprozessors (DSP, engl.: digital signal processor).
Wie weiter in 1 gezeigt ist, kann auch ein Kanalentzerrer 28 (engl.: channel equalizer) vorhanden sein und mit einer Ausgabe eines Kanalfilters 27 gekoppelt sein. Mit einem derartigen Kanalentzerrer kann zusätzlich zum flachen Fading auch ein frequenzselektives Fading unter Verwendung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung aufgelöst werden. Man beachte, dass für frequenzselektives Fading der Kanal folglich entzerrt sein kann, z. B. um die Effekte des Kanals vor dem Kombinieren rückgängig zu machen.
Wie ebenfalls in 1 gezeigt ist, kann ein Signaldetektor 35 mit einer Ausgabe des Entzerrers 28 gekoppelt sein, um eine oder mehrere Signalqualitätsmetriken zu bestimmen, die zu dem gefilterten Signal gehören. Bei verschiedenen Ausführungen kann der Signaldetektor 35 ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis(SNR, engl.: Signal-to-Noise Ratio)-Detektor sein, ein Empfangssignalstärkedetektor wie beispielsweise ein RSSI-Detektor oder eine andere derartige Signalqualitätsmessung.
Die von dem Entzerrer 28 gefilterte Information kann mit einem ersten Verstärker 36 gekoppelt werden, wobei die Details von diesem weiter unten beschrieben werden. Ferner kann diese Information, um die Bestimmung eines Phasenunterschiedes zwischen den mehreren Signalwegen zu ermöglichen, zum Beispiel auch durch einen Dezimator 29 an einem zweiten IC 40 bereitgestellt werden, welcher den zweiten Signalweg aufweist. Man beachte, dass der Dezimator 29 optional sein kann, und bei Ausführungen entfernt sein kann, bei denen die Verarbeitungseffizienz von Bedeutung ist.
Bei manchen Ausführungen kann die Phasenunterschiedsbestimmung, die weiter unten bezüglich des zweiten IC 40 beschrieben werden wird, zur Verringerung der Menge an Zwischen-Chip-Kommunikation und jeder Art von Rauschen, das daraus resultieren kann, stattdessen im ersten IC 20 ausgeführt werden, obwohl sie als an den zweiten IC 40 bereitgestellt gezeigt ist.
Weiter bezugnehmend auf 1 gezeigt ist, ist ein zweiter IC 40 gekoppelt, um Eingangs-RF-Signale von der zweiten Antenne 15b zu empfangen. Man beachte, dass das FM-Signal, das in beiden Wegen erhalten wird, dasselbe ist (d. h., dass es denselben Nachrichteninhalt aufweist), aber jedes kann unterschiedliche Fading-Profile haben und es kann auch bei unterschiedlichen Phasen sein. Das Frontend des zweiten IC 40 kann ein RF-Frontend 42, das ähnlich zu dem vom ersten IC 20 eingerichtet ist, zusätzlich zu einem zweiten ADC 44 aufweisen, der von einem Abtasttakt vom Teiler 61 abgetastet wird. Man beachte, dass die IF-Ausgabe vom ADC 44 bei einer Phasenverzögerung bezüglich der IF-Ausgabe des ADC 24 sein kann, obwohl beide ADC bei derselben Abtastfrequenz betrieben werden (das heißt, das erste IF Signal IF₁ ist bei einer Phase nT, während das zweite IF-Signal (d. h. IF₂) bei einer Phase von (nT-d)) ist. Der zweite IC 40 weist auf ähnliche Art und Weise einen Mischer 46 zum Abwärtsumwandeln der IF-Signale auf Basisband auf, einen Kanalfilter 48, einen Entzerrer 51, einen Dezimator 49 und einen Signaldetektor 47. Wie oben erwähnt ist, kann bei manchen Ausführungen auch ein Kanalentzerrer vorhanden sein.
