CN100365952C - 支持接收分集的无线电信系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于获得接收分集而不需要每个小区有多个天线的技术。本发明的说明实施例包括：用于接收第一射频的第一信息载运信号的第一天线；用于下变频第一信息载运信号到第一中频的第一变频器；用于经过第一有线线路发送第一中频的第一信息载运信号的第一发送机；用于接收来自第一有线线路的第一中频的第一信息载运信号和用于解调第一信息载运信号的装置。

Description

支持接收分集的无线电信系统结构

本发明一般涉及电信，尤其涉及无线电信系统的结构。

图1描述了现有技术的典型无线电信系统的一部分示意图，该系统提供无线电信服务给位于一个地理区域内的一些无线终端(例如无线终端101-1至101-3)。一般无线电信系统的“心脏”是无线交换中心(“WSC”)120，它也可以称为移动交换中心(“MSC”)或移动电话交换局(“MTSO”)。一般地，无线交换中心120连接到散布在由该系统服务的整个地理区域的多个基站(例如基站103-1至103-5)以及连接到本地和长途电话和数据网络(例如本地局130、本地局138以及长途电话局140)。除了别的以外无线交换中心120负责在无线终端之间以及无线终端和有线终端(例如有线终端150)之间建立和保持呼叫，它经过本地和/或长途网络连接到该系统。

由无线电信系统服务的地理区域分为一些称为“小区”的空间上不同的区域。如图1描述的，每个小区由一个六边形表示；然而，实际上每个小区通常具有一个取决于系统服务的地形地貌的不规则形状。一般地，每个小区包含一个基站，它包括基站用于与该小区的无线终端通讯的无线电设备和天线，也包括基站用于与无线交换中心120通讯的传输设备。

例如，当无线终端101-1希望与无线终端101-2通讯时，无线终端101-1传送所需信息到基站103-1，该基站经过有线线路102-1转发该信息到无线交换中心120。一旦接收到该信息，并且知道它是打算给无线终端101-2的，则无线交换中心120返回该信息到基站103-1，该基站经过无线电设备转发该信息到无线终端101-2。

当无线电信系统100是一个与基于卫星系统不同的地面系统时，服务的质量和可利用性受环绕该系统的地形的特性支配。例如，当地形地貌是山，或者存在建筑物或树时，则由无线终端发送的信号可以直接和经基站附近的物体反射到达基站的天线。如果两个或多个信号(例如一个直接路径信号和一个或多个反射信号，两个或多个反射信号，等等)不同相到达天线，则信号可能破坏性干扰，它阻碍基站获得和处理信号的能力。这种现象被称为多路径衰落。根据经验，多路径衰落是一种高度局部化的现象，如果多路径衰落发生在一个位置上，则它极不可能发生在仅仅很短距离外的另一个位置上。

图2描述了一个现有技术的典型基站的方框图，它一般包含两个接收天线Rx1和Rx2，这两个天线被配置服务于相同的地理区域并且捕获相同的信息载运信号的变化。当两个天线的位置相互紧靠着时(例如相互位置在信息载运信号的1/2波长内)，则很可能两个天线将捕获具有类似信号强度的信息载运信号的变化。例如，如果天线中的一个接收到由于多路径衰落的弱的信息载运信号的变化，则很可能另一个天线也将接收到弱的信息载运信号的变化。

相反，如果两个天线的位置相隔很远(例如相互间大于信息载运信号的几个波长)，则两个天线不可能捕获具有类似信号强度的信息载运信号的变化。换句话说，两个天线不可能同时捕获由于多路径衰落的弱的信息载运信号的变化。因此，由于这个原因，许多基站使用两个或多个接收天线来确保至少捕获一个强的和可用于处理的信息载运信号的变化。使用N个接收天线以提供增强的接收信息载运信号的技术被称为N路接收分集。

当基站使用N路接收分集时，基站加入一个被称为分集组合器的设备以组合解调的信息载运信号的变化来建立比仅仅使用一个天线所能够做的估计更好的信息载运信号的估计。如现有技术所公知的，分集组合器能够使用各种技术(例如传统的选择分集，等增益组合分集，最大比值合并分集，等等)来处理N个信息载运信号的变化。

支持N路接收分集的基站结构的主要缺点是由于要求N个接收天线、用于要被解调的每个信息载运信号的N个无线电设备以及每个基站中的一个分集组合器，它实质上增加了基站的成本和规模。另外，虽然在宏蜂窝式系统中增加成本常常是合理的，在该系统中单个基站服务于数百个无线终端，但对于室内和宏蜂窝式系统来说增加的成本一般过高。另外，每个基站中增加的无线电设备和分集组合器反而增加了基站中会发生故障的设备量并且要求昂贵的服务呼叫。

