用于fm iboc数字信号的mrc天线分集的利记博彩app
【专利摘要】一种无线电接收器，包括：第一信号路径，包括配置为从第一天线接收第一信号的第一调谐器，以及配置为从第一调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第一分支度量的第一解调器；第二信号路径，包括配置为从第二天线接收第二信号的第二调谐器，以及配置为从第二调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第二分支度量的第二解调器；组合器，用于最大比率组合第一分支度量和第二分支度量；以及处理电路系统，处理组合的第一分支度量和第二分支度量，以产生输出信号。
【专利说明】用于FM IBOC数字信号的MRC天线分集
【背景技术】
[0001]iBiquity Digital公司的HD Radio?系统设计成允许从目前的模拟调幅(AM)和调频(FM)无线电到完全数字化的带内同频(IBOC)系统的平滑演进。这种系统在现有的中频(MF)和极高频(VHF)无线电带中从陆地发送器向移动、便携式和固定的接收器交付数字音频和数据服务。与新的更高质量且更健壮的数字信号同时，广播者可以继续发送模拟AM和FM，允许他们自己和他们的收听者在维持其目前频率分配的同时从模拟向数字无线电转换。用于FM HD无线电系统的波形的例子在美国专利N0.7，724，850中示出，该专利在此引入作为参考。
[0002]已经开发和布置了各种供车辆FM接收器使用的天线分集技术。它们用于缓解由于所接收到的FM信号的多径传播造成的失真和中断效果，并且还能适应玻璃嵌窗天线的方向特性。所有分集技术都使用两个或多个天线元件，并且有些需要多个调谐器/接收器。有些技术可以应用到数字信号，而有些不能。
[0003]盲分集切换在经济上会有吸引力，因为简单的多位置开关把选定的天线元件连接到仅一个调谐器和接收器。但是，因为切换是盲目的，所以不能保证下一个天线元件将携带更好的信号，并且后续的切换可能快速连续地发生，直到找出好的信号。此外，由于数字信号被相干检测和跟踪的，因此每个天线切换事件都有可能造成通道状态信息(CSI)和相干跟踪中的符号破坏和暂时丢失。
[0004]这种切换过渡可以通过使用平滑分集组合算法来避免。这些技术涉及某种类型的多输入信号组合(前或后-检测)，并且需要多个调谐器。用于模拟FM信号的一种组合方法采用利用恒模算法(CMA)的相位分集。但是，这种方法对于HD无线电信号是无效的，因为数字旁带不能通过恒定的包络来特征化。
[0005]IBOC HD无线电接收器可以结合开关分集天线系统来使用。但是，开关分集天线的使用在数字信号的相干跟踪中引入了急剧的过渡，这降级了数字性能。
【发明内容】
[0006]在一方面，本发明提供了一种无线电接收器，包括:第一信号路径，包括配置为从第一天线接收第一信号的第一调谐器，和配置为从第一调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第一分支度量的第一解调器；第二信号路径，包括配置为从第二天线接收第二信号的第二调谐器，和配置为从第二调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第二分支度量的第二解调器；组合器，用于最大比率组合第一分支度量和第二分支度量；以及处理电路系统，处理组合的第一分支度量和第二分支度量，以产生输出信号。
[0007]另一方面，一种方法包括在第一天线上接收信号；产生从第一信号路径中的信号得出的第一分支度量；在第二天线上接收信号；产生从第二信号路径中的信号得出的第二分支度量；最大比率组合第一分支度量和第二分支度量；以及处理组合的第一分支度量和第二分支度量，以产生输出信号。
[0008]另一方面，一种方法包括在两个天线上接收信号；利用通过符号数同步的两条独立的接收器路径解调信号；最大比率组合来自两条接收器路径的分支度量；以及利用组合的度量以产生输出，其中接收器路径包括仲裁方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是高级最大比率组合(MRC)框图。
[0010]图2是配置为包括FM相位分集和数字MRC的接收器的功能框图。
[0011]图3是配置为包括或者分集(MRC和FM相位分集)或者数字扫描接收器的接收器的功能框图。
[0012]图4是配置为既包括分集(MRC和FM相位分集)又包括数字扫描接收器的接收器的功能框图。
[0013]图5是配置为既包括分集(MRC和FM相位分集)又包括也具有MRC的数字扫描接收器的接收器的功能框图。
