专利名称：使用稀疏快速傅里叶变换和子频带式合并的低复杂度分集的制作方法
使用稀疏快速傅里叶变换和子频带式合并的低复杂度分集相关申请的交叉引用本申请根据35USC 119(e)要求在2007年10月9日提交的美国临时申请号 60/978，645的优先权，其整体内容经引用并入本文。本申请与在2007年10月18日提交的 题为“Low Complexity Diversity Receiver”的美国专利申请号11/874，854相关，其整体 内容经引用并入本文。
背景技术：
传统的天线分集系统典型地针对系统中存在的每个天线使用一个接收器路径。图1中示出了具有三天线分集接收器路径的接收器100。接收器100被示为包括接收器路径 120、140和160。每个接收器路径被示为包括低噪声放大器、变频模块、一个或更多个滤波 器、可变增益放大器，它们共同地形成模拟前端；以及基带处理器。例如，如图1中所示，接 收器路径(可替选地被称为信道)120被示为包括模拟前端125和基带处理器165。模拟 前端被示为包括低噪声放大器102，诸如混频器的变频模块104，一个或更多个滤波器106、 108，以及可变增益放大器110。如图2中所示，三天线分集接收器100被示为包括三个接收器，这些接收器耦合到 它们的关联的基带处理器。在每个接收器路径(例如，接收器路径120)中，信号进入射频 (RF)模拟前端(例如，125)，其中信号在被数字化为基带信号之前被放大、滤波和下变频。 基带处理器165、175和185的输出信号CSi (其中，i是从1到3变化的整数)按如下方式 被合路器190合并使用许多传统算法中的任何一种算法来使信号质量最优化，诸如，简单 切换分集算法；或者最优合并算法，根据该算法，对来自每个分集信道的信号进行同相以及 求和；或者干扰消除算法，根据该算法，以减小同信道干扰(CCI)的方式将信号合并。如已 知的，CCI使期望信号的质量下降。诸如图1中所示的全分集接收器使得能够对分量信号 进行单独地均衡。即，可以将依赖频率的相位和幅度应用在每个分集信号的频率分量上，随 后通过合路器190合并这些信号。然而，这些分集系统对于系统中部署的每个天线都需要 完全的接收器和基带信号路径。Zhang, C. N.禾口 Ling, C. C.在论文"Low-Complexity Antenna DiversityReceiver for Mobile Wireless Applications, "International Journal onffireless Personal Communications, pp. 65-8中描述了关于低复杂度天线分集的技术。作者示出了如下可行 性使用前端模拟电路对分集天线信号进行合并以实现较之需要重复的信号路径和调制解 调器的传统分集技术的显著分集增益。论文中描述的技术通过消除调制解调器中的一个调 制解调器而提供了硬件节约。此外，由于每个天线接收同一期望信道，所以消除了对重复的 本地振荡器的需要。同样地，可以共享信道选择滤波器、放大器和数据转换硬件。均题为“LowComplexity Antenna Diversity”的在 2007 年 10 月 18 日提交的专 利申请号11/874，854和在2006年10月19日提交的专利申请号60/862193公开了如图2 中所示的在基带和解调器处理之前对分集信号进行合并的分集合并接收器，这两个申请的 整体内容经引用并入本文。
使用最大比合并(MRC)技术或者简单同相技术对来自各种信道的信号进行合并。 在传统的MRC技术中(其考虑每个信道的相位和信噪比)，将整个信号视为单个频带。在 传统的单频带MRC中，如图2中所示，将每个天线接收的信号传递给关联的模拟前端AFi组 件，其中i是分集信道的索引。单频带MRC技术的一个优点在于，其在需要相对低的复杂度 的同时实现了显著的分集增益。然而，当所接收的信号经过的无线信道具有频率选择性衰 落(可以通过诸如6路径典型市区6(TU-6)的公知信道模型对其进行描述)时，传统的单 频带MRC技术无法提供与传统分集接收器一样大的分集增益。例如，较之可以提供例如8dB 的分集增益的传统的分集接收器，使用单频带MRC的两支路分集系统只能提供例如2. 5dB 的分集增益。传统的分集接收器使用两个完全的接收器，使单频带MRC的成本、功率和尺寸 加倍。
发明内容
根据本发明一个实施例的无线分集接收器部分地包括N个信号处理路径、子信 道(bin-wise combiner)式合路器以及逆变换模块。每个信号处理路径部分地包括混频 器，适于对该路径接收的RF信号的频率进行下变频；模拟数字转换器，适于将经下变频的 信号从模拟信号转换为数字信号；以及变换单元，适于将在时域中表示的数字信号变换为 具有M个子频带信号的关联的频域信号。子信道式合路器被配置为对N个路径的相应子频 带信号进行合并。逆变换单元被配置为将子信道式合路器的输出变换为关联的时域信号。在一些实施例中，每个信号路径进一步部分地包括放大器，适于对该路径接收的 RF信号进行放大。在一个实施例中，放大器是低噪声放大器。在一个实施例中，每个路径中 的变换单元是傅里叶变换单元。在一个实施例中，无线分集接收器进一步包括响应于逆变 换单元的滤波器；以及，响应于滤波器的可变增益级。