专利名称：通信信号接收机及其操作方法
技术领域：
本发明涉及有多个部件的通信信号接收机，这些部件沿至少一条信号通路设置，沿本条或每条信号通路设置的部件中，包含一个处理所接收到信号的滤波器，和求信号平均值的平均值运算器。本发明还涉及通信信号接收机的操作方法，该通信信号接收机有设置于至少一条信号通路上的多个部件，其中，接收到的信号被转化为数字形式，同时该信号经过至少一个包含在上述多个部件中的数字滤波器处理。
现有技术的描述以上提出的通信信号接收机，应用于诸如无线通信的装置上，如移动电话。
根据现有技术设计的普通通信信号接收机如图4所示。该接收机是零拍接收机，包含一般称作I和Q信道的双通信信道。图4所示的双信道零拍接收机是其中的一种，它通常用于当前的数字移动电话，如GSM、DCS和PCS电话。
该接收机包含一个天线400，接收进入的电磁波通信信号，如TDMA信号(“时分多址”)，其代表数字数据符号流，该信号已被调制为两列正交载波。接收到的信号输入带通滤波器402，再在放大器404中放大，然后在分离器406中分为两个同样信号。这些信号中的第一个进入第一条信号通路，它在混合器420a中与中频信号初始混合。该中频信号由本地震荡器410输入并未经改变地通过移相器408。与此类似，第二个信号进入第二条信号通路，一旦中频信号的相位已经在移相器408中被偏移90°，它在混合器420b中与由本地震荡器410输入的中频信号混合。
混合器420a的输出经低通滤波器422a滤波，经第二个放大器424a放大。接下来，该信号输入到数模转换器426a进行抽样，并转化为数字信号，该数字信号包含前面所提到的数据符号流。该数字信号在数字低通滤波器430a中滤波，同时，该信号中的数字数据符号从节点432a输入到数字存储器450中。平均计算器439a决定该数字信号的平均值(直流电平)，并将该平均值提供给加法器440a的负输入端。在正输入端，该加法器接收数字数据符号，这些符号是先前从节点432a处的信号通路上分出的。于是，加法器440a可以从数字信号中有效地减去由平均值运算器439a决定的信号平均值。
因此，在第一条信号通路末端的加法器440a的输出端最终提供数字数据符号流的第一部分，其包含于最初由天线400接收到的模拟信号内，并由该模拟信号承载。相应地，由混合器420b开始至加法器440b结束的第二条信号通路，将提供数字数据流的第二部分。该数字数据符号流随后被应用于移动电话的其它部件上，比如通过扬声器产生可听输出，例如来自电话用户正在进行的电话交谈的语音。可替代地，该数字数据符号流可以代表数据通信会议期间在两台计算机之间传送的数据消息。
问题数字滤波器430a-b的应用将导致在该信号通路上产生一个延迟，这是由于如FIR(有限冲激响应)或IIR(无限冲激响应)滤波器这样的。数字滤波器固有的操作特性，理想情况下，一旦最后需要的数字数据符号被抽样，位于数字滤波器前面的部件(如混合器420a-b、放大器404a-b、424a-b和数模转换器426a-b)应该被转换为被动或者空闲模式，以便节约能源，和/或者尽快进入传输模式。
然而，最后需要的数字数据符号被抽样后接收机电路立即关闭时，数字滤波器会产生瞬时噪音，这是由于信号的直流电平快速变换所致。因此，为了避免这种噪音的产生，对现有技术的接收机，比如前面描述的普通接收机， 当最后需要的数字数据符号被抽样后，需要保持激活一个确定时间段。这样做，输入数字滤波器的信号实质上是平稳的直流电平信号，直到最后一个符号通过数字滤波器。显然，这有悖于上面提到的允许立即切换到被动模式或传输模式的目的。
发明因此，克服上面提出的现有技术方法的缺点是本发明的目的之一。特别，本发明的目的是提供一个改进的通信信号接收机，这种接收机包含有沿至少一条信号通路设置的多个部件，这些部件沿一条或每条信号通路设置，包括一个用来处理接收到的信号的滤波器，还包括求信号平均值的取平均值装置。其中，改进处在于更为快速地由激活切入被动模式，同时减少能源消耗。