Um das Bestimmen eines Phasenunterschiedes zwischen den zwei Signalwegen zu ermöglichen und diese Signalwege in Phase auszurichten, kann der zweite IC 40 einen Phasendiskriminator 50 aufweisen. Wie in 1 gezeigt ist, kann der Phasendiskriminator 50 eine komplex konjugierte Funktion 52 aufweisen, um eine komplex Konjugierte der eingehenden zweiten Signalinformation zu erhalten. Eine komplex Konjugierte kann das Erzeugen einer Negativen des imaginären Teils eines komplexen Signals bewirken, in anderen Worten eine komplexe Zahl ae^jΘ kann in ae^–jΘ transformiert werden. Dann kann ein Multiplizierer 54 eine komplexe Multiplikation zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ausführen, und ein Exponential-Operator 56, welcher zum Verwenden einer Koordinatenrotationsdigitalcomputer-(CORDIC, engl.: Coordinate Rotation Digital Computer)-Funktion ausgeführt ist, stellt einen Phasenunterschied zwischen den zwei Signalen bereit, nämlich data₁-data₂. Es wird angenommen, dass die erste Eingabe zum Multiplizierer 54 vom ersten IC 20
ist und das zweite Signal vom IC 40
ist.
Eine komplex Konjugierte des zweiten Signals wird in der komplex konjugierten Funktion 52 genommen, um
zu erhalten. Die komplexen Zahlen werden dann im Multiplizierer 54 multipliziert, um ein Produkt von
zu erhalten. Wenn der Winkelbereich der Verwendung der CORDIC-Funktion erhalten wird, wird der Phasenunterschied bzw. die Phasendifferenz Θ1-Θ2 erhalten.
Dieser momentane Phasendifferenzwert kann stark variieren. Dementsprechend kann die Phasenunterschiedinformation bzw. Phasendifferenzinformation an einem Schleifenfilter 60 bereitgestellt werden, um diese Information zu glätten und folglich eine gefilterte Phasendifferenz bzw. gefilterten Phasenunterschied bereitzustellen. Der Schleifenfilter 60 nimmt folglich den Durchschnitt und wendet eine Korrektur an, die proportional zum Durchschnitt der Phasendifferenz in der entgegengesetzten Richtung ist, so dass schließlich die Phasen konvergieren. Die Schleifenfilterausgabe kann in einem Integrierer 65 akkumuliert werden, wobei die Ausgabe von diesem an einen Summierer 66 weitergeleitet wird. Der Summierer 66 kann folglich den Mischsignalweg abgleichen, um die Phasen zwischen dem ersten und zweiten Signalweg anzugleichen. Wie in 1 gezeigt ist, weist der Mischsignalweg eine PLL 62 auf (auch mit dem Off-Chip-Oszillator gekoppelt), einen Integrierer 64 und eine Exponentialfunktion 68. Man sollte verstehen, dass ein Phasenkorrekturwert, obwohl er als zwischen Integrierer 64 und Exponentialfunktion 68 angewendet gezeigt ist, an anderen Orten angewendet werden kann. Zum Beispiel kann die Phasenkorrekturinformation auf die kanalgefilterte Ausgabe des Kanalfilters 48 angewendet werden.
