专利名称：多副天线的检测和选择系统及方法
技术领域：
本发明一般涉及一种卫星通信系统，尤其涉及利用多副天线检测和选择卫星通信信号。
背景技术：
各种多址通信系统和技术已被开发，用于在大量的系统用户之间传送信息。然而，扩展频谱调制技术，例如在码分多址(CDMA)通信系统中使用的技术与其它调制技术相比具有显著的优点，尤其是例如当为大量的通信系统用户提供服务时。在于1990年2月13日发布的、名称为“利用卫星或地面中继站的扩展频谱多址通信系统”的美国专利No.4,901,307和名称为“在扩展频谱通信系统中跟踪各接收相位时间和能量而使用全频谱传送功率的方法和装置”的美国专利申请No.08/368,570中揭示了这些技术，这两专利或专利申请都已转让给本发明的受让人，缓引于此，以作参考。
上述专利揭示了多址通信系统，在该系统中，大量的一般移动用户或远程系统用户每个都至少使用一个收发机与其它相连系统(例如公共电话交换网)的其它系统用户进行通信。收发机也称为用户终端，它可以通过汇接局和卫星，或者地面站(有时也称为蜂窝站)或其它中继中端进行通信。
基站覆盖这些区域(有时也称为蜂窝区)，而卫星在地球表面上有照射区(即卫星天线波束射到地面的覆盖区)。在这两系统之一中，通过扇区化，或子划分被覆盖的地理区域，可以实现容量的增益。在基站利用定向天线可以把蜂窝区分割成“扇区”。同样，利用聚束天线系统可以把卫星照射区在地理上分割成“束”。这些子分割覆盖区域的技术可以被看作利用相对天线方向性或空间分割多路复用来产生隔离。此外，如果有可用的带宽，则这些子分割每个(扇区或束)都可以被通道化。通道化这些子分割的一种方法是利用频分多路复用(FDM)来分配多个CDMA信道。在卫星系统中，每个CDMA信道被称为“子束”，因为每“束”有若干这样的子束。
在使用CDMA的通信系统中，各链路用来向或从汇接局或基站传送或接收通信信号。正向链路与汇接局或基站发出的、发送给系统用户的通信信号有关。反向链路与用户终端发出的、发送给汇接局或基站的通信信号有关。
在扩展频谱通信系统的一种类型中，为了作为通信信号发送，在调制到载波上之前，用一个或多个预选的伪随机噪声(PN)码序列在预定的特定带上调制或“扩展”用户信息信号。PN扩展，一种在已有技术中已知的扩展频谱发送的方法，产生的发送信号其带宽比数据信号大得多。在基站或汇接局至用户终端的通信链路中，用PN扩展码或二进制序列来区分不同基站发送的或在不同束上发送的信号。这些码一般由指定蜂窝区或子束中的所有通信信号共享。
可以用一对伪随机(PN)码序列调制或“扩展”信息信号。一般地，用一个PN码序列来调制同相(I)信道，而用另一个PN码序列来调制正交相(Q)信道。该PN调制或编码在用载波信号调制信息信号并作为通信信号发送之前进行。PN扩展码也称为短PN码，因为与通信系统使用的其它PN码相比，它们较“短”。
设计这种多址通信系统的共同目的是实现最大可能的用户容量，也就是说，能使最大可能的用户数量同时接入系统。系统容量可以受到几个因素的限制，例如，用户码数量和可用的CDMA信道。然而，扩展频谱系统是“功率受限的”，即受到所有用户可以允许的全部功率量的限制，以避免出现不能接受的干扰，通常，这是维持向限制系统容量最大的系统用户正向通信的所需要的功率量。如果仅维持这些链路中的一些所需要的功率量足够大，则在更多的用户可用的码或频率数量被用完之前，也消耗了全部功率的分配。
因此，通常，必须使“连接”每个用户或维持它们的正向链路所需要的功率最小，以留出功率用于其它用户，增加系统容量。这可以通过为每个用户增加天线增益G对接收机噪声温度T的比率G/T来实现。该比率或每个用户的天线增益越高，则用户链接所需要的功率就越小。当每个用户天线的增益较高时，则维持正向链路所需要的功率量就显著降低，功率可以用于其它用户。
在卫星通信系统中，其它设计目的是跟踪或获取和同时与多个卫星进行通信。该目的之后的一个原因是希望利用信号分集改进接收。另一个原因是以较短的时间周期实现与该范围内的或看得见的卫星的通信。实现这些目的的一个常用方案是优化天线设计。
这样一种设计优化是使用较大的、可控定向天线。另一种设计优化是组合多副天线的信号，形成可控波束。这些方案的一个缺点是这些天线的制造和综合都很复杂和昂贵。
另一种这样的设计优化是使用多副天线，诸如“拼接”或螺旋天线单元，每副天线都覆盖不同的空中扇区。也就是说，每副天线具有的辐射图形被优化成覆盖指定的天空区域或卫星星座轨道图形区域。这将增加每副天线的定向性，并增加每副天线的增益或G/T。这种方案的显著优点是可以使用价廉的天线。不幸的是，用于多副廉价天线的主要障碍是难以从这些天线中检测和选择适当的信号。
