專利名稱：天線分集接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無線電通信系統(tǒng)的一種天線分集接收機(jī)。雖然本發(fā)明是專門參考一種藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth system)進(jìn)行描述的，但它也適用于可以采用天線分集的其他通信系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線電通信系統(tǒng)經(jīng)常遭受多徑傳播的影響，從而使所發(fā)送的信號(hào)從發(fā)射機(jī)通過多條不同的路徑到達(dá)接收機(jī)。每條路徑(除了直接路徑外，如果存在的話)被從一個(gè)或多個(gè)物體反射，因而這些路徑具有不同的長度。在天線上將來自所有可達(dá)到的路徑的信號(hào)重新組合并供給接收機(jī)。取決于路徑長度的瞬時(shí)集合，接收到的信號(hào)可在天線上相長地或相消地干擾。
在相消干擾的情況下，瞬時(shí)信號(hào)強(qiáng)度與直接路徑的信號(hào)強(qiáng)度相比可被降低20dB或者更多。這個(gè)問題在室內(nèi)使用的系統(tǒng)中特別嚴(yán)重，典型情況下有各式各樣緊密安放在一起的散射物體(例如墻壁，家具、人員)，其中有些不是靜止的。在極端情況下，接收機(jī)不可能接收到足夠強(qiáng)度的信號(hào)供使用，并認(rèn)為處于零信號(hào)狀態(tài)。
對(duì)這個(gè)問題的一種解決方案是天線分集，在其中對(duì)于一臺(tái)接收機(jī)提供兩個(gè)或更多的接收天線。如果天線被充分地分離，以使在一個(gè)天線上接收到的信號(hào)實(shí)際上與另一個(gè)天線接收到的信號(hào)不相關(guān)，當(dāng)一個(gè)天線處于零信號(hào)狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)天線或許能夠接收到良好的信號(hào)。
可以使用天線分集的無線電通信系統(tǒng)的一個(gè)例子是藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，它是按照由藍(lán)牙專門行業(yè)組規(guī)定的技術(shù)條件運(yùn)行的。這樣一種網(wǎng)絡(luò)是打算在移動(dòng)PC，移動(dòng)電話和其他便攜與否的設(shè)備之間提供低成本，短距離的無線電鏈路。在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中的通信是在大約2.45GHz的無執(zhí)照的ISM頻段中進(jìn)行的。在這些頻率上，幾厘米量級(jí)的天線分離對(duì)于成功的分集操作是足夠的。
例如，在US-A-5,940,452中所公開的一種天線分集接收機(jī)中，分集控制器依據(jù)信號(hào)質(zhì)量測(cè)量結(jié)果，最通常是RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指示)，選擇提供最佳信號(hào)的天線?？梢允褂闷渌男诺蕾|(zhì)量測(cè)量，例如，在DECT(數(shù)字增強(qiáng)型無繩遠(yuǎn)程通信)系統(tǒng)中某些情況下使用檢驗(yàn)和。在數(shù)據(jù)被分組發(fā)送的無線電通信系統(tǒng)中，分集控制器在逐個(gè)分組的基礎(chǔ)上選擇最佳天線是最好的做法。在如藍(lán)牙那樣的頻率跳躍系統(tǒng)中尤其是如此。因?yàn)橄嗬^的分組將在特性不相關(guān)的不同頻率上發(fā)送。
然而，在逐個(gè)分組的基礎(chǔ)上實(shí)施天線分集需要依次從每個(gè)天線測(cè)量信號(hào)質(zhì)量(除非提供多個(gè)接收機(jī)，而這通常不是一種切合實(shí)際的解決方案)在已知接收機(jī)中采用的順序的RSSI測(cè)量過程可能因此占用太長時(shí)間，尤其如果對(duì)于每個(gè)分組的前序比較短的話(例如，在藍(lán)牙中只有4μs長)。
發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種天線分集接收機(jī)，能夠同時(shí)比較來自兩個(gè)天線的信號(hào)質(zhì)量而不需要多個(gè)接收機(jī)。
依據(jù)本發(fā)明在此提供一種天線分集接收機(jī)，包括同相和正交信道；用于連到第一和第二天線的裝置；切換裝置，它具有第一狀態(tài)，其中來自第一天線的信號(hào)被傳送到同相信道而來自第二天線的信號(hào)被傳送到正交信道，具有第二狀態(tài)，其中來自第一天線的信號(hào)既傳送到同相信道又傳送到正交信道，和具有第三狀態(tài)，其中來自第二天線的信號(hào)既傳送到同相信道又傳送到正交信道；信號(hào)質(zhì)量比較裝置，當(dāng)切換裝置處于其第一狀態(tài)時(shí)，用于確定在同相和正交信道中接收信號(hào)的相對(duì)質(zhì)量和；分集控制裝置，依據(jù)由信號(hào)質(zhì)量比較裝置確定的相對(duì)信號(hào)質(zhì)量，控制切換裝置狀態(tài)。
