自适应发送分集设备

1、一种自适应发送分集设备，包含：
多个接收信号处理系统，把利用匹配滤波器去扩展多个天线接收到的信号获得的 各输出信号乘以接收辐射图形控制装置的各输出信号，然后把得到的信号加在一起输 出；
组合装置，把所述多个接收信号处理系统的输出进行瑞克组合；
误差检测装置，获得所述组合装置的输出与所述接收信号处理系统的输出之间的 差值；
控制装置，根据所述误差检测装置的输出和所述匹配滤波器的输出确定要传送到 所述接收辐射图形控制装置内的所述乘法器的输出值；
检测装置，输入所述多个接收信号处理系统的输出，计算接收信号功率或需要的 信号功率对干扰信号功率的比率；
发送辐射图形控制装置，输入所述检测装置的输出，根据提供较大接收功率或需 要的信号功率对干扰信号功率的比率较大的所述接收信号处理系统的接收辐射图形 控制装置的输出确定发送方向性；以及发送控制装置，把发送信号乘以所述发送辐射图形控制装置的输出，并从天线发 射得到的信号。
2、一种自适应发送分集设备，包含：
多个接收信号处理系统，把利用匹配滤波器去扩展多个天线接收到的信号获得的 各输出信号乘以接收辐射图形控制装置的各输出信号，然后把得到的信号加在一起输 出；
组合装置，把所述多个接收信号处理系统的输出进行瑞克组合；
误差检测装置，获得所述组合装置的输出与所述接收信号处理系统的输出之间的 差值；
控制装置，根据所述误差检测器的输出和匹配滤波器的输出确定要传送到所述接 收辐射图形控制装置内的所述乘法器的输出值；
检测装置，输入所述多个接收信号处理系统的输出，计算接收信号功率或需要的 信号功率对干扰信号功率的比率；
发送辐射图形控制装置，输入所述检测装置的输出，根据接收功率或需要的信号 功率对干扰信号功率的比率，组合所述多个接收辐射图形控制装置的输出，确定发送 方向性；以及发送控制装置，把发送信号乘以所述发送辐射图形控制装置的输出，并从天线发 射得到的信号。

技术领域\n本发明涉及一种用于扩展频谱通信的发送分集技术，尤其涉及能根据接收辐射图 形确定发送辐射图形的自适应发送分集设备。\n背景技术\n下面参照图1和图2描述传统时分多路复用系统和频分多路复用系统中使用的发 送分集技术。图1示出了传统自适应发送分集设备的结构框图，图2是无线电波入 射方向和接收辐射图形之间的关系图。\n参照图1，S1(t)，S2(t)，S3(t)和S4(t)表示复数信号，接收天线1，2，3和4在时 间t分别接收到这些信号，然后经A/D转换和准相干检测。分别把接收辐射图形控制 器13的输出W1(t)，W2(t)，W3(t)和W4(t)传送到乘法器9，10，11和12，接着把相关的 复数信号乘以各个输出。然后把乘法器输出由加法器14组合。由下式给出加法器14 的输出S(t)。\n$S\left(t\right)={\Sigma }_1^4{W}_i\left(t\right)S_i\left(t\right)---\left(1\right)$\n上述把天线接收到的信号乘以合适的复数，然后相加得到的值的过程可以使天线 作为一个整体获得一平面上的辐射图形。例如，当所要的信号来自图2箭头31方向， 干扰信号来自箭头32方向时，图1中的接收辐射图形控制器13就控制图2中参考号 “33”指示的辐射图形，以最强电平接收所要的信号，以弱电平接收干扰信号。这种 控制提高了接收性能。\n确定部分16输出确定的组合信号S(t)的结果D(t)。误差检测器15输出组合信 号S(t)与确定结果D(t)之间的差S(t)-D(t)。接收辐射图形控制器13根据误差校正 器15的输出以及复数信号S1(t)，S2(t)，S3(t)和S4(t)更新其输出复数权重 W1(t)，W2(t)，W3(t)和W4(t)。