Wie in 1 gezeigt ist, sollte man beachten, dass das zweite Signal von der Entzerrerausgabe auch von dem zweiten IC 40 am ersten IC 20 bereitgestellt wird, und genauer an einem zweiten Verstärker 34, wobei Details von diesem weiter unten beschrieben werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann Signalinformation für beide Signalwege kombiniert werden, um folglich ein kombiniertes Signal an einem Demodulator bereitzustellen. Bei unterschiedlichen Ausführungen können unterschiedliche Arten der Kombination von diesen Signalen realisiert sein. Bei einer bestimmten Ausführung kann eine Maximalverhältniskombination (MRC, engl.: Maximal Ratio Combining) ausgeführt werden, basierend auf einer oder mehreren Signalqualitätsmetriken, die zu den Signalen gehören. Zum Beispiel können bei einer Ausführung der erste Verstärker 36 und der zweite Verstärker 34 gewichtet sein, so dass unterschiedliche Verstärkungen auf die Eingangssignale von dem ersten und dem zweiten Signalweg angewendet werden, basierend auf der relativen Qualität der zwei Signale. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel kann der erste Verstärker 36 eine Verstärkung auf dem Signal anwenden, das zu einer Gewichtung W1 gehört, wobei die Gewichtung W1 in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung 1 bestimmt wird: W1 = SNR1/(SNR1 + SNR2) [GL. 1], wobei SNR1 ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (SNR) des ersten Signals ist, und SNR2 ein SNR des zweiten Signals. Der zweite Verstärker 34 kann wiederum eine Verstärkung auf das zweite Signal in Übereinstimmung mit einer zweiten Gewichtung W2 anwenden. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann die zweite Gewichtung in Übereinstimmung mit Gleichung 2 sein: W2 = 1 – W1 [GL. 2] Andere Algorithmen können zum Gewichten der Signale verwendet werden, wenn mehr als zwei Empfänger vorhanden sind. Zum Beispiel kann bei einem Mehr-Empfänger-System, wie beispielsweise einem Vier-Empfänger-System, die relative Gewichtung für jeden Weg in Übereinstimmung mit Gleichung 3 bestimmt werden:
wobei Wx und SNRx gleich der Gewichtung und dem SNR für einen gegebenen Empfänger sind.
Obwohl sie mit diesen bestimmten Gewichtungsalgorithmen beschrieben sind, können andere Ausführungsbeispiele unterschiedliche derartige Algorithmen anwenden. Ferner können, statt SNR als eine Qualitätsmetrik zu verwenden, andere Ausführungsbeispiele eine empfangene Signalstärke (RSSI, engl.: Received Signal Strength) verwenden. Weiterhin bezugnehmend auf 1 können die verstärkten Ausgaben der Verstärker 34 und 36 einem Kombinierer 38 bereitgestellt werden, wo die Signale kombiniert und dann an eine weitere Schaltung geliefert werden, zum Beispiel einem Demodulator, welcher, wie oben diskutiert wurde, innerhalb des ersten IC 20 sein kann oder in einer anderen Komponente des Systems 10. Bei anderen Ausführungen kann statt der separaten Entzerrer in beiden IC, wenn der Kanal als derselbe für beide Antennen 15a und 15b angenommen werden kann, ein einzelner Entzerrer an der Ausgabe des Kombinierers 38 angeordnet sein.
Bezugnehmend nun auf 2 ist ein Blockdiagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 2 gezeigt ist, kann das System 10' auf ähnliche Art und Weise zwei separate Empfänger aufweisen, die in separaten ICs aufgenommen sind. Für Referenzzwecke sind Komponenten mit denselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Komponenten von 1 durchnumeriert. Allerdings wird bei der Ausführung von 2 die Signalinformation von dem zweiten IC 40 an einen ersten IC 20 kommuniziert, welcher die Phasenunterschiedbestimmung bzw. Phasenunterschiedbestimmung ausführt, um folglich die Menge an Zwischen-IC-Kommunikation zu verringern. Das heißt, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von 1 besteht hier kein Bedarf, irgendeine Information vom ersten IC 20 an den zweiten IC 40 zu übertragen. Als solcher kann der bidirektionale Weg, der im System 10 vorhanden ist, im System 10' von 2 vermieden werden und es kann nur ein Kommunikationskanal in einer einzelnen Richtung vorhanden sein, was möglicherweise die Menge an Rauschen verringert, die von solchen Kommunikationen herrührt.