发明内容
本发明提供一种从多副天线中检测和选择卫星通信信号的系统和方法。在一个实施例中，系统包括两个信号路径，每个信号路径耦合到一副独立的天线上，还包括组合两个路径来的信号的组合器，由信号处理器进行处理。两个路径中至少一个路径包括一个信号延时单元。信号处理器可以根据信号延时单元产生的信号延时区分在天线之一上从源处接收到的信号和在另一副天线上从源处接收到的信号。
每个信号路径包括可变衰减器，选择性地把每个信号路径耦合到信号处理器上。信号处理器确定沿这些信号路径接收到的信号的质量，并把与信号质量有关的数据提供给控制处理器。控制处理器操纵衰减器把信号质量最高的信号路径耦合到信号处理器和其它处理单元上。
根据本发明，最初把信号路径之一耦合到多个天线之一上，并对该信号路径的衰减器加上一预定的最小衰减，把数据传送给信号处理器。该路径称为“数据路径”。其它信号路径称为“搜索路径”用于检查余下的每副天线，以确定是否从那些天线中的一个接收到比当前连接到数据路径上的天线更好的信号质量。
为了检查特定天线，通过一预定的延时，利用开关机构把它耦合到信号处理器上。该延时与输出到处理器的天线串联设置，该处理器与天线、输出相邻或沿着信号路径该延时，可以使处理器区分数据和搜索路径。然后信号处理器确定沿搜索路径接收到的信号的质量。
较佳的切换处理可利用设置在搜索路径上的衰减器，加上一预定的最大的衰减来实现，从而有效地把搜索路径与信号处理器分开。然后利用开关机构把搜索路径耦合到特定的天线上，例如利用电子开关或可开关的放大器级。减小搜索路径衰减器的衰减，直到搜索路径和数据路径的噪声功率电平基本一致。然后信号处理器确定沿搜索路径接收到的信号的质量。
对每副天线重复这种处理。当一些或全部天线都已被检查，如果搜索路径发现的最高质量信号超过了数据路径上的信号的质量，则交换搜索路径和数据路径的角色。在一个实施例中，加到数据路径衰减器上的衰减增加直到数据路径信号有效地与信号处理器断开，搜索路径上的衰减器的衰减减小到预定的最小量。在这一点上，搜索路径和数据路径具有相反的角色，原搜索路径现在是新数据路径。而新搜索路径继续搜索更好的信号。
附图概述本发明的特征、目的和优点将通过下面结合附图的详细描述变得更明显，图中，相同的参照数字表示相似的单元。此外，参照数字最左面的数字与首次出现该参考数字的图一致。
图1是示出了一般的卫星通信系统。
图2A和图2B示出了适用于实现本发明的一个实施例的典型的单个接收器系统。
图3是适用于实现本发明的双接收机解决方案的典型接收机系统的电路框图。
图4是适用于实现本发明的时间延时搜索器解决方案的典型接收机系统的电路框图。
图5示出了适用于实现具有衰减的时间延时的典型接收机系统。
图6是根据本发明的较佳实施例的接收机系统的操作方法的流程图。
本发明的实施方式I.介绍本发明是一种在轨道运行卫星通信系统(例如低地轨道(LEO)卫星通信系统)中选择和组合多副天线接收到的卫星通信信号的系统和方法。对于相关技术领域的熟练人员来说是明显的，本发明的原理可以应用于非轨道运行的卫星的卫星通信系统。此外，本发明的原理也可以应用于无线地面通信系统中，在该地面通信系统中，用户终端接收多个源的信号，信号的强度处于运动或变化。
下面详细地讨论本发明的较佳实施例。虽然讨论了特定的步骤、构造和布置，但是应当理解，这样做仅是为了图示目的。相关技术领域的熟练人员将认识到，不脱离本发明的精神和范围也可以使用其它步骤、构造和布置。
II.一般卫星通信系统图1示出了利用卫星和汇接局或基站的一般无线通信系统100。在一较佳实施例中，通信系统100是CDMA扩展频谱通信系统。无线通信系统100包含一个或多个汇接局102、卫星1-4和用户终端106。用户终端106每个都具有或包含无线通信设备，例如无线电话，但并不限于这一设备，也可以使用数据传送设备(例如便携式计算机、个人数据助理、调制解调器)。用户终端106一般是三种类型固定用户终端106A、它一般以固定的结构安装；移动用户终端106B，它一般安装在汽车上；便携式用户终端106C，它一般是手持的。用户终端有时也称为用户单元、移动站或者在一些通信系统中简称为“用户”或“定户”，这些都根据习惯。