达到这些目的的途径是，把平均值运算器的输出端与该信号通路上滤波器前面的一个部件相连接，以便紧接着最后需要的数据符号抽样之后，将信号平均值(或直流电平值)在一段时间内有选择地反馈回滤波器。由于输送给滤波器的信号是直流电平下非快速变化的信号，所以当最后一个需要的数据信号被抽样后，接收机电路可以马上关闭，而不至于在数字滤波器中产生瞬时噪音。
另外，为达到这些目的还可以通过操作通信信号接收机的方法完成，其中，将所接收到的信号转化为数字形式，且该信号经过至少一个数字滤波器处理，通过决定信号平均值，检测信号中的事件，并作为响应将平均值反馈给数字滤波器。
关于提供本发明的其它目的、优点和特点，可以从以下详述、所附的权利要求以及附图中看出。
附图简述现在参考附图，更详细地描述本发明的优选实施方案和替代实施方案，其中
图1是根据本发明通信信号接收机优选实施方案的简要框图；图2是本发明的第一种替代实施方案的简要框图；图3是本发明的第二种替代实施方案的简要框图；图4是根据现有技术的普通的通信信号接收机的简要框图。
详细内容图1描述了依据本发明通信信号接收机的优选实施方案。非常类似于图4的现有技术的接收机，图1的优选实施方案是有一般称作I和Q信道的双通信信道的零拍接收机。图1中接收机的组成部件分别被指定了从100到150的三位数字参考数字。所有部件都有一个参考数字，其最末二位数字与现有技术的图4的接收机中对应部件的最末二位数字相同，对应的二部件彼此相同，或本质上具有相同功能。于是，天线100、带通滤波器102、放大器104、分离器106、移相器108、本地震荡器110、混合器120a-b、低通滤波器122a-b、放大器124a-b、数模转换器126a-b、数字滤波器130a-b、加法器140a-b和存储器150，这些部件与图4所示的现有技术的普通接收机中天线400、带通滤波器402、放大器404等等的功能基本相同。
此外，图1的接收机包含第一条信号通路中的第一个平均值运算器134a，和第二条信号通路中的第二个平均值运算器134b。恰恰象现有技术的图4接收机中的平均值运算器439a-b一样，平均值运算器134a-b被安排在输入节点132a-b接收数字样值(由数模转换器128a-b产生并经数字滤波器130a-b滤波)，并且产生预定数量的最近接收到样值的平均值或平均值。该值是时间离散的数字移动平均值，从输出节点138a-b提供给加法器140a-b的负端子，类似于图4现有技术的接收机。与现有技术的接收机不同的是，如图1所示的本发明的接收机有一个反馈回路，起于各自的节点138a-b，终于各自的数字选择器或复用器128a-b各自的第一个输入端子、该数字选择器或复用器位于各自的数模转换器126a-b和数字滤波器130a-b之间，如图1所示。此外，计数器136a-b与各自的平均值运算器134a-b相连。计数器136a-b的一个输出端连接到选择器128a-b各自的控制端子129a-b。选择器128a-b的第二个输出端子连接到各自的数模转换器126a-b的输出。
平均值运算器134a-b、计数器136a-b和选择器128a-b的操作如下所述。当接收机处于接收模式，也就是接收并处理大量的上面描述的数字数据符号时，计数器136a通过控制端子129a控制选择器128a，将来自数模转换器126a的数字数据符号流转送到数字滤波器130a。同时，平均值运算器134a连续计算最后n个数字数据符号的平均值，代表数字信号的直流电平值(n是样值的预定数量，如32-128)。当其被图1中未标出的控制器装置建立时，最后需要的数字数据符号被数模转换器126a抽样，计数器136a控制选择器128a开始将平均值运算器134a计算得到的均值转送到数字滤波器130a。在预定数量的符号周期中，计数器136a维护本状态下的选择器128a，其中，由节点138a反馈回的平均值提供给数字滤波器130a。
