专利名称：接收器及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于接收其最初作为多个不同信号而传送的信号的信号接收器以及操作该接收器的方法。
背景技术：
在典型的通信系统中，无线电信号经由多个路径而从发送器传送到接收器，每个信号均包括来自一个或多个散射器的反射。来自上述路径的接收信号在该接收器中建设性地或破坏性地进行干涉(导致了与位置相关的衰减)。此外，由于所述路径的长度不同，因此信号从发送器传送到接收器所花费的时间可造成码元内干涉。
可利用这样一种情况，即在发送器和接收器之间使用多个天线，这可以相同的频率同时传送多个不同的信号。该系统被称为多输入多输出(MIMO)系统，借此可将传输数据流分为多个子数据流，每个子数据流经由多个不同路径而被发送。在美国专利US6067290中描述了该系统的一个例子，在由P W Wolniansky等人在1998年9月29日至10月2日意大利比萨召开的1998年度URSI关于信号、系统、以及电子学的国际讨论会上发表的论文“V-BLASTan architecturefor realising very high data rates over the rich-scatteringwireless channel”中描述了该系统的另一个例子，即通常所说的BLAST系统。
在BLAST系统中，将每个子数据流发送到一个单独的天线。在可替换系统中，利用天线波束形成技术而将每个子数据流映射到不同的空间方向。我们共同待审的国际专利申请WO02/061969(申请人的参考文献号PHGB010012)中公开了其动态改变波束方向的MIMO系统这样一个例子。
一般地，在MIMO系统中，将原始数据流分为N个子数据流，每个子数据流通过其具有nT＝N个组份的一阵列中的不同天线而被传送。
其具有nR≥N个组份的相似阵列用于接收信号，该阵列中的每个天线用于接收N个子数据流的不同叠加信号。利用这些差异以及信道传输矩阵的知识，所述子数据流可以被拆分且可以被重新组合以得到原始数据流。在某些情况下，尤其是在当根据每个所接收到的信号而确定了多个实质上不相关的信号采样时的宽带信道中，nR可能小于N。在我们共同待审的国际专利申请PCT/IB02/02439(申请人参考文件号PHGB010100)中对此进行了更加详细的描述。
从MIMO系统中所实现的性能增益可以用于以给定误码率来提高总的数据传输率、或者降低给定数据传输率的误码率、或者这二者的某种组合。还可对MIMO系统进行控制以降低给定的数据传输率和误码率的总的传输能量或功率。理论上，发送器或接收器上的天线数目更小，通信信道容量会线性地提高。然而，考虑使MIMO系统更有效的方法是，使信道容量受限于发送器和接收器之间统计独立的路径数目，这是由环境中的散射所造成的。
在对MIMO系统中所使用的接收器进行设计时，由于每个天线将所接收到的信号RF转换到基本频带而需要独立的RF(无线电频率)单元而造成了非常大的额外费用。该要求是为了使天线阵列中的空间信息不受到后续处理以提取子数据流。其可避免对多个RF单元的需求的一个方法是通过将不同频率偏移量施加到来自每个天线的信号上，在此之后执行单频率变换并且在数据化之后对所述独立信号进行还原。在我们共同待审的国际申请PCT/IB02/02410(申请人参考文件号PHGB010199)中公开了这一技术。然而，可实现该技术的接收器仍然需要附加本地振荡器以便产生所需的频率偏移量。
发明内容
本发明的一个目的在于提出了一种用于MIMO系统的接收器，该接收器包括一个其用于将所接收到的信号向下变换到基本频带的单独RF单元。
根据本发明的第一方面，提出了一种接收器，该接收器包括多个天线，用于接收最初作为多个不同信号而传送的信号；编码装置，用于将各个特定代码施加到每个天线所接收到的信号上；合并装置，用于将多个已编码信号合并成单信号；频率转换装置，用于将单信号的频率转换成较低频率；以及提取装置，用于参照编码装置中所采用的特定代码来从频率已转换的单个信号中提取多个信号。
将各个特定代码施加到每个接收信号上这可使单个频率转换步骤用于对所接收到的多个信号进行处理，从而节约了硬件并且降低了接收器的功耗。在一个优选实施例中，特定代码是诸如沃尔什码这样的正交码。特定代码率典型的需要至少是所接收信号的码元率的N倍，其中N等于天线的数目。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于对其包括有多个天线的接收器进行操作的方法，这多个天线用于接收最初作为多个不同信号而传送的信号，该方法包括将各个特定代码施加到每个天线所接收到的信号上；将多个已编码信号合并成单信号；将单信号的频率转换成较低频率；参照用于产生编码信号的特定代码来从频率已转换的单个信号中提取多个信号。