汇接局102(这里为102A)也称为基站、集线器或各种系统中的固定站，它通过卫星104A和/或104B与用户终端106通信。通常，使用多个在不同轨道平面(例如低地轨道(LEO)，但并不限于此)上运行的卫星。然而，本技术领域的熟练人员容易理解，本发明如何可以应用于各种卫星系统、汇接局或基站结构。基站102B(也称为蜂窝站或站)可以在一些系统中用来与用户终端106直接通信。汇接局和基站也可以与提供全系统控制或信息的一个或多个系统控制器相连接，系统控制器把它们连接到公共交换电话网(PSTN)上。
每个用户终端106使用一副或多副天线，进行信号发送的接收。在一较佳实施例中，固定用户终端106A使用一组天线，也称为天线“场”，每副天线覆盖天空中独立的部分。也就是说，每副天线的辐射图形被优化成覆盖天空或卫星轨道的指定区域。在一较佳实施例中，该天线组包括四副接插天线，每副天线覆盖的方位角为90°从预定本地地平面起仰角大约为20°-90°，一个四向天线覆盖方位角360°而仰角大约为0°至25°。在另一个实施例中，开支许可，则移动用户终端106B和便携式用户终端106C可以使用多副天线，虽然由于通常所需要的体积和资源而不大这样使用。
当卫星经过天空时，它运行经过该组天线中一个以上的天线的覆盖区域。为了满足高G/T的要求，并使接收信号质量最优，固定用户终端106A应当确定多副天线中哪副天线在指定的瞬时接收到的卫星信号的质量最好。然后，把该天线用于与该卫星的通信链路。本发明提供了对这一问题的几种解决方案。
为了图示说明，本发明以卫星通信系统的术语来描述。如上所述，本发明也可以应用于其它类型的通信系统，在阅读了本描述之后，这对于相关技术领域的熟练人员来说是明显的。
III.单个智能接收机图2A示出了适用于实现本发明一个实施例的典型单个接收系统200。系统200包括多副天线202A至202N，开关或开关装置204把它有选择地耦合到单个信号路径250上。信号路径250包括放大级(较佳地为低噪声放大器(LNA))206、混频器208、带通滤波器210、自动增益控制(AGC)放大器212和基带电路214。在一较佳实施例中，基带电路214一般被实施成专用集成电路。信号路径250被耦合到信号理器216上。在一较佳实施例中，信号处理器216被实现成专用集成电路。信号处理器216也耦合到控制处理器220上，接着由一条或多条控制线240耦合到开关204上。在另一实施例中，控制处理器220被加入到信号处理器216内。本技术领域的熟练人员容易理解，信号处理器216和控制处理器220是可以在用户终端中使用的各种已知信号处理电路中实现的单元。
在操作时，控制处理器220选择特定天线202，并通过操控开关204把该天线耦合到信号路径上。然后由LNA206放大被选择的天线接收到的信号。再把经放大的信号馈送给混频器208，与本地振荡器(未图示)提供的信号组合，以把信号频率从射频(RF)减小到所要的已知中频(IF)上。IF信号通过滤波器210，滤波器210对IF信号进行滤波，并传送给AGC放大器212。在本发明的一个实施例中，使用带通表面块波(SAW)类滤波器来实现滤波器210。滤波器210可以提供与频率变化基本上是线性的相位变化。
AGC放大器212调整IF信号的电压范围，以与基带电路214的输入电压范围匹配。在一较佳实施例中，信号处理器216确定AGC放大器212要加的适当的增益电平，利用控制线242把该增益电平指定给AGC放大器212。在另一实施例中，这种确定和指定是由控制处理器220来实现的。在另一个实施例中，要加的增益电平是部分或全部基于汇接局102提供的信息，例如功率控制反馈信息。在一较佳实施例中，在控制线242上提供的信号是脉冲密度调制(PDM)信号。在另一实施例中，在控制线242上提供的信号是幅度可变的模拟信号。其它变量也可以不脱离本发明的精神和范围，这点对于相关技术的熟练人员来说是明显的。
基本电路214可以包括下变频器，以把IF信号的频率减小到基带。基带电路214也包括模-数据转换器，以把模拟基带信号转换成数字信号，再馈送给信号处理器216。信号处理器216利用本技术领域已知的电路单元对数字信号进行去扩展和解调，提供纠错等。信号处理器216的输出信号218是数字数据信号。输出信号218可以馈送给声码器等，进行进一步处理，这点对于相关技术领域的熟练人员来说是明白的。把信号处理器216耦合到控制处理器220上，控制处理器220利用控制线240上的信号操控开关204，选择不同的天线202。