技术人员知道，预定数量符号的实际周期值依赖于数字滤波器130a的实际实现。此外，通常使用的不仅有一个数字滤波器130a，还有一系列数字滤波器，且经过充分考虑和测试后确定符号周期的实际数。然而，对于一个当代的GSM接收机，事实证明，对于该时间周期使用11个符号周期是合适的，在这一周期中，前面提到的均值必须输入数字滤波器130a，目的是避免在数字滤波器中产生瞬时噪音。
由于数字滤波器130a固有地有一个确定的直流增益，所以平均值运算器134a被用来补偿这个直流增益，方法是通过在节点138a提供给它的输出端前与其逆相乘。
得助于平均值运算器134a、计数器136a和从节点138a到选择器128a的反馈回路，保证数字滤波器130a获取的数字数据有“精确的”平均值，也就是基本等同于最后的数字数据符号的直流电平的一个直流电平。由于数字信号的直流电平值没有快速变化，所以避免了在数字滤波器中产生瞬时噪音。因此，数字滤波器130a前的接收机电路，例如数模转换器126a、放大器124a、低通滤波器122a、混合器120a等等，在最后需要的数据符号被抽样后，可以立即切换到被动或空闲置模式。这样既节约了电源又便于快些时间切换到传输模式。
上面讨论的沿第一条信号通路部件的操作原理适用于沿第二条信号通路的部件，即第二个平均值运算器134b、第二个计数器136b、第二个选择器128b等等。作为替代方式，由于在两条信号通路上数据符号以等同速率被同时接收，第一个和第二个计数器136a-b可以合成一个在两条信号通路上共享的单一计数器。
本发明的通信信号接收机的替代实施方案如图2所示。所有部件有一个参考数字，该参考数字的最后二位等同于图4中现有技术的接收机的相应部件的参考数字的最后二位，对应的二部件彼此相同，或本质上具有相同功能。与图1对比，图2中平均值运算器239a-b没有将平均值反馈回数字滤波器230a-b的装置；平均值运算器239a-b仅具有图4所描述的现有技术的接收机中该部件的“标准”功能。代替的是，图2所示的替代实施方案对于每条信号通路包含有一个积分器234a-b。该积分器234a-b被连接到在选择器228a-b和数字滤波器230a-b之间各自的信号通路上。选择器228a-b与参考图1所描述的选择器128a-b相同，或具有相同功能。此外，图2中实施方案包含一个计数器，其输入端连接到各自的积分器234a-b。计数器236a-b的输出端与各自的选择器228a-b的控制端子229a-b相连接。
积分器234a-b的用途是滤波数字信号的直流电平(即平均值)，另外，一旦最后需要的数字数据符号已被数模转换器226a-b抽样后，则通过输出端子238a-b，将该平均值反馈回选择器228a-b。积分器234a-b可以例如作为有下列滤波等式的滤波器来实现y(n)＝αy(n-1)+(1-α)×(n)，其中α是一个定值，必须视实际应用情况调整并设置。然而，其它具有合适的低通特性的FIR或者IIR滤波器可以用来替代上述离散微分方程定义的简单积分器。
因此，图2中实施方案的主要操作原理在本质上等同于图1中的；代表数字信号直流电平值的平均值被获取，并紧接在最后需要的数字数据符号被抽样后在预定数量的符号周期内反馈给数字滤波器230a-b，这样做，避免了信号直流电平值上的快速变化和不希望有的瞬时噪音的产生。
图3描述的是本发明的另外一种替代实施方案。正如图1和图2一样，图3中的所有部件也都有一个参考数字，其最后二位对应于图4中现有技术接收机部件的最后二位，彼此对应的二部件彼此相同，或者本质上具有相同功能。对比图1和图2中实施方案，图3中的替代实施方案解決的问题是在模拟域，而不是数字域；积分器包含一个电容334a-b和一个选择器328a-b，积分器滤波模拟信号的直流电平，并将这个结果作为电容334a-b两端间电压存储起来。在图3中未标出的控制装置被安排检测数模转换器326a-b中最后需要的数字数据符号的出现，并控制选择器328a-b从第一种状态切换到第二种状态，在第一种状态，选择器328a-b是打开的，电容器334a-b与第一条信号通路和第二条信号通路分别是断开的，在第二种状态，选择器328a-b是关闭的，电容器334a-b与位于放大器324a-b和数模转换器326a-b之间的第一条信号通路和第二条信号通路，分别是接通的。