附圖簡述現(xiàn)在將通過舉例的方法，參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中

圖1是一種零IF無線電接收機(jī)的方框簡圖；圖2是所需的和相鄰的信道信號(hào)接收到時(shí)的圖形；圖3是圖2的信號(hào)與零IF混頻的圖形；圖4是信道濾波后圖3的信號(hào)的圖形；和圖5是依據(jù)本發(fā)明制作的天線分集零IF無線電接收機(jī)的方框簡圖。
在附圖中，將相同的標(biāo)號(hào)用于表明相應(yīng)的特征。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式一種通常的零IF接收機(jī)的方框簡圖示于圖1中。將通過參考圖2到4解釋它的操作，圖2到4是表示被接收到并在接收機(jī)中處理以后的信號(hào)的圖形。射頻(RF)信號(hào)被天線102接收并由低噪聲放大器(LNA)104放大。在這一級(jí)上RF信號(hào)如圖2中所示，這是信號(hào)幅度A對(duì)頻率f的圖形。第一頻段202包含所需的信號(hào)(W)，而第二與第三頻段204，206包含不需要的相鄰信道信號(hào)A1，A2。
LNA 104的輸出被送入一對(duì)正交關(guān)聯(lián)的混頻器106，108，它們分別被供給同相(I)和正交(Q)的本地振蕩器(LO)信號(hào)。LO信號(hào)由壓控振蕩器(VCO)110產(chǎn)生，而壓控振蕩器由具有穩(wěn)定的參考信號(hào)源114的頻率合成器(SYN)112驅(qū)動(dòng)。LO信號(hào)與包含所需信號(hào)的頻段202的中心具有相同的頻率，所以混頻器106，108將該信號(hào)混頻成零頻率，在該頻率的周圍折疊著接收到的頻譜?，F(xiàn)在該信號(hào)如圖3中所示，具有包含零頻率周圍折疊著所需信號(hào)的低頻段302和包含被疊加的相鄰信道信號(hào)A1和A2的高頻段304。
然后來自I和Q混頻器106，108的輸出信號(hào)被低通的I和Q信道濾波器116，118濾波，將高頻段304衰減。圖4示出所得到的信號(hào)，具有如虛線所示的理想化的濾波器特性402，作為濾波的結(jié)果高頻段304已被除去。然后來自信道濾波器116，118的輸出信號(hào)在被I和Q單-位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)124，126轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以前通過I和Q限幅器120，122。在輸入到ADC 124，126以前限幅器120，122除去幅度信息。然后數(shù)字信號(hào)通過鑒頻器(DISC)128送到基帶處理方框(BB)130，在其中它們被解調(diào)。通過使用I和Q信道的基帶處理可以除去頻譜折疊的影響。
通過在LNA 104以前增加一個(gè)開關(guān)，使能從天線102中的一個(gè)選擇信號(hào)，圖1的接收機(jī)可被修改成帶兩個(gè)天線102操作，以允許分集切換。然后來自每個(gè)天線102的信號(hào)質(zhì)量指示可被順序地得到，例如在所發(fā)送的數(shù)據(jù)中的前導(dǎo)文件期間進(jìn)行。一旦這種測(cè)量已經(jīng)完成，提供較好信號(hào)的天線，例如具有較高RSSI的天線被選取。
雖然這樣的技術(shù)已被成功地使用，一次只能接收一個(gè)信號(hào)的事實(shí)意味著測(cè)量過程占用相當(dāng)長的時(shí)間。在一種DECT系統(tǒng)中，有用于延長前導(dǎo)文件的可選的規(guī)定，使這樣一種測(cè)量過程能夠完成。然而，在前導(dǎo)文件非常短，只有4μs的藍(lán)牙這樣的系統(tǒng)中，對(duì)于這樣一種測(cè)量過程沒有足夠的時(shí)間。作為一種可選方案，似乎可以擁有兩個(gè)分離的接收機(jī)，以便能夠同時(shí)進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量測(cè)量，但這樣一種接收機(jī)并不能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明對(duì)于能夠用一臺(tái)單一的接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量測(cè)量的問題提供一種解決方案。依據(jù)本發(fā)明制作的接收機(jī)的方框簡圖示于圖5中。該接收機(jī)的大部分與圖1的接收機(jī)是相同的，因此將不再描述。