在图2B中描述了接收机系统200的另一个实施例。在图2B中，开关204被可开合的LNA222A至222N代替。在该实施例中，控制处理器220利用一条或多条控制线240操控可开合的LNA222，选择天线202。在一个实施例中，除去加到可开合的LNA222上的电源使可开合的LNA222转换到“打开”，从而不提供输出信号。可以在通常传送RF信号所用的相同的同轴电缆线上提供DC电源，或者使用多种已知的技术之一。在另一个实施例中，由输出级224(224A-224N)把每个可开合的LNA222耦合到LNA206上，图中以虚线示出。一般利用内部电子开关元件使输出级224“断开”，或者使其输入断开，以中断传送信号。
接收机系统200可以被用来实施本发明的智能单接收机解决方案。在操作时，接收机系统200使用空闲时间和/或备用容量，监视天空中在它们的轨道上的卫星104的通过。在较佳实施例中，当通信信道未被用于通信时，实现备用容量。因为这些通过是有规律的，所以接收机系统200“学习”了卫星时间表。利用这一信息，接收机系统200构建数据库(未图示)，详述卫星的时间表和在天线202视野上的它们的通过。基于该信息，接收机系统200选择期望在特定时间上从特定卫星104接收到的信号最佳的天线。在一个实施例中，在安装之前，向固定用户终端106A提供部分或全部卫星时间表信息，通过上述的“学习”处理精加工该信息。
一旦接收机系统200学习了卫星时间表，控制处理器220就在适当时间激活适当的天线，从卫星获得最佳的信号。然而，天线覆盖图形、天线阻塞、卫星轨道等的变化可以强制使接收机系统200“重新学习”卫星时间表。如本技术领域的熟练人员所明白的，控制处理器220可以使用各种已知的存储元件或装置230，例如RAM来存储学得的或事先已知的卫星时间表。
IV.双接收机另一种解决方案是使用包括两个或多个完全信号路径和两个信号处理器的接收机系统。在该实施例中，控制处理器把信号处理器的输出信号进行比较，使用质量最佳的信号。
图3是适用于实现本发明的双接收机方案的典型接收系统300的框图。为方便起见。图3仅示出了两条信号路径250A和250B。当然，可以使用两条以上的信号路径，而不脱离本发明的精神和范围，这点对于相关技术领域的熟练人员来说在阅读了该描述之后将是明显的。
再参照图3，信号路径250A包括LNA206A、混频器208A、带通滤波器210A、AGC放大器212A和基带电路214A。信号路径250A由开关或开关装置204A耦合到多副天线202A-202N之一上。同样，信号路径250B包括LNA206B、混频器208B、带通滤波器210B、AGC放大器212B和基带电路214B。信号路径250B通过开关204B耦合到天线202A-202N之一上。每个信号处理器216耦合到控制处理器220上。
如已知的一样，开关204A和204B可以形成单个开关装置，被构置成在任意指定的时间上把多路输入连接到独立的输出上。利用一条或多条控制线240(240A，240B)选择搜索路径使用的天线(204A-204N)。通常，独立控制线240(240A，240B)用于每个开关装置204，除非以一些已知的形式多路复用控制命令。
在操作时，每条信号路径250假定为两个角色中不同的一个，它们被标记为数据路径和搜索路径。当被称为数据路径的信号路径之一接收天线202(202A-202N)的数据，并把数据传送给信号处理器216，例如216A时，称为搜索路径的另一信号路径接收另一天线202的信号，并把它传送给另一信号处理器216，例如216B。即，控制处理器220不断的监视信号处理器216(216A，216B)，即连接到数据路径的信号处理器和连接到搜索路径的信号处理器的输出。
在一较佳实施例中，通过测量每个码片相对于背景噪声电平的能量来确定信号质量，称为比率Ec/Io。在一具有两个以上的信号路径的实施例中，把一条信号路径用作数据路径，其它信号路径用作搜索路径。当然，信号处理器或控制器也可以使用其它测量信号质量的方法，例如使用位出错率、校验和等，这些测量方法并不脱离本发明的精神和范围，这点对于相关技术领域的熟练人员来说是明白的。
开始时，由控制处理器220把一条信号路径选择成数据路径。提供输出信号218。当搜索路径找到了接收信号质量比数据路径上的信号更高的天线，控制处理器220就选择该搜索路径作为新的数据路径，提供输出信号218，把原数据路径选择成搜索路径。因此，该搜索路径用来继续搜索提供的信号质量比数据路径上正在处理的信号更高的天线。在一个实施例中，当搜索路径找到更高质量的信号时，则数据路径和搜索路径交换角色。在另一个实施例中，在数据路径和搜索路径交换角色之前，评估部分或全部天线。双接收解决方案提供了较高的性能度，因为搜索和信号路径是完全独立的。