Wie in 2 gezeigt ist, sind die Frontendwege der beiden Empfänger dieselben, wie sie in 1 dargelegt sind. Allerdings sollte beachtet werden, dass bei der Ausführung von 2 der erste IC 20 den Phasendiskriminator 50 und den Schleifenfilter 60 aufweist (und Signaldetektor 47 für das zweite Wegsignal). Dementsprechend ist die einzige Kommunikation vom zweiten IC 40 zum ersten IC 20 die Ausgabe des Entzerrers 51, welche auf einen Multiplizierer 58 angewendet wird. Man beachte, dass die Ausgabe des Multiplizierers 58 zusätzlich zum Verstärker 34 zum Dezimator 49 für die Eingabe in den Phasendiskriminator 50 bereitgestellt wird. Wie weiter in 2 gezeigt ist, kann die gefilterte Phasenunterschiedinformation, die von dem Schleifenfilter 60 erzeugt wird, an einem Integrierer 53 bereitgestellt werden und dann an einer Exponentialfunktion 57 für die Umwandlung von Polarinformation in Rechteckinformation. Diese Rechteckinformation wird dann an einem Multiplizierer 58 bereitgestellt, worin sie mit der Signalinformation von dem zweiten IC 40 kombiniert wird, wobei die Ausgabe von diesem wiederum mit dem zweiten Verstärker 34 gekoppelt ist. In anderer Hinsicht kann das System 10' auf ähnliche Art und Weise an das angepasst sein, das oben bezüglich zu dem System 10 von 1 diskutiert wurde.
Man beachte, dass bei manchen Ausführungen, die in 1 und 2 gezeigten Unterschiede unter Verwendung von Software, Firmware oder Kombinationen davon realisiert werden können. Das heißt, dass bei manchen Ausführungen der erste und der zweite IC identische oder im Wesentlichen identische Hardware-Komponenten aufweisen kann, und einer der Chips kann durch Software oder Firmware konfiguriert sein, um als Master zu agieren (wie beispielsweise erster IC 20 in 2) und ein zweiter IC, um als Slave zu agieren (d. h. zweiter IC 40 von 2). Allerdings kann bei anderen Ausführungen die Hardware für die unterschiedlichen ICs unterschiedlich konfiguriert sein, um Kosten, die mit dem Die-Bereich und der Schaltung verknüpft sind, zu verringern.
Bei manchen Ausführungen können mehr als zwei derartige ICs vorhanden ist. Diese Ausführungen können wie die in 2 gezeigte Konfiguration eingerichtet sein, so dass ein einzelner IC als cm Master-IC für alle solchen Empfänger agiert und eingerichtet ist, eine Basisbandsignalinformation von mehreren anderen Empfängern zu empfangen, welche unterschiedliche FM-Empfänger sein können, die jeweils mit einer Antenne verbunden sind, die an einem unterschiedlichen Bereich eines Automobils angeordnet ist. Zum Beispiel können bei manchen Ausführungen mehrere FM-Antennen vorhanden sein, zum Beispiel in einer Windschutzscheibe, an einer externen Fahrzeugantenne, an Seitenspiegeln und anderen Orten. Zu diesem Zweck weist der Master-IC mehrere Phasendiskriminatoren auf, die jeweils auf ähnliche Art und Weise an das angepasst sind, das in Bezug auf den Phasendiskriminator 50 von 2 gezeigt ist. Auf ähnliche Art und Weise können mehrere steuerbare Verstärker, die jeweils übereinstimmend mit einem Gewichtkombinationsalgorithmus gewichtet sind, wie beispielsweise dem MRC-Algorithmus, der oben diskutiert wurde, vorhanden sein, um ein Verstärkungseinstellungssignal von jedem Antennenweg auszugeben, wobei alle diese in einem finalen Kombinierer für die Ausgabe an einen Demodulator oder andere derartige Schaltung kombiniert werden können.
Bezugnehmend nun auf 3 ist dort ein Ablaufschema eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 3 gezeigt ist, kann das Verfahren 200 verwendet werden, um ein FM-Signal zu verarbeiten, das in mehreren Empfängern eines Systems empfangen wurde. Das Verfahren 200 kann durch Empfangen des FM-Signals in mehreren Empfangswegen (Block 210) beginnen. Wie oben beschrieben wurde, können bei verschiedenen Ausführungen mehrere Empfänger, die jeweils an separate integrierte Schaltungen angepasst sind, jeweils mit einer unterschiedlichen Antenne gekoppelt sein, wobei jeder von diesen an einer unterschiedlichen Position innerhalb eines Automobils angeordnet sein kann und folglich Gegenstand unterschiedlichen Fadings und anderen variierten Signalbedingungen sein kann.