可以从美国专利申请US2001/0022822中得知单个频率转换步骤所处理的正交编码信号的组合。然而，这里所公开的接收器仅用于接收其作为单信号而发出的信号。另外，所述正交编码用于确保一旦单独信号被合并了，这些信号无需被还原，并且实际上也不能被还原。这是因为正交编码的性质是用于确保合并信号的能量永远不为零，这与传统的分集式接收器不同。
根据本发明，可以构建一个与现有接收器相比其极大的降低了硬件成本的MIMO接收器。
现在参考附图，通过举例的方式，来对本发明的实施例进行描述，在附图中图1给出了已知MIMO无线电的系统的方框图；图2给出了已知MIMO接收器的一部分的方框图。
图3给出了根据本发明所形成的MIMO接收器的一部分的方框图；以及图4给出了根据本发明所形成的MIMO接收器的操作方法的流程图。
在附图中，相同的附图标记用于表示相应的技术特征。
具体实施例方式
图1给出了一个公知的MIMO无线电系统。多个应用102(AP1到AP4)产生了用于传输的数据流。应用102还可以产生多个数据流。多路复用器(MX)104将该数据流合并成单个数据流，该单个数据流被提供给发送器(Tx)106。发送器106将该数据流分成多个子数据流，并且将每个子数据流映射到多个传输天线108中的一个或多个。
在多路复用之前由发送器106实施其一般包括前向纠错(FEC)的适当编码。这被称为纵向编码，并且具有这样的优点，即对所有子数据流都实施了该编码。然而，由于需要共同解码而在提取子数据流过程中产生了问题，并且很难单独的提取每个子数据流。因为可独立的对可替换的每个子数据流进行编码，因此其被称为横向编码的技术可简化接收器操作。X Li等在2000年11月27日到12月1日于旧金山召开的IEEE2000全球会议过程中发表的论文“EffectsIterative Detection and Decoding on the Performance of BLAST”中阐述了这一技术。
如果使用纵向编码，所实施的FEC必须具备足够的纠错能力以对整个MIMO信道进行处理，该信道包括多个路径110。为了简单起见，附图仅示出了天线108之间的直接路径110，但是应该理解的是该组路径典型的也可包括这样的间接路径，即在该路径上一个或多个散射器可反射信号。
具有多个天线108的接收器(Rx)112接收来自该多个路径的信号。最终多个信号的每一个具有其被转换到基本频带的频率，这可对信号进行合并、解码、以及多路分离以为每个应用提供相应的数据流。虽然示出了发送器110和接收器112都具有相同数量的天线，但是实际上这是不一定的，天线的数目是根据空间和容量的限制来优选确定的。同样地，发送器106可以支持任何数量的多个应用(例如关于只是语音移动电话的单个应用或者关于PDA的大量的应用)。
附图2给出了接收器112初始阶段的方框图。每个天线具有相关的RF单元202，该单元用于将所接收到的对信号的频率转换(向下变换)到对其进行处理的基本频带。典型的，通过模数转换器(ADC)204而将基本频带信号变换到数字域，并且该数字化信号作为输出206而被提供以进行进一步处理以提取所传送的子数据流。每个天线需要一个RF单元是为了保持接收信号的性能以进行进一步处理，但是这导致了成倍的元件，由此导致额外的费用以及功耗。
图3给出了根据本发明所形成的其可解决问题的MIMO接收器的初始阶段的框图。所示接收器包括四个天线108。来自每个天线108的接收信号通过各个BPSK(Binary Phase Shift Keying二进制移相键控)调相器302，该调相器302利用经由各个输入端304所提供的特定代码来对信号进行编码。此后，合并模块306将该信号合并成单信号，并且单个的传统RF单元202将其向下变换到基本频带。
模数转换器204将该基本频带信号转换到数字域。此后，四个检波器(DET)312对该数字信号进行处理，每个检波器提供有输入端314上的各个参考代码。这些参考代码与提供给调制器302的特定代码相关，其特性是可使每个检波器312提取与天线108之一所接收到的相应信号相对应的基本频带信号。所提取的基本频带信号作为输出206而被提供以由MIMO电路进行更进一步处理。
如图3所示，代替单模数转换器204，可由多个模数转换器来对所还原的信号进行数字化。尽管这引起了硬件的成倍增长，但是仍然会带来一些优点。首先，多个模数转换器可以较低的采样频率和动态范围进行工作，由此也具有较低的功耗。其次，当图3所示的接收器中所需的信道滤波器需要具有的带宽是信道带宽的N倍时，多个模数转换器之前所需的滤波器与实际信道带宽相对应以使特定代码所产生的带宽增加。
图4所述的流程图概述了上述操作序列。步骤402与接收多个信号相对应；步骤404是利用特定代码来对这些信号的每一个进行编码；步骤406是对所编码的信号进行合并以形成单信号；步骤408是对单信号的频率进行转换；步骤410是从单信号中提取多个信号；步骤412是由MIMO电路对多个信号进行处理。