因此，需要一种无线电信系统结构来提供与N路接收分集技术有关的增强性而没有与现有技术的解决方案有关的成本和缺点。

本发明是一种无线电信系统，它提供与N路接收分集有关的增强性而没有与现有技术的技术有关的成本和缺点。特别地，本发明的一些实施例能够以每个小区一个接收天线，而不是每个小区多个无线电设备也不是每个小区一个分集组合器来获得接收分集的优点。它的优点是它大大减少了无线电信系统的成本和复杂性。

另外，本发明的一些实施例能够允许两个或更多接收天线来共享单个有线线路，它能够减少用于互联无线电信系统的不同部件所需的敷设电缆量。

此外，本发明的一些实施例能够以与同轴电缆不同的便宜而且容易安装的有线线路(例如双扭绞线，等等)互联系统的不同部件。

在本发明的一个说明实施例中，由现有技术中多个基站完成的功能通过多个地理上分散的无线电头和一个共享的集中基带单元完成。一般每个无线电头包括一个接收天线，基带单元包括用于解调和分集组合由无线电头接收的各种信息载运信号的设备。

每个无线电头捕获所有从小区内无线终端发送的射频信息载运信号，将它们下变频到中频，而不解调它们，并且发送它们到基带单元。基站单元信道译码、解调、去多路复用以及组合信息载运信号以产生各个业务信道。

当无线终端位于无线电头附近时，既使接收信号时接收天线在衰落区，来自该无线终端的信息载运信号一般被以适于接收的足够功率接收。相反，当无线终端位于小区边界的附近时，来自该无线终端的信息载运信号一般由在两个或更多相邻无线电头的接收天线接收。在这种情况下，每个无线电头传送它捕获的信息载运信号的型式到基带单元，具有信息载运信号的多种型式的该单元能够完成在该型式上的分集组合。

本发明的一个说明实施例包括：用于接收第一射频的第一信息载运信号的第一天线；用于下变频第一信息载运信号到第一中频的第一下变频器；用于经过第一有线线路发送第一中频的第一信息载运信号的第一发送机；用于接收来自第一有线线路的第一中频的第一信息载运信号和用于解调第一信息载运信号的装置。

图1描述了现有技术中无线电信系统的示意图。

图2描述了使用接收分集的现有技术中基站的方框图。

图3描述了根据本发明的说明实施例的无线电信系统的示意图。

图4描述了根据本发明的说明实施例的无线电信系统的方框图。

图5描述了根据图4的无线电信系统的无线电头的方框图。

图6描述了根据图4的无线电信系统的第一说明基带单元的方框图。

图7描述了根据图4的无线电信系统的第二说明基带单元的方框图。

图3描述了无线电信系统300的结构示意图，它为一个或多个无线终端(未示出)提供无线电信服务。对于本领域的技术人员来说很清楚在这个公开中描述的仅仅是关于“上行链路”或“反向”信道的无线电信系统结构的那些方面。关于“下行链路”或“正向”信道结构的那些方面在共同转让的共同未决美国专利申请系列号NO.09/__中作了说明，在此作为参考，它的名称为“支持块无线电设备技术的无线电信系统结构”，于1998年2月13日申请。

说明的实施例有益地包括经过有线线路302-1、302-2以及302-3中一个连接到基带单元303的多个无线电头(例如301-1至301-7)。根据说明的实施例，无线电头可以经过唯一的有线线路直接连接到基带单元303或者两个或更多的无线电头可以经过共享的有线线路连接到基带单元303。

为了这个技术要求，每个无线终端发送一个业务信道，它可以包括例如话音、数据、多媒体等等。根据一些接入方案(例如FDMA等等)，每个业务信道唯一的由一个射频信息载运信号传播。相反，一些接入方案(例如TDMA等等)允许多个无线终端多路复用U个业务信道使得创建被每个无线电头和基带单元303理解为包括U个多路复用业务信道的单个信息载运信号。

基带单元303有益地接收来自有线线路302-1、302-2和302-3中每一个的一个或多个信息载运信号，并且以公知的方式根据特定的无线接口标准(例如GSM，IS-54TDMA，IS-95CDMA，等等)信道译码、解调、去多路复用每个信息载运信号。

基带单元303也以公知的方式完成对信息载运信号的分集组合。下面将讨论基带单元303的细节。

无线电头301-1至301-6中每一个有益地包括：用于捕获射频的信息载运信号的天线，用于放大信息载运信号的放大器，用于下变频信息载运信号到中频的下变频器以及用于经过有线线路发送中频信息载运信号到基带单元303的发送机。下面将讨论无线电头301-1至301-6的细节。