V.延时搜索器把公共点(即，两个信号路径交叉点)移到靠近天线更近可以实现低成本的解决方案。然后以RF组合这些信号。当在信号处理器的上游(比信号处理器更靠近天线)组合这些信号时，信号处理器必须设置有区分组合信号的方法。有一种议案，这里作为延时搜索器解决方案。在延时搜索器解决方案中，把延时引入到一条或两条信号路径中，这样，在组合信号之后，根据信号延时可以区分一副天线的信号与另一副天线的信号。虽然接收机可以容易地区分开利用不同PN扩展码的不同信号，但是从同一源(相同PN码)经过多条路径到达的多种形式的信号一般是不能被区分的，除非在它们之间达到最小的相对延时。
图4是适于实现本发明的延时搜索器解决方案的典型接收机系统400的电路框图。在接收系统400中，开关204A和204B分别有选择地把天线202A-202N耦合到两条信号路径450A和450B上。接着，组合器430把信号路径450A和450B耦合到AGC放大器212、基带电路214、信号处理器216上。信号处理器216被耦合到控制处理器220上，控制处理器220通过一条或多条控制线240A和240B控制开关204。信号路径450A包括LNA206A、混频器208和带通滤波器410A。同样，信号路径450B包括LNA206B、混频器208和带通滤波器410B。
在较佳实施例中，每个带通滤波器410(410A，410B)包括信号延时单元(如图4所示)。在另一个实施例中，信号延时可以被实施成独立的单元，这点对于相关技术领域的熟练人员来说是明白的。在又一个实施例中，每副天线202A-202N具有与天线的输出相关联的延时元件412(412A-412N)，这里用虚线图示。这些延时元件中每个都具有与单副天线相关联的预选延时值。可以根据期望的信号参数，在设计天线组时选择延时。然而，通常这要花更多的代价来实施。
组合器430在AGC放大器212的上游组合这些被延时的信号。由于在这点上进行信号组合，仅需要一个AGC放大器和一个信号处理器216就可以支持两条信号路径，节约了费用、减少了复杂性，提高了可靠性。
为了适应扩展频谱通信信号，信号处理器216包括瑞克接收机，它能区分来自相同的源所接收到的但具有不同信号延时的信号的两种形式。用于分集接收的瑞克接收机是熟知的，在于1992年4月28日授予的、名称为“CDMA蜂窝电话系统中的分集接收机”的美国专利No.5,109,390中揭示了这种瑞克接收机，该专利已转让给本发明的受让人，援引于此，以作参考。
在本发明的较佳实施例中，在搜索路径和数据路径之间引入的相对信号延时被选择成大于扩展信号时所用的PN码的一个码片时间。延时的宽范围是可能的，但是用检测和与扩展频谱信号同步所用的典型信号和搜索接收机进行测试时，延时范围在1.0至1.8微秒明显地工作得最好。使用1.22M数量级的PN扩展码码片速率。相对延时1.5微秒对于在这种测试时所用的搜索/数据路径来说是较佳的。
如上所述，本发明的延时搜索解决方案具有显著的优点。然而，由于搜索路径总是耦合到信号处理器216上，所以搜索路径上的信号将对接收机系统400的性能产生负面影响。
VI.具有衰减的延时搜索器改进接收机系统的性能的一种途径是在搜索操作期间把搜索路径与数据路径断开。断开信号路径的一种方法是使用信号衰减器。
图5示出了适用于实现本发明的具有衰减的延时搜索器方案的典型接收机系统500。在接收系统500中，开关204A和204B分别把天线202有选择地耦合到信号路径550A和550B上。接着，组合器430把信号路径550A和550B耦合到AGC放大器212、基带电路214和信号处理器216上。信号处理器216被耦合到控制处理器220上，控制处理器220通过一条或多条控制线240(240A，240B)控制开关204。信号路径550A包括LNA206A、混频器208A和带通滤波器410A。同样，信号路径550B包括LNA206B、混频器208B和带通滤波器410B。
在较佳实施例中，每个带通滤波器410(410A，410B)包括信号延时单元(如图5所示)。如相关技术领域的熟练人员所明白的，信号延时可以实施成独立的单元。在一较佳实施例中，每条信号路径还包括可变衰减器526(VA)。每个可变衰减器526可以被构置成并被称为电压可变衰减器(VVA)。控制处理器220通过一条或多条控制线540(在这里为540A和540B)控制每个可变衰减器526(526A，526B)。可变衰减器526A和526B用于有选择地从信号处理器216耦合和断开信号路径。由于搜索路径可以从信号处理器216上断开，所以接收系统500的性能显著改善。