該接收機(jī)包括連到各自的第一和第二LNA 104a，104b的第一和第二天線102a，102b。LNA 104a，104b被通過第一和第二雙路開關(guān)532，534連到正交關(guān)聯(lián)的混頻器106，108。另外，提供分集控制器(DC)536，比較接收到的信號(hào)質(zhì)量并相應(yīng)地控制開關(guān)532，534和LNA 104a，104b。當(dāng)兩個(gè)開關(guān)532，534處于‘向上’位置時(shí)，如圖5中所示，接收機(jī)按圖1中所示的通常的零IF接收機(jī)相同的方式動(dòng)作，接收來自第一天線102a的信號(hào)。同樣，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)532，534處于‘向下’位置時(shí)，從第二天線102b接收信號(hào)。
當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)532處于‘向上’位置和第二開關(guān)534處于‘向下’位置時(shí)，可以完成同時(shí)的信號(hào)質(zhì)量測(cè)量(或比較)。來自第一天線102a的信號(hào)被送到I混頻器106，下混頻到零頻率并被濾波。所得到的信號(hào)被圍繞零頻率折疊，如圖4中所示，因此不可能被解調(diào)，但仍然可以進(jìn)行有效的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量。同樣，來自第二天線102b的信號(hào)被送到Q混頻器108，并在濾波后可以完成它們的強(qiáng)度測(cè)量。來自第一天線102a的信號(hào)與同相的LO信號(hào)混頻以及來自第二天線102b的信號(hào)與正交的LO信號(hào)混頻這個(gè)事實(shí)并不重要，因?yàn)樗鼪]有影響測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度。
分集控制器536能夠在所發(fā)送的數(shù)據(jù)中前導(dǎo)文件期間比較來自兩個(gè)天線的信號(hào)質(zhì)量和確定哪個(gè)天線102a，102b用于數(shù)據(jù)的其余部分。因此當(dāng)作出決定時(shí)，相應(yīng)地設(shè)置開關(guān)532，534，接收機(jī)起著正常的零IF接收機(jī)的作用。連到未用的天線102a，102b的LNA 104a，104b在數(shù)據(jù)接收期間可被斷開，從而使接收機(jī)功率消耗為最小。
與通常的零IF接收機(jī)相比較，依據(jù)本發(fā)明制作的接收機(jī)只需要少量的附加電路(在所示的實(shí)施方案中為一個(gè)LNA和兩個(gè)開關(guān))，如果如以上所建議的那樣在數(shù)據(jù)接收期間斷開附加的LNA，則只是少量增加接收機(jī)的功率消耗。
對(duì)圖5中所示的接收機(jī)設(shè)計(jì)的各種變型是可能的。例如，限幅器120，122可以除去，單-位ADC 124，126被多位ADC替代。使信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量能夠直接從接收機(jī)的數(shù)字部分進(jìn)行。依據(jù)本發(fā)明制作的接收機(jī)的基本特征是對(duì)于正常操作需要兩個(gè)信道(通常是I和Q)，但是每個(gè)信道在信號(hào)質(zhì)量測(cè)量或比較期間可以傳送不同的信號(hào)。
以上所公開的實(shí)施方案是一種直接變換的接收機(jī)，其中RF信號(hào)被直接下混頻到零頻率。然而，本發(fā)明適用于其他的零IF結(jié)構(gòu)，如采用兩級(jí)下變換的方案。它也適用于采用多相濾波器的低IF結(jié)構(gòu)，雖然用這樣一種結(jié)構(gòu)實(shí)施需要相當(dāng)多的附加電路。特別是，需要在混頻器106，108和替代圖5的信道濾波器116，118的多相濾波器之間的每個(gè)I和Q信道得到信號(hào)。然后這些信號(hào)中每一個(gè)需要通過一個(gè)分離的信道濾波器，在信號(hào)質(zhì)量測(cè)量可以進(jìn)行以前，濾掉相鄰信道的信號(hào)。
雖然已經(jīng)對(duì)于藍(lán)牙系統(tǒng)或具有非常短前序文件的其他系統(tǒng)描述了本發(fā)明，同時(shí)測(cè)量來自兩個(gè)天線的信號(hào)強(qiáng)度具有很大的優(yōu)點(diǎn)，可容易地應(yīng)用到各式各樣的無線電通信系統(tǒng)，例如，UMTS(通用移動(dòng)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng))，GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))或DECT。