[0014]图6是示出用于Viterbi分支度量的计算的功能框图。
[0015]图7是示出用于Viterbi分支度量的计算的功能框图。
[0016]图8是说明Viterbi分支度量的扭曲(warp)的效果的图。
[0017]图9是分支度量缩放和量化的表示。
[0018]图10是说明用于产生数字信号质量度量的过程的功能框图。
[0019]图11是滤波器电路的功能框图。
[0020]图12示出了高通半带滤波器的频谱。
[0021]图13示出了预采集滤波器的幅度频谱。
[0022]图14是质量度量计算的功能框图。
[0023]图15是用于数字信号的采集的流程图。
[0024]图16示出了好采集的概率。
[0025]图17示出了坏采集的概率。
[0026]图18是示出子帧锁定所需的平均时间的图。
[0027]图19是误码率的图。
[0028]图20至24是数字信号质量度量的图。
[0029]图25是用于MRC协调和仲裁的状态图。
【具体实施方式】
[0030]以增加第二数字接收路径(从调谐器到基带)为成本，Viterbi分支度量(VBM)的最大比率组合(MRC)可以提供改进的信噪比(SNR)性能。MRC接收器要比单个接收器操作在更低的SNR，并且，与单个解调器相比，为单个接收器设计的采集和跟踪算法在这些更低的SNR可能不能有效地操作。此外，如果其中一个解调器输出被破坏的Viterbi分支度量(由于差的天线信号)而另一个解调器正确地解调，则污染是有可能的，其降级了组合的性倉泛。
[0031]本文描述用于在天线分集系统中实现最大比率组合的各种技术。这种技术适用于HD无线电FM IBOC无线电系统的OFDM信号的处理。在本文所述的实施例中，MRC涉及来自两条(或者有可能更多)分集接收器路径的(从解调后的符号得出的)Viterbi分支度量的组合，其中分集接收器路径在本文中也称为信号路径。这些接收器路径中每一条都包括配置为从分集天线元件接收信号的调谐器、OFDM解调器，以及用于每个接收器输出符号(码位)的Viterbi分支度量计算。Viterbi分支度量的组合或相加是MRC功能。然后,组合的Viterbi分支度量可以解交织、解码并处理,如在传统单个接收器的后续功能中一样。现有的HD无线电接收器已经计算适当的分支度量，包括信号均衡和噪声归一化，这些可以如本文中所述地使用。
[0032]假设在每个天线元件的独立衰减(fading)，MRC组合来自两条不同接收器路径的分支度量，以最小化接收器误码率(BER)。分支度量有效地是，在到Viterbi解码器的输入，每个解调的符号的信噪(能量)比的测量。在解交织和Viterbi解码之前，MRC算法把来自两条接收器通道的对应的同步Viterbi分支度量求和。图1是连接到两个天线12、14的接收器10的一部分的框图。接收器包括两条信号路径16、18 (也称为接收器路径或通道)。第一信号路径16包括第一射频前端/调谐器20和第一解调器22。第二信号路径18包括第二射频前端/调谐器24和第二解调器26。天线配置为接收带内同频(IBOC)无线电信号，这可以是FM HD无线电信号。HD无线电信号在例如美国专利N0.7，933，368中描述，该专利在此引入作为参考。每条信号路径包括编程为为每个接收器输出符号计算Viterbi分支度量的处理电路系统或处理器。在图1的例子中，这种处理电路系统或处理器可以包括在解调器块中。
[0033]天线可以是具有不同特性、位于不同位置和/或位于不同朝向的元件。解调器在线28和30上产生Viterbi分支度量。这些Viterbi分支度量在组合器32中最大比率组合。然后，组合的度量传递到电路系统34，电路系统34处理组合的度量，以便在线36上产生输出信号。如本领域中已知的，这种处理电路系统可以包括解交织器、解码器、编解码器
坐寸ο
[0034]MRC是通过把来自两条接收器路径的解调的符号(解码之前的位)的对应Viterbi分支度量相加获得的。通过在解交织器之前索引，来自两条接收器路径的对应VBM可以同步，如由线38所示的。索引用于明确地识别和标记(编号)交织器矩阵中的符号。当对应的符号从两个接收器路径都可以获得时，具有类似索引的(Iike-1ndexed) VBM相力口。图1的实施例使用两个独立的接收器/解调器，然后识别并组合具有类似索引的符号Viterbi分支度量。索引允许两条接收器路径异步操作。
[0035]当其中一条接收器路径没有VBM可用时，假设缺失的VBM为零，并且只有具有有效VBM的接收器路径被使用(不需要相加)。当VBM从任一接收器都不可获得时，下游功能(解交织器、Viterbi解码器等)复位，假设例如调用重新采集过程。