Die empfangenen Signale werden dann in den Mehr-Empfänger-Wegen weiterverarbeitet, wie beispielsweise oben hinsichtlich 1 und 2 beschrieben wurde. Als Teil der Verarbeitung können eine oder mehrere Signalqualitätsmetriken für das empfangene Signal in jedem Weg bestimmt werden (Block 220). Weiterhin kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine Phase von wenigstens einem der empfangenen Signale eingestellt werden, um einen Phasenunterschied zwischen mehreren Wegen zu entfernen (Block 230). Zum Beispiel kann bei einer Zwei-Empfänger-Ausführung ein Phasenunterschied zwischen zwei Wegen unter Verwendung einer Rückkopplungsschleife, wie beispielsweise in 1 und 2 gezeigt, abgeglichen werden. Dann können die von diesen Mehr-Empfänger-Wegen empfangenen Signale kombiniert werden (Block 240). Insbesondere können bei einem Ausführungsbeispiel diese empfangenen Signale entsprechend einer Gewichtung kombiniert werden, die wenigstens in Teilen auf der bestimmten Signalqualität basiert. Zum Beispiel kann ein Algorithmus die Gleichungen 1 und 2 oder 3, die oben beschrieben wurden, anwenden, um folglich eine unterschiedliche Gewichtung auf das empfangene Signal in jedem der Empfängerwege anzuwenden, um ein kombiniertes Signal zu erhalten, welches dann an eine weitere Funkschaltung, wie beispielsweise einen Demodulator, geliefert werden kann, welcher auf einer einzelnen IC mit einem der Empfänger sein kann oder ein separater IC sein kann. Während dies mit dieser bestimmten Ausführung in dem Ausführungsbeispiel von 3 beschrieben wurde, ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt.
Folglich können Ausführungsbeispiele das Diversity-Kombinieren auf ein FM-Signal anwenden, bei dem keine bekannte Information vorhanden ist, sondern bei dem stattdessen Daten in einem konstanten Modulus-Signal eingebettet sind. Dies ist im Gegensatz zu Diversity-Anwendungen, wie beispielsweise für digitale Modulationsschemen, bei dem ein bekanntes Muster in der Abfolge eingebettet ist, wie beispielsweise eine bekannte Präambel oder Trainingsdaten, die für die Steuerung der Diversity verwendet werden können.
Ausführungsbeispiele können in unterschiedlichen Empfängern, Transceivern (Sende-Empfängern) usw. ausgeführt sein. Bei manchen Ausführungen kann ein Funkempfänger, der sowohl für AM- als auch FM-Empfangsmodi, neben anderen, ausgelegt ist, Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung implementieren. Bezugnehmend nun auf 4 ist dort ein Blockdiagramm eines Mehrempfängersystems 400 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System 400 ein beweglicher Funk bzw. bewegliches Radio sein, wie beispielsweise ein Autofunk bzw. Autoradio, der bzw. das mehrere Empfänger aufweist (z. B. 300 und 300'), die jeweils auf einem separaten IC gebildet sind und an eine Leiterplatte angepasst sind oder an eine andere unterstützende Schaltung des Systems. Wie in 4 gezeigt ist, kann ein erster kombinierter Mehrmodus AM/Frequenzmodulation (FM) Empfänger 300 auf einer monolithischen Halbleiter-Die hergestellt sein.
Ein Eingangs-RF-Signal wird von einer externen Empfangsantenne 380 durch einen rauscharmen Verstärker (LNA) 382 empfangen, der von einer automatischen Verstärkungssteuerungs-(AGC)-Schaltung 384 gesteuert wird. Nach der Verarbeitung erscheinen Linkskanal (”LOUT” genannt) und Rechtskanal (”ROUT” genannt) analoge Stereosignale an den Ausgangsanschlüssen 352 bzw. 350.