\n假设由Sig(t)＝(S1(t)，S2(t)，S3(t)，S4(t))T给出接收信号矢量，则可以由下式(2) 表示接收辐射图形控制器的输出，W(t)＝(W1(t)，W2(t)，W3(t)，W4(t))T。μ为步长系数。\nW(t+1)＝W(t)+μ(S(t)-D(t))TSig(t)                                (2)\n发送辐射图形控制器17计算加权输出，以便根据接收辐射图形控制器13的输出， 考虑发送与接收之间的频差进行发送。乘法器22、21、20和19把发送辐射图形控制 器17的输出乘以发送信号发生器18的信号。天线23、24、25和26把这些乘法器的 信号转换成RF(射频)频带信号，并发射得到的信号。\n上述传统时分和频分发送分集设备在检测直接到达的接收波和由建筑物、山脉等 反射而间接到达的接收波并考虑到时移把它们彼此分离方面有困难。这使它难以形成 各入射波的辐射图形，其结果是难以用对应于接收波的辐射图形来控制发射功率。\n发明内容\n因此，本发明的一个目的在于提供一种自适应发送分集设备，它可以检测以时移 方式到达的直接和间接波的辐射图形，并根据该辐射图形确定适当的发送辐射图形。 本发明的另一个目的在于提供一种选择适当发送辐射图形的具体基准。\n为了实现这些目的，本发明提供一种自适应发送分集设备，它使用扩展频谱系统， 利用接收辐射控制器检测以时移方式到达的直接和间接波的辐射图形，并根据发送辐 射图形操作发送辐射控制器，该发送辐射图形是通过选择接收辐射图形控制器获得的 合适的一个辐射图形或组合这些辐射图形来确定的。这可以确保高的传输性能。\n附图说明\n图1是传统自适应发送分集设备的框图；\n图2是无线电波入射方向与接收辐射图形之间的关系图；\n图3是根据本发明第一实施例的自适应发送分集设备的结构框图；\n图4是根据本发明无线电波的入射方向与接收辐射图形之间的关系图；\n图5是根据本发明无线电波到达时间与接收功率之间的关系图；\n图6是根据本发明第二实施例的自适应发送分集设备的结构框图。\n具体实施方式\n根据本发明一个方面的自适应发送分集设备包含分离部分，分离接收到的每个入 射波的相同信号；接收辐射图形产生部分，分别确定被分离的入射波接收时间的接收 方向性；发送辐射图形产生部分，通过选择接收辐射图形中合适的一个或组合接收辐 射图形，确定发送辐射图形；以及发射部分，根据发送辐射图形，发射信号。\n根据本发明另一个方面的自适应发送分集设备包含分离部分，把接收信号分离成 直接波和间接波；接收辐射图形产生部分，分别确定被分离的直接和间接波接收时间 的接收方向性；发送辐射图形产生部分，通过选择接收辐射图形中合适的一个或组合 接收辐射图形，确定发送辐射图形；以及发射部分，根据发送辐射图形，发射信号。\n分离接收到的每个入射波中相同的信号，通过以上述方式选择各接收信号处理系 统的接收辐射图形中合适的一个，或组合它们，产生发送辐射图形，可以最佳地控制 发射辐射图形改善发送精度，减小发送侧的功耗。在这种情况下，增加要抓取的入射 波的数量可以进一步提高发送性能。\n在根据本发明的自适应发送分集设备中，比较平行连接到天线上的多个接收信号 处理系统的输出，由发送辐射图形产生部分选择接收辐射图形中合适的一个图形。此 外，在根据本发明的自适应发送分集设备中，把多个接收信号处理系统的输出与各接 收信号处理系统的接收信号功率比较。此外，在根据本发明的自适应发送分集设备中， 把多个接收信号处理系统的输出与需要的信号功率对各接收信号处理系统的干扰信 号功率的比率进行比较。\n根据以上述方式选出的接收辐射图形产生发送辐射图形，可以容易地获得发送辐 射图形。利用接收信号功率可以进一步方便取得发送辐射图形。而且，利用需要的信 号功率对干扰信号功率的比率可以高精度地获得发送辐射图形。