特定代码例如可以是其具有低互相关性的伪随机序列。然而，在本发明一个优选的实施例中，该特定代码是诸如一组沃尔什(Walsh)函数这样的正交码。调制器302通过直接调制而将这些代码施加到来自天线的模拟信号中。如图3的例子所示，这可以是利用BPSK来完成的，但是应该理解的是也可使用其范围与此相等的其它已知调制方案。正交码率应该大于接收信号的码元周期以可使检波器312提取接收信号的各个分量。例如应该以两倍的基本采用率来执行将沃尔什函数wal(0，θ)(由序列1，1给出)以及wal(1，θ)(由序列1，-1给出)施加到来自一对天线的组合信号上。其结果是，如果有N个天线，则正交码率应当至少是基本采样率的N倍。
所述检波器312通常是一相关器，虽然在其最简单的构成中提取处理仅需要数字信号与每个沃尔什函数相乘。对于上述所使用的两个天线例子，这需要两次相乘(沃尔什函数每个元素中的一个)以及两次最终采样的合并以提取最初所接收的每个信号。
由于在该接收器中应用了正交码，因此在BPSK调制器302与检波器312的定时之间将存在短暂的或同步的执行(issue)。并且，假如特定代码率足以区分码元周期中的N个信号，那么特定代码率与接收信号的码元周期不需任何调节。
上述MIMO接收器所具有的问题在于基本频带带宽的增大会导致相邻信道干扰的增加。在存在上述问题的情况下，可以通过利用沃尔什函数wal(0，θ)(其是不变的)来对相邻信道干扰进行编码并且此后不用使用wal(0，θ)来对来自天线的信号进行编码即可解决。此后该干扰将为所希望的信号的正交并且由检波器312滤去。这种方法的缺点在于需要使用辅助的沃尔什函数，在最坏的情况下它将使带宽增加2N倍而不是N倍。
本发明既可以应用于MIMO接收器，又可以应用于下述任何接收器，即在该接收器中源自不同源的多个信号需要相同频率转换(或其他的资源压缩处理)。
通过阅读本发明，对于本领域技术人员来说显而易见的是可做出其他修改。这种修改可以包括在设计、制造、使用接收器以及其组成部分的为大家所熟知的其他特征，这些特征可以被使用以替代这里所描述的特征或者除此之外还可使用这些特征。
在本说明书和权利要求书中，元件之前的单词“一”或者“一个”不排除存在多个这种元件。此外，单词“包括”也不排除已列举的这样元件或步骤之外的其它元件或步骤。
权利要求
1.一种接收器，该接收器包括多个天线，用于接收最初作为多个不同信号而传送的信号；编码装置，用于将各个特定代码施加到每个天线所接收到的信号上；合并装置，用于将多个已编码信号合并成单信号；频率转换装置，用于将单信号的频率转换成较低频率；以及提取装置，用于参照编码装置中所采用的特定代码来从频率已转换的单个信号中提取多个信号。
2.如权利要求1中所述的接收器，其特征在于各个特定代码是正交码。
3.如权利要求2中所述的接收器，其特征在于各个特定代码是沃尔什码。
4.如权利要求2或3中所述的接收器，其特征在于特定代码率至少是接收信号码元率的N倍，其中N等于天线的数目。
5.如权利要求3中所述的接收器，其特征在于不采用第一沃尔什码，wal(0，θ)。
6.如权利要求1到5中任一个权利要求所述的接收器，其特征在于提取装置包括相关器。
7.一种用于对其包括有多个天线的接收器进行操作的方法，这多个天线用于接收最初作为多个不同信号而传送的信号，该方法包括将各个特定代码施加到每个天线所接收到的信号上；将多个已编码信号合并成单信号；将单信号的频率转换成较低频率并且参照用于产生编码信号的特定代码来从频率已转换的单个信号中提取多个信号。
8.如权利要求7中所述的方法，其特征在于各个特定代码是正交码。
9.如权利要求8中所述的方法，其特征在于各个特定代码是沃尔什码。
10.如权利要求8或9中所述的方法，其特征在于特定代码率至少是接收信号码元率的N倍，其中N等于天线的数目。
11.如权利要求7到10中任一个权利要求所述的方法，其特征在于利用相关器来执行对多个信号的提取。
全文摘要
一种接收器包括多个天线(108)，这多个天线用于接收最初作为多个不同信号而传送的例如来自MIMO(多输入多输出)发送器的信号。该接收器包括多个编码器(302)以及合并器(306)。该编码器用于将各个特定代码施加到每个接收信号上。该合并器用于将所编码的信号合并成单信号，此后由单频率转换级(202)对该单信号进行向下变换并使其数字化。多个检波器(312)参照编码器所使用的编码而获得了与每个接收信号相对应的输出信号。在一个优选实施例中，特定代码是诸如沃尔什码这样的正交码。该接收器可使单个频率转换级用于对多个接收信号进行处理，从而节约硬件成本并且降低该接收器的功耗。
文档编号H04B1/707GK1647415SQ03807926
公开日2005年7月27日 申请日期2003年2月28日 优先权日2002年4月10日
发明者D·H·埃文斯, B·S·克哈特里, D·L·拉内斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司