Der Mehrmodusempfänger 300 weist analoge Mischer 390 auf, die mit einem abstimmbaren lokalen Oszillator 392 gekoppelt sind, wobei die Frequenz von diesem den gewünschten Funkkanal wählt, auf den der Empfänger 300 abgestimmt wird. In Reaktion auf das Eingangs-RF-Signal produzieren die Mischer 390 entsprechende analoge IF-Quadratursignale, die durch einen programmierbaren Verstärkungsverstärker (PGA) 394 laufen, bevor sie an die ADC 324, 326 weitgeleitet werden. Folglich wandeln die ADC 324 und 326 die analogen IF-Quadratursignale von den PGA 394 in digitale Signale um, welche an einen DSP 320 geliefert werden.
Der DSP 320 demoduliert die empfangenen komplexen Signale, um entsprechende digitale Links- und Rechtskanalstereosignale an seinen Ausgangsanschlüssen bereitzustellen; und diese digitalen Stereosignale werden von den DAC 334 und 336 in analoge Gegenstücke umgewandelt, welche mit den programmierbaren Verstärkungsverstärkern 334 gekoppelt sind. Zusätzlich kann der DSP 320 Basisbandsignale von einem oder mehreren anderen Empfängern, wie beispielsweise Empfänger 300', empfangen und diese Signale von diesen Wegen vor der Demodulation kombinieren, wie oben beschrieben. Allerdings kann bei manchen Betriebsmodi der DSP 320 entsprechend gesteuert werden, Signale nicht zu kombinieren und nur ein Signal von einem einzelnen Weg zu verwenden oder nur Signale von einer vorgegebenen Anzahl von verfügbaren Signalwegen zu kombinieren. Eine derartige Steuerung kann in einer Werkseinstellung vorhanden sein oder sie kann bei manchen Ausführungen benutzergesteuert sein.
Obwohl nicht in 4 gezeigt, kann der Empfänger 300 eine Steuerschnittstelle zum Empfangen von verschiedenen Signalen aufweisen, die den Modus steuern (AM oder FM-Empfang oder anderen), bei dem der Empfänger 300 betrieben wird, sowie eine spezifische Submoduskonfiguration für diesen Modus. Zum Beispiel kann eine unterschiedliche Firmware in dem DSP 320 vorhanden sein, die basierend auf der Auswahl des Betriebsmodus ausgeführt wird. In Übereinstimmung mit manchen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Mehrmodus-FM-Empfänger 300 auch eine Mikrosteuereinheit (MCU, engl.: microcontroller unit) 398 aufweisen, die den allgemeinen Betrieb des Empfängers 300 koordiniert, wie beispielsweise das Einrichten des Empfängers für Mehr-Empfänger-Kombinationsoperationen.
Wie weiter in 4 gezeigt ist, kann auch ein zweiter Empfänger 300' in einer gegebenen Systemausführung vorhanden sein. Zusätzlich dazu, dass ein Empfangsweg vorhanden ist, der genauso wie der des Empfängers 300 eingerichtet ist, kann eine digitale Ausgabe von dem ADC 324 des Empfängers 300' zum Beispiel durch eine digitale Audioschnittstelle bereitgestellt werden oder sonstwie mit Empfänger 300, insbesondere mit dem DSP 320 des Empfängers 300, verbunden sein, um das Kombinieren von Signalinformation von mehreren Wegen zu ermöglichen. Als solche können Ausführungsbeispiele einen Gegenstand in der Form eines computerlesbaren Mediums aufweisen, auf das Befehle geschrieben werden. Diese Befehle können es dem DSP oder einem anderen programmierbaren Prozessor ermöglichen, eine Phasendiskriminierung und Phaseneinstellung sowie eine Gewichtung und Kombination von Eingangssignalen von mehreren Empfangswegen und eine andere Verarbeitungen in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Man beachte, dass zusätzliche Empfänger vorhanden sein können, die jeweils zu einer unterschiedlichen Empfangsantenne gehören, um Signalinformation von mehreren Wegen bereitzustellen, um Empfangsbedingungen bei vorhandenem Fading oder anderen Signalbeeinträchtigungen zu verbessern.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird der Fachmann viele Modifikationen und Variationen davon begrüßen. Es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle solche Modifikationen und Variationen abdecken, so wie sie in den wahren Geist und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Zusammenfassung
Bei einem Ausführungsbeispiel stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Signalqualitätsmetriken eines konstanten Modulus-(CM)-Signals bereit, das auf zwei unterschiedlichen Signalwegen empfangen wird, und zum Kombinieren des Signals aus den zwei Signalwegen, basierend wenigstens teilweise auf den detektierten ersten und zweiten Signalqualitätsmetriken. Ein solches Verfahren kann in einem Funkempfänger implementiert sein, wie beispielsweise einem Automobilempfänger.