\n在根据本发明的自适应发送分集设备中，根据平行连接到天线上的多个接收信号 处理系统输出的接收功率或需要的信号功率对接收信号处理系统的干扰信号功率的 比率，由发送辐射图形产生部分组合接收辐射图形。\n以这种方式组合接收辐射图形可以提供更合适的发送辐射图形，可以减小对其它 发送信号的干扰。而且，可以抑制发送功率，从而降低功耗。\n根据本发明的又一方面的自适应发送分集设备包含多个接收信号处理系统，把利 用匹配滤波器、滑动相关器等去扩展多个天线接收到的信号获得的各输出信号乘以接 收辐射图形控制器的各输出信号，然后把得到的信号加在一起输出；组合部分，把多 个接收信号处理系统的输出进行瑞克(Rake)组合；误差检测部分，获得组合部分的输 出与接收信号处理系统的输出之间的差值；控制部分，根据误差检测器的输出和匹配 滤波器的输出确定要传送到接收辐射图形控制器内的所述乘法器的输出值；检测部 分，输入多个接收信号处理系统的输出，计算接收信号功率或需要的信号功率对干扰 信号功率的比率；发送辐射图形控制器，输入检测部分的输出，根据提供较大接收功 率或需要的信号功率对干扰信号功率的比率较大的接收信号处理系统的接收辐射图 形控制器的输出确定传输方向性；以及发送控制部分，把发送信号乘以发送辐射图形 控制器的输出，并从天线发射得到的信号。\n根据本发明又一个方面的自适应发送分集设备包含多个接收信号处理系统，把利 用匹配滤波器去扩展多个天线接收到的信号获得的各输出信号乘以接收辐射图形控 制器的各输出信号，然后把得到的信号加在一起输出；组合部分，把多个接收信号处 理系统的输出进行瑞克(Rake)组合；误差检测部分，获得组合部分的输出与接收信号 处理系统的输出之间的差值；控制部分，根据误差检测器的输出和匹配滤波器的输出 确定要传送到接收辐射图形控制器内的所述乘法器的输出值；检测器，接收多个接收 信号处理系统的输出，计算接收信号功率或需要的信号功率对干扰信号功率的比率； 发送辐射图形控制器，输入检测部分的输出，根据接收功率或需要的信号功率对干扰 信号功率的比率，组合多个接收辐射图形控制器的输出，确定发送方向性；以及发送 控制部分，把发送信号乘以发送辐射图形控制器的输出，并从天线发射得到的信号。\n从上面的描述使具体设备的结构更明显。\n本发明并不特别限于上述的这些设备，还提供了一种与上述讨论的本发明操作和 效果相同的自适应发送分集的方法，该方法包含下列步骤；分离接收到的每个输入波 中的相同信号；产生接收辐射图形，以分别确定被分离的入射波接收时间的方向性； 根据入射波选择接收辐射图形中的一个图形，或组合这些图形，产生发送辐射图形； 以及根据产生的发送辐射图形发射信号。\n由平行连接到天线上的多个接收信号处理系统分离接收到的每个入射波中的相 同发送信号，根据进行比较的结果和确定的多个接收信号处理系统的输出产生辐射图 形，能更可靠和更容易地实现这种方法。\n下面参照附图描述本发明的较佳实施例\n(第一实施例)\n图3是根据本发明第一实施例的自适应发送分集设备的结构框图，图4是无线电 波入射方向与辐射图形之间的关系图。图5是无线电波到达时间与功率的关系图。\n在图3所示的自适应发送分集设备中，对多个接收天线101、102、103和104接 收到的信号在匹配滤波器105、106、107和108中进行A/D转换和去扩展。乘法器112、 111、110和109把这些匹配滤波器105至108的输出乘以接收辐射图形控制器121 的输出。\n加法器122把乘法器109至112的输出相加。匹配滤波器113、114、115和116 对天线101至104接收到的信号进行A/D转换和去扩展操作。乘法器117、118、119 和120把匹配滤波器113至116的输出乘以接收辐射图形控制器124的输出。加法器 把乘法器117至120的输出相加。