当仅使用单个衰减器(VA/VVA)或以已知的方式多路复用控制命令，以便连接到公共控制线或总线上的每个VVA(526A，526B)可检测各个衰减器控制命令时，可以使用单条控制线540。如下将讨论的，可以在实现另外的信号路径上使用另外的衰减器或VVA。
在较佳实施例中，衰减变化率保持在低于预定的最大速率上。这样做是为了防止影响系统的其它功能和操作特征，例如功率控制，这点对于相关技术领域的熟练人员来说是明白的。
使用可变衰减器526A和526B也可以使接收机系统500对加到信号处理器216上的两条信号路径上呈现的信号进行加权。如下所述，这种均等化可以使信号处理器216对于公共基线进行质量测量。
图6示出了根据本发明较佳实施例的接收机系统500的操作方法的流程图。在描述该操作方法之前，首先描述接收机系统500的初始条件情况。开始时，作为数据路径的信号路径通过开关204耦合到天线202上，并通过将其可变衰减器526设置到预定最小的衰减量上而耦合到信号处理器216上。作为搜索路径的另一条信号路径通过开关204开始时与天线202断开，并通过将其衰减器526设置到预定最大衰减量而与信号处理器216断开。
参照图5，假设信号路径550A最初起数据路径的作用，信号路径550B最初起搜索路径的作用。作为数据路径，开关204A把信号路径550A耦合到天线202A上，并通过将衰减器516A设置到预定最小衰减电平而与信号处理器216耦合。作为搜索路径，信号路径550B耦合到另一天线202A上，尽管它可能与任何天线断开，并通过将衰减器516B设置到预定最大衰减电平而与信号处理器216断开，也如步骤602所示。
为了开始搜索，控制处理器220指令开关204B把搜索路径耦合到除了被耦合到数据路径上的天线之外的天线上，如步骤604所示。通常，根据所学的或期望的卫星时间表，这是一个被期望在一些预定时间上具有改善的信号的天线。然后控制处理器220指令搜索路径衰减器526B逐步减少搜索路径上的衰减量，直到搜索路径上的噪声功率电平基本上与数据路径上的噪声功率电平相等，如步骤606所示。
在已知的噪声背景占支配地位的扩展频谱系统中，例如，CDMA扩展频谱型卫星通信信号中，噪声功率电平一般超过信号功率电平。因此，这种加权步骤为信号处理器216提供了公共基线，以便可以评估数据路径和搜索路径的信号的相对质量。
在较佳实施例中，接收机系统500监视由AGC放大器212所加的增益电平的变化，确定数据路径和搜索路径上的噪声功率电平是基本上相等。这种方案对于噪声背景与接收信号功率相比占支配地位的系统来说是较佳的。在具有较高信噪比的系统中，也可以使用其它已知的技术来检测搜索路径和数据信号路径上接收到的信号的相对信号强度。
当搜索路径信号的噪声功率电平到达数据路径信号的噪声功率电平时，则AGC放大器212接收到的输入功率是仅从数据路径接收到的输入功率的两倍。AGC放大器212通过将加到信号上的增益减少3dB作为响应。因此，当控制处理器220观察到加到AGC放大器212上的增益下降了3bB时，则确定数据路径和搜索路径的噪声功率电平基本上相等。
在这种技术中，一是看与检测的功率成反比的放大器级的增益的变化。在该搜索或检测方案中，检测信号功率增加3dB的任何手段都可以使用。在一较佳实施例中，由控制处理器220观察在控制线242上发送给AGC放大器212的增益控制信号的值，确定AGC放大器212所加的增益电平的变化。模拟型控制信号的幅度或PDM控制信号中使用的每个周期的脉冲数都可以用来检测放大器的增益变化量，作为AGC控制环的一部分。因此，对控制线242或提供给控制线的命令的观察指示了3dB变化发生的时间。该信息显然地可以用于控制处理器220。
在该点上，信号处理器216评估在搜索路径上的信号的质量(即通过耦合到搜索路径的天线接收到的信号)，如步骤608所示。在较佳实施例中，通过测量每个码片比Ec/Io的能量来确定信号质量。在一较佳实施例中，把信号质量的测量值存储在存储元件、设备或存储装置530中，例如RAM电路(未图示)，以便以后与其它信号质量测量值作比较。接收机系统500对所有余下的天线重复该相同的处理过程，除了连接到数据路径上的天线(当前的天线202A)，如步骤610所示。一旦评估了所有天线202的信号，控制处理器220就选择找到的最高质量的信号，并把其质量与数据路径信号的质量相比较，如步骤612所示。如果没有发现质量高于数据路径信号的信号，则重复对天线的评估，如步骤604的箭头所示。