根据本发明的另一实施例，一种在具有N个信号处理路径的无线接收器中处理信 号的方法部分地包括对每个路径中接收的RF信号进行下变频；将每个经下变频的模拟RF 信号转换为关联的数字信号；将在时域中表示的每个数字信号变换为具有M个子频带信号 的关联的频域信号；对路径中的每个路径的多个子频带信号进行合并；以及执行逆变换， 以将经合并的子频带信号变换为关联的时域信号。在一个实施例中，该方法进一步部分地包括对每个路径中接收的RF信号进行放 大。在一个实施例中，每个路径中的放大由低噪声放大器来执行。在一个实施例中，该方法 进一步部分地包括使用傅里叶变换模块将在时域中表示的每个数字信号变换为关联的频 域信号。该方法可以进一步包括对通过执行逆变换而生成的时域信号进行滤波，以及，使 放大经滤波的信号的放大级的增益变化。
图1是如现有技术中已知的分集接收器的框图。图2是低复杂度分集接收器的框图。图3是根据本发明一个示例性实施例的低复杂度分集接收器的框图。图4A示出了第一配置中所使用的、根据本发明一个实施例的实施低复杂度分集 接收器的无线电调制解调器。
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图4B示出了第二配置中所使用的、根据本发明一个实施例的实施低复杂度分集接收器的无线电调制解调器。
具体实施例方式根据本发明的一个实施例，低复杂度分集接收器是简单的低成本方法，并且在具 有相对窄的相干带宽的信道中具有增强的性能。根据本发明，低复杂度分集接收器的性能 与针对分集的每个支路使用完整且完全的接收路径的传统分集接收器的性能相当。根据本发明的一个实施例，接收器频带被放大，下变频，转换成数字信号，并且随 后使用例如复分集路径中的每个路径中部署的快速傅里叶变换(FFT)模块分为数个子频 带。在一个实施例中，可以使用同相来考虑各种子频带的相位的差异。在另一实施例中，可 以使用最大比合并(MRC)来考虑子频带的相位和信噪比(SNR)的差异。子频带通过它们各 自的SNR来进行调整，以使得能够应用单独的子频带的MRC。将所得到的复信号传递给快速 傅里叶逆变换(IFFT)模块以生成时域输出信号。图3是根据本发明一个示例性实施例的三天线分集接收器300的框图。虽然接收 器300被示为包括三个路径(信道)，即路径340、345和350，但是应理解，根据本发明，分 集接收器可以具有任何数量的路径。路径340被示为包括放大器302i、变频模块301以及 模拟数字转换器306^路径345被示为包括放大器3022、变频模块3042以及模拟数字转换 器3062。路径350被示为包括放大器3023、变频模块3043以及模拟数字转换器3063。每个放大器302i (其中i是范围从1到3的索引)被配置为接收和放大从关联的 天线330i接收的输入信号。在一个实施例中，每个放大器302i可以是低噪声放大器(LNA)。 在另一实施例中，每个放大器302i可以是可变增益放大器。放大器302i可以被配置为单级 或多级放大器。放大器302,的输出信号被示为施加到关联的变频模块304”变频模块12和22被 示为是图2的示例性实施例中的混频器。每个混频器304i被配置为使用本地振荡器348生 成的振荡信号对接收到的信号进行下变频。模拟数字(ADC)转换器306i将频率被混频器 301下变频的信号转换成数字信号。如下面进一步描述的，FFT模块308i使用2m个点将时 域数字化信号变换到频域中。假定ADC 306,提供的信号ASi的带宽是BW。对于特定无线信道，频率选择性具有 相干带宽CBW，该相干带宽CBW是可以在其上将信道近似为平坦信道的频率带宽。CBW与信 道的时延扩展成反比。继而可以从信道的脉冲响应中提取时延扩展。通过对比值(BW/CBW) 取整而限定的参数K，借助于选取使2m > = K的最小的m，提供了关于FFT 3080,所需要的 点数量的指导。关联的FFT模块308i的子信道(或子频带)输出信号FSi可以在同相之后合并 或者使用MRC合并，所以在本文中被称为子频带MRC。可以使用许多传统技术中的任何一种 技术来估计每个子频带的SNR以实现MRC。例如，可以使用结合了模拟前端中可用的增益 信息的相对子频带振幅来提供子频带式信号强度信息。IFFT模块312将所得到的信号CSl 变换回时域。IFFT模块310的输出通过低通滤波器314、316进行滤波，并且由可变增益级 316放大。将可变增益级316的输出施加到调制解调器318。如图3中所示，子信道式合路器310将FFT模块SOS1JOS2和3083的输出信号合并以生成信号Cs。继而将经合并的信号CS施加到IFFT310，IFFT 310通过将信号CS从频域变换到时域而生成信号DS。可以根据正在接收的信号调制类型来独立地选择参数m，该 参数m是FFT模块308i中使用的点的数量。例如，OFDM系统可以具有4096个子频带，并 且在解调期间，需要4096个点的FFT。根据本发明，使用显著较小的FFT模块来执行分集处 理，因此极大地减小了复杂度和功耗。本发明可以等同地应用于非OFDM信号(例如单载波 或CDMA信号)且具有相对相同的有效性程度。如同单频带MRC分集技术，可以在不需要来自调制解调器的特殊的控制信号或者 调制解调器中的修改的情况下使用该分集方案。