这里使用了相同的接收信号处理系统的平行结构， 以捕获以不同时间到达的电波。\n瑞克装置126是瑞克组合加法器122的输出与加法器125的输出的电路，它向确 定电路127输出组合信号。该确定电路127判定把瑞克组合(经信号处理的)数据恢复 到原始的“1”和“0”信号。确定电路127的输出输出到两个误差检测器123和误差 检测器138，误差检测器123获得确定电路127的输出与加法器122的输出之间的差 值，误差检测器138获得确定电路127的输出与加法器125的输出之间的差值。\n接收辐射图形控制器121根据匹配滤波器105至108的输出与误差检测器123的 输出控制要输出到乘法器112的值。同样，接收辐射图形控制器124根据匹配滤波器 113至116的输出和误差检测器138的输出控制要输出到乘法器117至120的值。\n功率检测器139和140分别根据加法器122和125的输出计算接收信号的功率， 并输出到发送辐射图形控制器128。发送辐射图形控制器128通过选择表示出对需要 的信号的接收功率更大的接收辐射图形控制器输出中一个输出来控制发送辐射图形。\n乘法器129、130、131和132把发送信号发生器137输出的发送信号与发送辐射 图形控制器128的输出进行组合，并把结果信号传输给天线133、134、135和136。\n虽然在本实施例中使用了四付天线，但减少天线的数量可以减少计算量，增加天 线数量可以提高性能。\n下面详细描述如此构成的自适应发送分集设备的工作情况。\n对在接收天线101至104上接收到的接收信号进行如下处理，例如，在把它们输 入到匹配滤波器105至108之前，把频带从RF(射频)转换到IF(中频)，并进行解调。 匹配滤波器105至108对输入的信号进行去扩展，并把它们的输出传送给乘法器112 至109。乘法器109至112把匹配滤波器105至108的输出乘以接收辐射图形控制器 121的输出。\n加法器122把乘法器109至112的输出加在一起。假设，由 Sig1(t)＝{S11(t)，S12(t)，S13(t)，S14(t)}T表示在时间t时匹配滤波器105至108的输出 的矢量表示，接收辐射图形控制器121的输出为W1(t)＝{W11(t)，W12(t)，W13(t)，W14(t)}T， 则例如可以由下式(3)表示加法器122的输出，\n$S_1\left(t\right)={\Sigma }_1^4{W}_{1i}^{*}{\left(t\right)}^T{S}_{\mathrm{li}}\left(t\right)---\left(3\right)$\n匹配滤波器113至116去扩展输入的信号，以捕获与到达匹配滤波器105至108 的不同时间到达的电波。乘法器117至120分别把匹配滤波器113至116的输出乘以 接收辐射图形控制器12的输出。加法器125把乘法器117至120的输出加在一起。 假设，由Sig2(t)＝{S21(t)，S22(t)，S23(t)，S24(t)}T表示在时间t时匹配滤波器113至116 的输出的矢量表示，接收辐射图形控制器124的输出为 W2(t)＝{W21(t)，W22(t)，W23(t)，W24(t)}T，则例如可以由下式(4)表示加法器122的输出，\n$S_2\left(t\right)={\Sigma }_1^4{W}_{2i}^{*}{\left(t\right)}^T{S}_{2i}\left(t\right)---\left(4\right)$\n瑞克装置126组合加法器122和125的输出。这种操作以这样一种方式进行，即 如下式(5)所给出的，使组合输出S(t)变成最大比率。\nS(t)＝1/|S1(t)|2+|S2(t)2|·(|S1(t)|·S1(t)+|S2)(t)|·S2(t))     (5)\n请注意，这种组合可以利用另一种方式来实现。