然而，如果发现的质量最高的信号的质量超过数据路径信号的质量，则数据路径和搜索路径交换(即，信号路径550A与信号路径550B交换角色)。如步骤614所示，把被发现接收最高质量信号的天线耦合到搜索路径(当前信号路径550B)上。然后把加到搜索路径上的衰减减小到预定的最小值上，有效地把搜索路径耦合到信号处理器上，如步骤616所示。然后，如步骤618所示，把加到数据路径(当前信号路径550A)上的衰减增加到预定的最大值上，因此，有效地把数据路径与信号处理器216断开。因此，平滑地反转数据路径与搜索路径的作用，而不会对信号质量产生负面影响。
然后只要希望，就可以继续搜索。通常只要使用天线的无线装置是有效的(通信或寻呼)，并且要检测其它信号和有潜在的使用，则就进行搜索。搜索一般通过使无线装置无效(挂起或不能建立呼叫)而中断，或者确定在一定时间周期上没有更好的信号可使用而中断。通信系统技术领域的熟练人员是了解中断搜索所用的准则的。
较佳实施例的前述描述可以使本技术领域的熟练人员制造或使用本发明。虽然参照其较佳实施例图示和描述了本发明，但是本技术领域的熟练人员应当理解，对其可以作各种形式和细节上的各种变化而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种在卫星通信系统中选择天线的系统，该卫星通信系统具有发送信号的卫星和具有多副天线的用户终端，上述选择天线的系统包括第一信号路径，耦合到多副天线的第一副天线上；第二信号路径，耦合到多副天线的第二副天线上，所述第二信号路径包括信号延时单元；以及信号处理器，耦合到所述第一和第二信号路径上，根据所述信号延时单元产生的信号延时区分多副天线的所述第一副天线从卫星接收到的信号与多副天线中所述第二副天线从卫星接收到的信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一信号路径包含另一个信号延时单元。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一信号路径包括第一可变衰减器。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二信号路径包括第二可变衰减器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包含控制处理器，确定多副天线中所述第一副天线接收到的信号与多副天线中所述第二副天线接收到的信号的质量；以及根据所述确定的质量，所述第一和第二可变衰减器有选择地把所述第一和第二信号路径耦合到所述信号处理器上。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述质量是根据接收到的信号的每个码片上的能量来确定的。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包含第一开关，设置在多副天线与第一信号路径之间，耦合到所述控制处理器上，可工作成根据所述控制处理器的所述选择，有选择地把多副天线之一耦合到所述第一信号路径上。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包含设置在多副天线与第二信号路径之间的第二开关，耦合到所述控制处理器上，可工作成根据所述控制处理器的所述选择，把多副天线之一耦合到所述第二信号路径上。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还至少包含一条第三信号路径，耦合到多副天线之第三上，所述信号处理器还具有信号延时单元，与其串联设置，所述信号处理器根据所述信号延时单元产生的信号延时区分所述第一、第二和第三或多副天线中更多的天线从卫星接收到的信号。