当选择器328a-b处于第二种状态时，各自电容器334a-b的输出端338a-b通过各自的数模转换器326a-b提供给数字滤波器330a-b，以便最后需要的数字符号被数模转换器326a-b抽样后，将没有快速变化的直流电平值信号提供给数字滤波器330a-b。同时，位于电容器334a-b和选择器328a-b之前的接收机部件，即放大器324a-b、低通滤波器322a-b等等，可以关闭或切换到被动/空闲模式。
以上参考优选实施方案和替代实施方案描述了本发明。这些描述是用来例证，但不是用来限制的；本发明范围仅仅受限于附加的独立权利要求的定义。特别是，本发明同样也适用于这里没提到的其它接收机类型，比如，具有两个以上信道或信号通路的接收机，和/或者在每条信号通路上使用一个以上的数字滤波器的接收机。
权利要求
1.一种有多个部件的通信信号接收机，这些部件沿至少一条信号通路设置，沿该一条或每条信号通路设置的通信部件，包含一个用来理接收到的信号的滤波器(130a-b)，还包括用来得到信号乎均值的平均值运算器(134a-b)。其特征在于平均值运算器(134a-b)的输出端(138a-b)连接在该信号通路上滤波器前面的部件(128a-b)上。
2.根据权利要求1的通信信号接收机，其中平均值运算器(134a-b)的输入端(132a-b)连接到滤波器(130a-b)的输出端。
3.根据权利要求1的通信信号接收机，其中平均值运算器(234a-b)的输入端连接到该信号通路上滤波器(230a-b)前面的部件(228a-b)上。
4.根据以上权利要求中的任何一项的通信信号接收机，其中所讲的部件(128a-b)包含选择器的输入端，它被有效地连接到平均值运算器(134a-b)的输出端(138a-b)；选择器的输出端，它被有效地连接到滤波器(130a-b)的一个输入；以及选择器的控制端子(129a-b)，它被有效地连接到控制装置(136a-b)，用来控制选择器输入端接收到的数据是否在选择器的输出端提供。
5.根据权利要求4的通信信号接收机，其中控制装置(136a-b)是一个计数器。
6.根据以上权利要求中的任何一项的通信信号接收机，还包含一个数模转换器(126a-b)，用来将接收到的模拟信号转换为数字信号。
7.根据权利要求6的通信信号接收机，其中平均值运算器(134a-b)位于该信号通路的数模转换器(126a-b)之后。
8.根据权利要求6的通信信号接收机，其中平均值运算器(334a-b)位于该信号通路的数模转换器(326a-b)之前。
9.根据权利要求8的通信信号接收机，其中平均值运算器(334a-b)包含一个电容器。
10.一种操作有设置在至少一条信号通路上的多个部件的通信信号接收机的方法，其中接收到的信号被转换为数字信号形式，并且该信号经过包含在上述多个部件中的至少一个滤波器处理，该方法的特征在于步骤决定信号平均值；检测信号中的事件；以及响应于检测的上述事件，将上述平均值反馈给上述至少一个数字滤波器(130a-b)。
11.根据权利要求10的方法，其中所说的事件是在一特定部件(126a-b)中的一个特定数字数据符号的出现，该部件位于上述信号通道中的上述数字滤波器(130a-b)之前。
全文摘要
一种通信信号接收机有多个部件。这些部件沿至少一条信号通路设置,其中包括一个处理接收信号的滤波器(130a－b),和求信号平均值的取平均值装置(134a－b)。取平均值装置(134a－b)的输出端与位于本信号通路上的滤波器(130a－b)之前的部件(128a－b)相连接,以便于将该平均值有选择地反馈给滤波器(130a－b)。
文档编号H04L25/06GK1336039SQ9981587
公开日2002年2月13日 申请日期1999年11月4日 优先权日1998年11月26日
发明者P·雅各布松 申请人:艾利森电话股份有限公司