Claims

Verfahren, umfassend: Detektieren einer ersten Signalqualitätsmetrik eines konstanten Modulus-(CM)-Signals, das in einem ersten Signalweg empfangen wird; Detektieren einer zweiten Signalqualitätsmetrik des CM-Signals, das in einem zweiten Signalweg empfangen wird, und Kombinieren des CM-Signals von dem ersten und dem zweiten Signalweg, basierend auf der detektierten ersten und zweiten Signalqualitätsmetrik.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter das Kombinieren des ersten Signalweg-CM-Signals und des zweiten Signalweg-CM-Signals umfassend, so dass das CM-Signal, das eine größere Signalqualitätsmetrik aufweist, ein größeres Gewicht in dem kombinierten CM-Signal hat.
Verfahren nach Anspruch 2, weiter das Bereitstellen des kombinierten CM-Signals an einem Demodulator umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter das Kombinierender ersten Signalqualitätsmetrik und der zweiten Signalqualitätsmetrik in Übereinstimmung mit einem ersten Algorithmus umfassend, um eine erste Gewichtung für das erste Signalweg-CM-Signal und eine zweite Gewichtung für das zweite Signalweg-CM-Signal zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste Algorithmus vorhanden ist, um die erste Gewichtung auf das erste Signalweg-CM-Signal entsprechend eines Verhältnisses zwischen der ersten Signalqualitätsmetrik und einer Summe aus der ersten Signalqualitätsmetrik und der zweiten Signalqualitätsmetrik anzuwenden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter das Ausrichten von Phasen des ersten Signalweg-CM-Signals und des zweiten Signalweg-CM-Signals in einer Rückkopplungsschleife eines ersten Empfängers, der den ersten Signalweg aufweist, umfassend.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausrichten das Abgleichen einer Phase des zweiten Signalweg-CM-Signals umfasst, um die zweite Signalweg-CM-Signalphase im Wesentlichen gleich einer Phase des ersten Signalweg-Signals zu setzen.
Vorrichtung, umfassend: ein erstes analoges Frontend zum Empfängen eines Eingangsfrequenzmodulations-(FM)-Signals und zum Abwärtsumwandeln des Eingangs-FM-Signals in ein erstes FM-Basisbandsignal; einen ersten Detektor zum Messen einer ersten Signalqualitätsmetrik des ersten FM-Basisbandsignals; einen Phasendiskriminator zum Empfangen des ersten FM-Basisbandsignals und eines zweiten FM-Basisbandsignals von einem zweiten analogen Frontend und zum Bestimmen eines Phasenunterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten FM-Basisbandsignal; eine Rückkopplungsschleife zum Einstellen einer Phase des zweiten FM-Basisbandsignals unter Verwendung des Phasenunterschiedes; und einen Kombinierer zum Kombinieren des ersten FM-Basisbandsignals und des zweiten FM-Basisbandsignals, basierend wenigstens in teilweise auf der ersten Signalqualitätsmetrik und einer zweiten Signalqualitätsmetrik, die zu dem zweiten FM-Basisbandsignal gehört.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kombinierer einen ersten Verstärker aufweist, der eine Verstärkung hat, die von einer ersten Gewichtung für das erste FM-Basisbandsignal gesteuert wird, und einen zweiten Verstärker, der eine Verstärkung hat, die von einer zweiten Gewichtung für das zweite FM-Basisbandsignal gesteuert wird, und einen Summierer zum Kombinieren der ersten und der zweiten Verstärkerausgabe.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ein erster integrierter Schaltungs-FM-Empfänger ist und weiter einen zweiten integrierten Schaltungs-FM-Empfänger aufweist, der mit dem ersten Schaltungs-FM-Empfänger zum Bereitstellen des zweiten FM-Basisbandsignals gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste integrierte Schaltungs-FM-Empfänger und der zweite integrierte Schaltungs-FM-Empfänger beide zum Empfangen des Eingangs-FM-Signals ausgelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Rückkopplungsschleife einen Schleifenfilter zum Filter einer momentanen Phasenunterschiedausgabe des Phasendiskriminators aufweist und einen Exponentialgenerator zum Empfangen der gefilterten Phasendifferenzausgabe und zum Bereitstellen eines ersten Multiplikanden an einen Multiplizierer.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Multiplizierer zum Empfangen des ersten Multiplikanden und eines zweiten Multiplikanden ausgelegt ist, der zu dem zweiten FM-Basisbandsignal gehört.