10.在具有发送信号的卫星和具有多副天线的用户终端的卫星通信系统中，多副天线中每副天线可以有选择地耦合到多个信号路径之一上，信号路径耦合到信号处理器上，信号路径中的第一信号路径开始在多副天线的第一副天线上接收信号，并开始时把预定的最小衰减量加到该信号上，一种选择这些天线的方法，包含下列步骤把预定最大衰减电平加到所述信号路径的第二信号路径上；把多副天线的第二副天线耦合到所述第二信号路径上；减小加到所述第二信号路径上的衰减电平，直到所述第二信号路径上的噪声功率电平基本上与第一信号路径上的噪声电平相等；以及当多副天线中的所述第二副天线从卫星接收到的信号质量超过多副天线中所述第一副天线从卫星接收到的信号的质量时，把所述预定最大衰减量加到所述第一信号路径上，把预定最小衰减量加到所述第二信号路径上。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤把多副天线中所述第二副天线从卫星接收到的信号延时预定的信号延时；以及根据所述预定的信号延时区分多副天线中所述第一副天线从卫星接收到的信号与多副天线中所述第二副天线接收到的信号。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包含这一步骤，确定所述多副天线中所述第二副天线从卫星接收到的信号质量与多副天线中所述第一副天线从卫星接收到的信号质量。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包含这一步骤根据信噪比确定多副天线中所述第二副天线从卫星接收到的信号的质量与多副天线中所述第一副天线从卫星接收到的信号质量。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述信噪比根据接收到的信号的每个码片的能量相对于信号噪声来确定。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤在所述第一和第二信号路径与所述信号处理器之间加入自动增益控制(AGC)操作；以及监视所述AGC操作所加的增益电平。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述减小步骤还包含这一步骤确定何时所述AGC所加的增益电平下降了预定量的时间。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预定量为3dB。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包含下列步骤对于每个其它天线，把多副天线中至少一第三副天线从卫星接收到的信号延时另一预定信号延时；以及根据所述预定信号延时，区分多副天线中所述第一副、第二副和第三副以及更多副天线从卫星接收到的信号。
19.一种在卫星通信系统中根据接收信号质量选择天线的系统，所述卫星通信系统具有发送信号的卫星和具有多副接收信号的天线的用户终端，所述系统包含第一信号路径，耦合到多副天线中所述第一副天线上；第二信号路径，耦合到多副天线中所述第二副天线上；第一信号处理器，耦合到所述第一信号路径上；第二信号处理器，耦合到所述第二信号路径上；以及控制处理器，耦合到所述第一和第二信号处理器上，确定所述第一信号路径上的信号与所述第二信号路径上的信号的相对质量，选择多副天线中的第一和第二副天线中接收信号质量较高的一副天线。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，还至少包含一条耦合到多副天线中第三副天线上的第三信号路径和耦合到所述第三信号路径和所述控制处理器上的第三信号处理器。
全文摘要
一种从多副天线中选择和组合卫星通信信号的系统和方法。该系统至少包括两条信号路径(550A,550B),每条信号路径耦合到一个独立的天线(202A－202N)上,还包括组合器(430),组合两条路径来的信号,由信号处理器(216)处理。两条路径(550A,550B)中至少一条路径包括信号延时单元(410A－410B)。信号处理器(216)可以根据信号延时单元(410A,410B)产生的信号延时区分天线(202A－202N)之一从源接收到的信号与另一天线从源接收到的信号。每条信号路径(550)包括可变衰减器(526),有选择地把每条信号路径(550)耦合到信号处理器(216)上。信号处理器(216)确定沿信号路径(550)接收到的信号的质量,把与信号质量有关的数据提供给控制处理器(220),控制处理器(220)操控衰减器把信号质量最高的信号路径(550)耦合到信号处理器(216)上。
文档编号H04B7/08GK1269075SQ98805054
公开日2000年10月4日 申请日期1997年5月13日 优先权日1997年5月13日
发明者G·格拉纳他, J·H·汤普生 申请人:夸尔柯姆股份有限公司