因此，本发明的实施例可以通过单独的前 端或者例如通过无线电调制解调器来实现，该无线电调制解调器可以通过添加无线电装置 针对分集进行扩增。图4a和图4b中示出了一些示例性实施例。图4(a)示出了根据本发明一个实施例的适于实施低复杂度分集接收器的无线电 调制解调器RM115被示为未被使用的输入端子I2可以是模拟或数字输入，该输入能够获得 与图3中所示ADC 3(^接收或生成的信号相似的模拟基带输入或数字同相(I)和正交(Q) 复基带输入。在图4(b)中所示的双分集配置中，无线电装置R1提供了施加到RMl的输入 端子I2的复模拟或数字I/Q输出信号DS2。实施了本发明的分集接收器的一个优点在于，它允许将具有相对小的额外复杂度 的单个集成电路用于单天线系统，并且通过添加无线电装置R1将其用于多分集天线系统， 而不会相对应地增加系统复杂度。可以将无线电装置R1用于单天线应用和分集应用。可 以根据无线信道的相干带宽CBW的值来选择限定FFT点的数量的参数M。在一些实施例中，可以使用除FFT以外的变换技术。例如，在一些实施例中，可以 使用阿达玛(Hadamard)变换。在一些实施例中，灵活的实现方案可以使用诸如正交镜像滤 波器(QMF)的滤波器组。本发明提供了许多优点。根据本发明，分集接收器提供了与传统的分集接收器的 性能接近的性能益处而不增加复杂度。实施了本发明的系统的性能可以按照可调整的方 式针对其复杂度进行权衡。此外，可以使用根据本发明的分集接收器来实现关于任何标准 (包括并非基于OFDM的标准)的分集。本发明的以上实施例是示例性的而非限制性的。各种替选和等同物是可能的。分 集接收器中部署的子频带的数量不对本发明构成限制。其中可以部署本公开内容的集成电 路的类型不对本发明构成限制。本公开内容也不限于可以用来制造本公开内容的任何特定 类型的工艺技术，例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极型、或者双极型互补金属氧化 物半导体(BICMOS)。考虑到本公开内容，其它的添加、减少或修改是明显的并且应涵盖于所 附权利要求的范围内。
权利要求
一种无线接收器，包括N个信号处理路径，每个信号处理路径包括混频器，适于对所述路径接收的射频RF信号的频率进行下变频；模拟数字转换器，适于将经下变频的信号从模拟信号转换为数字信号；以及变换单元，适于将在时域中表示的所述数字信号变换为具有M个子频带信号的关联的频域信号；子信道式合路器，适于对所述N个路径的相应的子频带信号进行合并；以及逆变换单元，适于将所述子信道式合路器的输出变换为关联的时域信号。
2.如权利要求1所述的无线接收器，其中，每个信号路径进一步包括放大器，适于对 所述路径接收的RF信号进行放大。
3.如权利要求2所述的无线接收器，其中，所述放大器是低噪声放大器。
4.如权利要求2所述的无线接收器，其中，每个路径中的所述变换单元是傅里叶变换器。
5.如权利要求2所述的无线接收器，进一步包括 响应于所述逆变换单元的滤波器。
6.如权利要求5所述的无线接收器，进一步包括 响应于所述滤波器的可变增益级。
7.一种在具有N个信号处理路径的接收器中处理信号的方法，所述方法包括 对每个路径中接收的RF信号进行下变频；将每个经下变频的RF信号转换为关联的数字信号；将在时域中表示的每个数字信号变换为具有M个子频带信号的关联的频域信号； 对所述路径中的每个路径的多个子频带信号进行合并；以及执行逆变换，以将经合并 的子频带信号变换为关联的时域信号。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括 对每个路径中接收的RF信号进行放大。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述放大器是低噪声放大器。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括使用傅里叶变换模块将在时域中表示的每个数字信号变换为关联的频域信号。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括 对通过执行逆变换而生成的时域信号进行滤波。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括 使放大经滤波的信号的放大级的增益变化。
全文摘要
一种无线分集接收器，部分地包括N个信号处理路径、子信道式合路器以及逆变换模块。每个信号处理路径部分地包括混频器，适于对该路径接收的RF信号的频率进行下变频；模拟数字转换器，适于将经下变频的信号从模拟信号转换为数字信号；以及变换单元，适于将在时域中表示的数字信号变换为具有M个子频带信号的关联的频域信号。子信道式合路器被配置为对N个路径的相应子频带信号进行合并。逆变换单元被配置为将子信道式合路器的输出变换为关联的时域信号。
文档编号H04B1/06GK101878595SQ200880115729
公开日2010年11月3日 申请日期2008年10月9日 优先权日2007年10月9日
发明者姜锡凤, 柯蒂斯·林, 阿南德·K·阿南达库马尔 申请人:迈凌有限公司