System, umfassend: einen ersten Empfänger, der ein erstes analoges Frontend zum Empfangen eines konstanten Modulus-(CM)-Signals und zum Abwärtsumwandeln des CM-Signals in ein erstes CM-Basisbandsignal aufweist, einen ersten Detektor zum Messen einer ersten Signalqualitätsmetrik des ersten CM-Basisbandsignals, einen zweiten Detektor zum Messen einer zweiten Signalqualitätsmetrik eines zweiten CM-Basisbandsignals, das von einem zweiten Empfänger empfangen wird, und einen Kombinierer zum Kombinieren des ersten CM-Basisbandsignals und des zweiten CM-Basisbandsignals, basierend wenigstens auf der ersten Signalqualitätsmetrik und einer zweiten Signalqualitätsmetrik; und wobei der zweite Empfänger mit dem ersten Empfänger gekoppelt ist, wobei der zweite Empfänger ein zweites analoges Frontend zum Empfangen des CM-Signals und zum Abwärtsumwandeln des CM-Signals in das zweite CM-Basisbandsignal aufweist.
System nach Anspruch 14, wobei der erste Empfänger und der zweite Empfänger jeweils in einer unterschiedlichen integrierten Schaltung angeordnet sind.
System nach Anspruch 15, wobei der erste Empfänger zum Koppeln mit einer ersten Antenne eines Automobils ausgelegt ist und der zweite Empfänger zum Koppeln an einer zweiten Antenne des Automobils ausgelegt ist.
System nach Anspruch 15, wobei der zweite Empfänger zum Bereitstellen des zweiten CM-Basisbandsignals an den ersten Empfänger auf einer ersten Signalleitung ausgelegt ist, die der einzige Kommunikationsweg zwischen dem ersten Empfänger und dem zweiten Empfänger ist.
System nach Anspruch 15, wobei der Kombinierer einen ersten Verstärker aufweist, der eine Verstärkung hat, die von einer ersten Gewichtung für das erste CM-Basisbandsignal gesteuert wird und einen zweiten Verstärker, der eine Verstärkung hat, die von einer zweiten Gewichtung für das zweite CM-Basisbandsignal gesteuert wird, und einen Summierer zum Kombinieren der ersten und zweiten Verstärkerausgabe.
System nach Anspruch 16, wobei der erste Empfänger weiter umfasst: einen Phasendiskriminator zum Empfangen des ersten CM-Basisbandsignals und des zweiten CM-Basisbandsignals und zum Bestimmen eines Phasenunterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten Basisbandsignal, wobei das CM-Signal einem Frequenzmodulations-(FM)-Signal entspricht, und eine Rückkopplungsschleife zum Einstellen einer Phase des zweiten CM-Basisbandsignals unter Verwendung des Phasenunterschiedes.
System nach Anspruch 19, wobei der Phasendiskriminator aufweist: einen komplex konjugierten Operator zum Betreiben auf dem zweiten CM-Basisbandsignal; einen Multiplizierer zum Erhalten eines Produktes des ersten CM-Basisbandsignals und des komplex konjugierten des Basisbandsignals; ein Koordinatenrotationsdigitalcomputer (CORDIC) Maschine zum Erhalten eines momentanen Phasenunterschiedes von dem Produkt.