此外，利用更多数量的匹配滤波 器和接收辐射图形控制器可以组合更多的入射波。\n确定电路127判定已组合成的接收信号。如果判定结果为D(t)，误差检测器123 和138输出该判定结果与原始信号之间的差值。例如，误差检测器123向接收辐射图 形控制器121输出D(t)-Sig1(t)，误差检测器138向接收辐射图形控制器124输出 D(t)-Sig2(t)。接收辐射图形控制器121和124根据那些输出，更新它们的输出。\n例如，应如下式(6)设置接收辐射图形控制器121的输出。\nW1(t+1)＝W1(t)+μ(D(t)-Sig1(t))TSig1(t)                             (6)\n同样，应如下式(7)设置接收辐射图形控制器124的输出。\nW2(t+1)＝W2(t)+μ(D(t)-Sig2(t))TSig2(t)                              (7)\n发送信号发生器137准备要发射的数据，并根据发送辐射图形控制器128的输出 控制发送信号的辐射图形。功率检测器139和140根据加法器122和125的输出计算 接收信号的功率，|S1(t)|和|S2(t)|，并把该功率提供给发送辐射图形控制器128。\n发送辐射图形控制128从接收辐射图形控制器121和接收辐射图形控制器124 获得加权值W1(t)和W2(t)。例如，当|S1(t)|＞|S2(t)|时，发送辐射图形控制器128 把W1(t)计算成传输加权值，相反时，用W2(t)计算传输加权值。\n例如，在如图4箭头201指示的时间上有需要的信号到达时，接收辐射图形控制 器121形成“202”指示的辐射图形，而在如箭头203指示的时间有需要的信号到达 时，接收辐射图形控制器124形成如“204”指示的辐射图形。请注意，箭头205和 206指示各时间上的干扰信号的入射方向。\n图5示出了在该时刻各入射无线电波的接收功率。“301”表示在箭头201的时 间上接收到的需要的信号的接收功率，“303”表示在箭头203的时间上接收到的需 要的信号的接收功率，“305”和“306”表示入射干扰信号的接收功率。\n发送辐射图形控制器121把接收功率电平与另一个接收功率电平作比较，并当箭 头201的接收功率较高时选择“202”作为发送辐射图形。根据这种发送辐射图形， 由乘法器129至132组合发送辐射图形控制器128的控制信号输出和发送信号发生器 137的发送信号。由天线133至136发射这些组合信号。当接收与传输之间的频带不 同时，发送辐射图形控制器128还进行频带转换。\n此外，在从天线133至136发射信号之前，先进行D/A转换和从基带转换到IF 和RF频带。此时，如果发射天线133至136设计成时分多路复用或频分多路复用类 型，则发射天线133至136可以利用接收天线组合而成。\n根据上述的第一实施例，天线辐射图形控制器把接收信号的接收功率电平与另一 个进行比较，以确定最佳的发送辐射图形，从而选择最佳的辐射图形，减小对其它发 送信号的干扰，这样，可以减小整体发射功率。\n(第二实施例)\n现在讨论根据本发明第二实施例的自适应发送分集设备。图6是根据本发明第二 实施例的自适应发送分集设备的结构框图。由于根据第二实施例的自适应发送分集设 备的结构基本上与图3所示的结构相同，所以用相同的参考号表示相同的部件和方法， 以省略对它们的详细描述。\n图6所示结构与图3所示结构的不同之处是使用了SIR测量单元439和440，作 为发送辐射图形控制器128和计算接收信号功率的功率检测器。在第一实施例中，由 接收信号功率|S1(t)|和|S2(t)|来计算接收信号功率，在本实施例中，检测功率 的SIR测量单元439和440利用加法器122和125的输出计算需要的信号对包含在接 收信号内的干扰信号的功率比，并把计算结果传送给发送辐射图形控制器128。