[0036]基线MRC技术假设每条接收器路径都配置为独立地采集并跟踪信号，并且分支度量被对准并组合。在一种情况下，当两个接收器都以适当的同步跟踪信号时，性能是接近最优的。主要的性能增强是在动态衰减条件下实现的。当一个天线处于深度衰减时，另一个天线不能衰减，并且反之亦然。飞轮式(flywheeling)在短暂的信号中断期间维持足够的同步。
[0037]模拟FM相位分集可以利用两个天线、两个调谐器和两条FM接收器路径来实现。一对信号可以在FM解调器之前利用恒模算法(CMA)或者其某种变体来组合。由于两条天线信号路径可用，因此这些相位分集系统与用于IBOC数字分集的MRC是兼容的。[0038]图2示出了在也采用模拟FM相位分集的车辆应用中数字MRC的实现的功能框图。图2是连接到两个天线42、44的接收器40的框图。接收器包括两条信号路径46、48。第一信号路径46包括第一射频前端/调谐器50、模拟FM解调器52和第一数字解调器54。第二信号路径48包括第二射频前端/调谐器56、模拟FM解调器52和第二数字解调器58。天线配置为接收带内同频无线电信号，其可以是FM HD无线电信号。天线可以是具有不同特性、位于不同位置和/或位于不同朝向的元件。解调器在线60和62上产生Viterbi分支度量。这些VBM在组合器64中最大比率组合。然后，组合的度量传递到处理组合的度量的电路系统66。这种处理电路系统可以包括解交织器、解码器、编解码器等，如本领域中已知的。音频解码器68产生数字音频和混合控制信号，如由线70所说明的。模拟FM解调器52包括FM分集处理72和FM解调74，以便在线76上产生解调的FM信号。混合控制78混合线76上的解调的FM信号和数字音频信号，以便在线80上产生音频输出。每条接收器路径都配置为计算分支度量并且独立地采集和跟踪信号，并且确保分支度量被对准和组合。
[0039]MRC是通过把来自两条接收器路径的解调的符号(解码之前的位)的对应VBM相加来获得的。通过在解交织之前索引，来自两条接收器路径的对应VBM可以同步，如由线82所示出的。
[0040]图3至5示出了用于在数据扫描接收器中包括MRC的几种实现选项。图3示出了具有两条天线信号路径的接收器90如何可以配置为对MRC和相位分集或者对非MRC扫描数据通道，但不同时对这二者，使用第二天线信号路径。接收器90连接到两个天线92、94。接收器包括两条信号路径96、98。第一信号路径96包括可以调谐到第一频率的第一射频前端/调谐器100，以及第一数字解调器102。第二信号路径98包括可以调谐到第一频率或第二频率的第二射频前端/调谐器104，以及第二数字解调器106。天线配置为接收带内同频无线电信号，其可以是FM HD无线电信号。天线可以是具有不同特性、位于不同位置和/或位于不同朝向的元件。解调器在线108和110上产生Viterbi分支度量。这些VBM可以在组合器112中最大比率组合。然后，组合的度量传递到电路系统114，该电路系统处理组合的度量，以产生输出信号。这种处理电路系统可以包括解交织器、解码器、编解码器等，如本领域中已知的。作为替代，代替MRC，可以提供附加的处理电路系统116，以处理来自第二数字解调器的输出，以便在线118上产生数据输出。调谐器输出受到FM分集处理和/或模拟FM解调，如块120中所示，以便在线122上产生模拟音频信号。该模拟FM音频信号和线124上的数字音频信号混合，如块126中所示，以便在线128上产生音频输出。每条接收器路径都配置为计算分支度量并独立地采集和跟踪信号，并且确保分支度量被对准和组合。
[0041]图4是包括图3中许多元件并且添加第三信号路径131的接收器130的框图。第三信号路径包括第三调谐器132和第三数字解调器133，以便启用MRC和相位分集以及非MRC数据扫描通道。第三数字解调器的输出被处理电路系统134处理，以便在线135上产生数据输出。在这个例子中，三个调谐器中的两个被调谐到相同的频率。
[0042]图5是包括图4中许多元件并且添加第四信号路径137的接收器136的框图。第四信号路径包括第四调谐器138和第四数字解调器139，以便对主接收器信号以及扫描数据路径都启用MRC。线140和线141上的第三和第四数字解调器的Viterbi分支度量输出在组合器142中组合。然后，组合的信号被处理电路系统143处理，以便在线144上产生数据输出。在这个例子中，第一和第二调谐器都调谐到第一频率，并且第三和第四调谐器都调谐到第二频率。