通過閱讀本公開內(nèi)容，其他的修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。這樣的修改可以包含在天線分集接收機(jī)及其組成部件的設(shè)計(jì)，制造和使用中已經(jīng)知道的其他特性，可以替代或補(bǔ)充在此已被描述的其他特性。雖然權(quán)利要求已經(jīng)在本申請(qǐng)中對(duì)這些特性的特定組合作了闡述，應(yīng)該理解，本申請(qǐng)公開內(nèi)容的范圍也包括在此以明顯方式或隱含方式或任何概括的方式所公開的任何新的特性或任何新的特性的組合，不管它是否涉及目前在權(quán)利要求中申請(qǐng)專利保護(hù)相同的發(fā)明和它是否減輕本發(fā)明完成的任何或全部相同的技術(shù)問題。在此本申請(qǐng)人提請(qǐng)注意，新的權(quán)利要求可以在本申請(qǐng)或由此派生的任何進(jìn)一步的申請(qǐng)進(jìn)行期間對(duì)這樣的特性和/或特性的組合進(jìn)行闡述。
在本說明書和權(quán)利要求書中，在部件前面的字“一個(gè)”并不排除存在多個(gè)這樣的部件。另外，字“包括”并不排除存在所列舉之外的其他部件或步驟。
權(quán)利要求
1.一種天線分集接收機(jī)，包括同相和正交信道；用于連到第一和第二天線的裝置；切換裝置，該裝置具有第一狀態(tài)，其中來自第一天線的信號(hào)被傳送到同相信道而來自第二天線的信號(hào)被傳送到正交信道，該裝置還具有第二狀態(tài)，其中來自第一天線的信號(hào)既被傳送到同相又被傳送到正交信道，該裝置還具有第三狀態(tài)，其中來自第二天線的信號(hào)既被傳送到同相又被傳送到正交信道；信號(hào)質(zhì)量比較裝置，當(dāng)切換裝置處于其第一狀態(tài)時(shí)，該裝置用于確定同相和正交信道中接收信號(hào)的相對(duì)質(zhì)量；和分集控制裝置，用于依據(jù)由信號(hào)質(zhì)量比較裝置所確定的相對(duì)信號(hào)質(zhì)量控制切換裝置的狀態(tài)。
2.一種如權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于該接收機(jī)是一種零IF接收機(jī)。
3.一種如權(quán)利要求1或2的接收機(jī)，其特征在于該信號(hào)質(zhì)量比較裝置包括用于確定每個(gè)信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度指示的裝置。
4.一種如權(quán)利要求1到3的任何一項(xiàng)的接收機(jī)，其特征在于提供第一和第二放大裝置，用于放大來自第一和第二天線的各自信號(hào)；該分集控制裝置包括當(dāng)該切換裝置處于其第二或第三狀態(tài)時(shí)，用于斷開與未用的天線對(duì)應(yīng)的放大裝置。
5.一種如權(quán)利要求1到4的任何一項(xiàng)的接收機(jī)，將其作為一種集成電路實(shí)施。
全文摘要
一種天線分集接收機(jī)包括通過開關(guān)(532,534)連到兩個(gè)天線(102a,102b)的零IF接收機(jī)。通過第一混頻器(106)和信道濾波器(116)傳送來自第一天線(102a)的信號(hào)以及通過第二混頻器(108)和信道濾波器(118)傳送來自第二天線(102b)的信號(hào)可以同時(shí)測(cè)量來自兩個(gè)天線的信號(hào)質(zhì)量。在數(shù)據(jù)引導(dǎo)文件期間分集控制器(536)比較從天線(102a,102b)接收到的信號(hào)質(zhì)量,選擇一個(gè)優(yōu)選的天線,然后調(diào)節(jié)開關(guān)(534,532),將來自優(yōu)選天線的信號(hào)傳送到兩個(gè)輸入混頻器(106,108)。在數(shù)據(jù)接收期間可以斷開連到未被選中的天線的放大器(104a,104b),從而使附加的功率消耗為最少。這樣一種天線分集接收機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的天線選擇,即使在如藍(lán)牙那樣的系統(tǒng)中,只有非常短的引導(dǎo)文件提供給接收機(jī)配置的情況下也能實(shí)施。
文檔編號(hào)H04B1/30GK1383629SQ01801900
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月5日
發(fā)明者A·G·斯潘塞, R·J·達(dá)維斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司