\n与第一实施例一样，发送辐射图形控制器128从接收辐射图形控制器121和接收 辐射图形控制器124获得加权值W1(T)和W2(t)。在图4箭头201指示的时间上有需要 的信号到达时，接收辐射图形控制器121形成“202”指示的辐射图形，而在箭头203 指示的时间上有需要的信号到达时，接收辐射图形控制器124形成“204”指示的辐 射图形。\n图5示出了各入射波的接收功率。“301”表示在箭头201的时间上接收到的需 要的信号的接收功率，“303”表示在箭头203的时间上接收到的需要的信号的接收 功率，“305”和“306”表示入射干扰信号的接收功率。例如，当对于辐射图形204， 需要的信号功率对干扰信号功率的比率大于辐射图形202的比率时，SIR测量单元440 的输出值就变成大于SIR测量单元439的输出值。\n发送辐射图形控制器128根据SIR测量单元439和440的输出，把在各时刻需要 的信号功率对干扰信号功率的比率彼此进行比较，选择发送辐射图形204。根据该发 送辐射图形，乘法器129至132组合发送辐射图形控制器128的控制信号输出和发送 信号发生器137的发送信号输出。天线133至136发射这些组合信号。\n根据如上所述的本发明的第二实施例，由于发送辐射图形控制器根据接收信号内 的需要信号功率对干扰信号功率的比率来确定发送辐射图形，所以可以形成精度比第 一实施例更高的发送辐射图形，进一步减小对其它发送信号的干扰。\n(第三实施例)\n现在讨论根据本发明第三实施例的自适应发送分集设备。由于该实施例与第一实 施例的不同之处仅在发送辐射图形控制器128的结构上和如何计算接收信号的功率 上，所以参照图3来描述本实施例。这里假设在与第一实施例相同的接收条件下接收 到图4和5所示的接收波。\n传输发送辐射控制器128测量每个时刻的需要的信号功率对干扰信号功率之比， 以使该比率最大的方式组合接收辐射图形控制器121和124的图形。例如，发送辐射 图形控制器128利用各时刻的接收辐射图形控制器121和124的输出W1(t)和W2(t)和 需要的信号接收功率s1和s2，用下式(8)组合发送图形(把复数提供给乘法器)。此时， 利用第二实施例中使用的需要的信号功率对干扰信号功率的比率而不是第一实施例 中使用的需要的信号接收功率也可以获得相同的效果。\n$\mathrm{Ws}\left(t\right)=\frac{1}{s_1+s_2}·(\sqrt{s1}W1\left(t\right)+\sqrt{s2}W2\left(t\right))---\left(8\right)$\n根据本发明的第三实施例，发送辐射图形控制器可以通过组合各接收辐射图形控 制器已形成的接收辐射图形，形成更佳的发送辐射图形，因此可以减小对其它发送信 号的干扰。而且，可以抑制发送功率，从而减小功耗。\n因此，从上述描述中可以明显看出，从每个入射波中分离出接收到的相同的发送 信号通过选择各接收信号处理系统的接收辐射图形中的一个图形，或组合这些图形可 以产生发送辐射图形。这可以确保最佳地控制发送辐射图形，提高传输精度，可以降 低发射端的功耗。而且，根据本发明，通过捕获大量的入射波可以改善发送性能。\n此外，根据所选的接收辐射图形产生发送辐射图形，可以容易地获得发送辐射图 形。在这种情况下，利用接收信号功率还可以方便获得发送辐射图形。而且，利用需 要的信号功率对干扰信号功率的比率可以获得更高精度的发送辐射图形。\n而且，组合接收辐射图形可以形成更佳的发送辐射图形，可以进一步减小对其它 发送信号的干扰。也可以抑制发射功率，降低功耗。\n本申请是申请号为：98106120.6之分案申请。