[0043]1.VITERBI 分支度量
[0044]用于所描述的IBOC MRC实施例的Viterbi分支度量(VBM)是通道符号(位)在解交织和解码之前的估计的信噪能量之比。这些VBM可以如美国专利N0.6，982，948、7，305，056或7，724，850中所描述的进行计算，这些专利在此引入作为参考。前两个专利(6，982，948和7，305，056)使用线性滤波器来估计通道状态信息(CSI)。
[0045]如美国专利N0.7，305，056中所示，HD无线电信号包括一个模拟调制的载波和多个数字调制的子载波。有些数字调制的子载波被称为子载波。图6是利用如美国专利N0.7，305，056中所示的线性滤波器描述CSI估计的功能框图。图6说明了从HD无线电信号中的参考子载波既估计相位参考又估计CSI的方法。参考子载波可以用于CSI的采集、跟踪和估计以及相干操作。
[0046]如图6中所示，由参考子载波携带的复数(complex)训练符号在线148上输入并且取得该符号的复共轭，如块150中所示。复共轭通过乘法器154在线152上利用已知的训练序列加倍。通过经同步、解码和差分再编码的BPSK时序使它们加倍，这从接收到的训练子载波除去了二进制(±1)时序调制。线156上结果产生的符号被有限脉冲响应(FIR)滤波器158处理，以便随时间平滑结果产生的符号，从而在线160上产生局部相位和幅值的复共轭估计。这个值被时间延迟162延迟并且通过乘法器166乘以线164上噪声方差的倒数。噪声方差是通过在求和点170从输入符号(在由延迟168提供的适当时间对准之后)减去线160上局部相位和幅值的平滑后的估计来估计的。然后，如块172中所示的那样把结果求平方，并且如块174中所说明的那样过滤复数噪声样本。倒数是如块176中所示的那样近似的(具有除零保护)。这个CSI权重在相邻训练子载波对之间的18个子载波上内插，如块178所说明的，以便在线180上产生结果局部CSI权重。然后，在它们被适当延迟之后，如块184中所示，这个CSI权重用于加倍在线182上接收到的对应局部数据承载符号。然后，乘法器186在线188上产生软判定输出。
[0047]在图6中，携带训练符号的线标记为T并且携带数据的线标记为D。此外，滤波器174包括以下延迟:
[0048]
【权利要求】
1.一种无线电接收器，包括: 第一信号路径，包括配置为从第一天线接收第一信号的第一调谐器，以及配置为从第一调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第一分支度量的第一解调器；第二信号路径，包括配置为从第二天线接收第二信号的第二调谐器，以及配置为从第二调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第二分支度量的第二解调器； 组合器，用于最大比率组合第一分支度量和第二分支度量；以及 处理电路系统，处理组合的第一分支度量和第二分支度量，以产生输出信号。
2.如权利要求1所述的无线电接收器，其中第一分支度量和第二分支度量通过索引来同步。
3.如权利要求1所述的无线电接收器，其中第一分支度量和第二分支度量通过符号数来同步。
4.如权利要求1所述的无线电接收器，其中，当信号路径之一没有可用的分支度量时，那条信号路径的分支度量归零。
5.如权利要求1所述的无线电接收器，其中响应于第一信号和第二信号的信噪比，第一解调器和第二解调器调节第一分支度量和第二分支度量的幅度。
6.如权利要求1所述的无线电接收器，其中组合器对来自第一信号路径和第二信号路径的对应的同步分支度量求和。
7.如权利要求1所述的无线电接收器，其中处理电路系统包括解交织器和Viterbi解码器，并且其中，当对应的符号从第一信号路径和第二信号路径可以获得时，类似索引的分支度量相加。
8.如权利要求1所述的无线电接收器，其中每条信号路径独立地采集并跟踪由天线之一接收的信号。
9.如权利要求8所述的无线电接收器，其中用于每条信号路径的符号和频率跟踪在暂时的衰减或中断上呈飞轮式。
10.如权利要求1所述的无线电接收器，其中第一天线和第二天线配置为接收FMIBOC信号。
11.如权利要求1所述的无线电接收器，其中处理电路系统处理第二分支度量，以产生数据输出信号。
12.如权利要求1所述的无线电接收器，还包括: 第三信号路径，包括配置为从第二天线接收第二信号的第三调谐器，以及配置为从第三调谐器的输出解调符号的第三解调器；以及 处理电路系统，处理第三解调器的输出，以产生数据输出信号。
13.如权利要求1所述的无线电接收器，还包括: 第三信号路径，包括配置为从第二天线接收第二信号的第三调谐器，以及配置为从第三调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第三分支度量的第三解调器；第四信号路径，包括配置为从第一天线接收第一信号的第四调谐器，以及配置为从第四调谐器的输出解调符号以产生从解调后的符号得出的第四分支度量的第四解调器； 第二组合器，用于最大比率组合第三分支度量和第四分支度量；以及 处理电路系统，处理组合的第三分支度量和第四分支度量，以产生数据输出信号。
14.如权利要求1所述的无线电接收器，其中每条信号路径都包括预采集滤波器。
15.如权利要求14所述的无线电接收器，其中每条信号路径都包括在预采集滤波器之前的抽取滤波器。
16.—种方法,包括: 在第一天线上接收信号； 产生从第一信号路径中的信号得出的第一分支度量； 在第二天线上接收信号； 产生从第二信号路径中的信号得出的第二分支度量； 最大比率组合第一分支度量和第二分支度量；以及 处理组合的第一分支度量和第二分支度量，以产生输出信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中响应于第一信号路径和第二信号路径中的信噪t匕，第一信号路径和第二信号路径调节第一分支度量和第二分支度量的幅度。
18.如权利要求16所述的方法，其中最大比率组合步骤对来自第一信号路径和第二信号路径的对应的同步分支度量求和。
19.如权利要求18所述的方法，其中第一分支度量和第二分支度量通过索引来同步。
20.如权利要求19所述的方法，其中处理步骤是由包括解交织器和Viterbi解码器的处理电路系统执行的，并且，当对应的符号从第一信号路径和第二信号路径可以获得时，类似索引的分支度量相加。
21.如权利要求16所述的方法，其中每条信号路径独立地采集并跟踪由天线之一接收的信号。
22.如权利要求21所述的方法，其中用于每条信号路径的符号和频率跟踪在暂时的衰减或中断上呈飞轮式。
23.如权利要求16所述的方法，其中第一信号路径和第二信号路径配置为接收FMIBOC信号。
24.如权利要求16所述的方法，其中，当信号路径之一没有可用的分支度量时，那条信号路径的分支度量归零。
25.如权利要求16所述的方法,还包括: 在至少一条信号路径中将数字信号质量度量用作坏轨道检测器。
26.如权利要求25所述的方法，其中，当数字信号质量度量降至低于阈值时，分支度量归零。
27.如权利要求26所述的方法，其中，阈值被减小以用于以较低的信噪比操作。
28.如权利要求16所述的方法，还包括: 当过滤后的数字信号质量度量降至低于阈值预定个数的连续符号时，强迫重新采集。
29.如权利要求16所述的方法，其中信号路径是独立的。
30.如权利要求16所述的方法，还包括: 当一条或两条信号路径中的信号降级时，以低信噪比扭曲至少一个分支度量，以提高最大比率组合的性能。
31.如权利要求16所述的方法，还包括: 对两条信号路径利用最大比率组合仲裁方案。
32.如权利要求16所述的方法，其中最大比率组合使用来自两条信号路径的共享的跟踪信息。
33.如权利要求16所述的方法，还包括: 处理第二分支度量，以产生数据输出信号。
34.如权利要求16所述的方法，还包括: 产生从第三信号路径中的信号得出的第三分支度量；以及 处理第三分支度量，以产生数据输出信号。
35.如权利要求16所述的方法，还包括: 产生从第三信号路径中的信号得出的第三分支度量； 产生从第四信号路径中的信号得出的第四分支度量； 最大比率组合第三分支度量和第四分支度量，以及 处理组合的第三分支度量和第四分支度量，以产生数据输出信号。
36.如权利要求16所述的方法，其中利用参考子载波的符号跟踪是在找出初始子帧之后开始的。
37.如权利要求36所述的方法，其中，如果没有找出初始子帧，则在数字信号质量度量之后大约0.5秒内调用重新采集。
38.如权利要求16所述的方法，其中利用数字信号质量度量执行符号跟踪，直到找出初始子中贞。
39.一种方法,包括: 在两个天线上接收信号； 利用通过符号数同步的两条独立的接收器路径解调信号； 最大比率组合来自两条接收器路径的分支度量；以及 利用组合的度量以产生输出，其中接收器路径包括仲裁方案。
【文档编号】H04B7/08GK103959673SQ201280054542
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2011年11月7日
【发明者】B·克罗格, P·J.·皮拉, J·S.·白尔德 申请人:艾比奎蒂数字公司