根据说明的实施例，每个无线电头提供无线电信服务给环绕无线电头的地理区域中的那些无线终端，该地理区域称为小区。如图3描述的，每个小区由中心在无线电头的圆示意表示；然而，实际上，每个小区具有一个取决于环绕无线电头的地貌和环境的不规则形状。

有益地布置无线电头使得相邻小区重叠并且使得在覆盖范围没有空隙或间隔。例如，如图3所示，由无线电头301-1服务的小区重叠由无线电头301-2和301-3服务的小区。

当无线终端位于无线电头附近时，既使接收信号时接收天线是在衰落区，来自该无线终端的信息载运信号一般被以适于接收的足够功率接收。

相反，当无线终端位于小区边界的附近时，来自该无线终端的信息载运信号一般由两个或多个相邻无线电头的接收天线接收。例如，来自位于包含无线电头301.1和301-2的小区的相交区内的无线终端的信息载运信号一般将由无线电头301.1和301-2的接收天线接收。虽然图3中描述的天线是全向的，本领域的技术人员很清楚如何构成和使用定向天线的本发明的实施例。

图4描述了本发明的说明实施例的方框图，它有益地包括：六个无线电头(例如301-1至301-6)和基带单元303，如所示用有线线路302-1、302-2和302-3互联。有线线路302-1、302-2和302-3有益地是金属双扭绞线或者是能够传播多个中频信号的任何其他敷设电缆。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用本发明的实施例，在该实施例中任何数量的无线电头经过任何数量的有线线路连接到基带单元303。

本领域的技术人员很清楚基带单元303也可以包括支持下行链路信道所需的设备，有线线路302-1、302-2和302-3也可以传播下行链路信号，无线电头301-1至301-6可以包括发送下行链路信号所需的设备。

图5描述了根据本发明的说明实施例的无线电头301-i的方框图，它有益地包括：如所示互联的天线501，放大器502，下变频器503以及发送机504。

天线501有益地服务于第一地理区域，该区域大致上，但不完全与由另一个无线电头的另一个天线服务的第二地理区域不同。天线501有益地接收来自第一地理区域的一个或多个信息载运信号和可能与无线电信系统有关或无关的其他寄生信号。

放大器502有益地是一种低噪声放大器，它以公知的方式增大每个信息载运信号的信号强度。

下变频器503有益地下变频每个信息载运信号到中频使得来自每个无线电头的每个信息载运信号可以经过有线线路发送。当两个或多个无线电头共享一个有线线路时，下变频器503有益地下变频每个信息载运信号到中频使得每个信息载运信号可以经过共享有线线路被频分多路复用到基带单元303。如本领域的技术人员公知的，下变频器503可以由例如混频器、本地振荡器和带通滤波器构造。

发送机504有益地经过连接无线电头301-i的有线线路发送每个中频信息载运信号到基带单元303。当两个或多个无线电头共享一个有线线路时，发送机504有益地频分多路复用来自共享有线线路上各个无线电头的中频信息载运信号使得它们能够由基带单元303去多路复用。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用发送机504。

图6描述了根据本发明的说明实施例的第一说明基带单元303的方框图。基带单元303有益地包括：如所示互联的接收机601-1至601-3，滤波器602-2至602-5，模数转换器603-1至603-6，信道化装置604-1至604-6，以及K×N×U信道分集组合器605。

基带单元303有益地接收来自多达N个无线电头中每一个的多达K个信息载运信号(用于最多为K×N个信息载运信号)，其中每个信息载运信号根据无线接口标准多路复用以包括U个不同的业务信道(对于最多为K×U个业务信道的N个型式)。基带单元303有益地以公知的方式信道译码、解调和去多路复用K个信息载运信号中每一个，并且也对多达K×U个解调的业务信道的N个变量完成多达N路分集组合以创建K×U个业务信道的更好的估计。

接收机601-1至601-3作为有线线路302-1至302-3的终端并且将在这些有线线路上的中频信息载运信号提供到模数转换器或滤波器。

因为图3和4中说明的实施例包括六个无线电头，其中四个共享有线线路302-2，基带单元303有益地包括去多路复用来自这些无线电头的被多路复用到有线线路302-2的中频信息载运信号所必需的电路。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用基带单元303以支持任何数量的无线电头和任何数量的有线线路。

例如，因为无线电头301-2至301-5频分多路复用它们各自信息载运信号以形成有线线路302-2上的合成信号，有线线路302-2馈入带通滤波器602-2至602-5，它们被有益地设计以去多路复用有线线路302-1上的中频信息载运信号。例如只有来自无线电头301-i的那些中频信号经过滤波器602-i。因为无线电头301-1至301-6直接连接到基带单元303，所以每一个可以直接馈入模数转换器。

虽然说明的实施例包括使用3个不同有线线路的6个无线电头，本领域的技术人员很清楚如何构成和使用包括不同数量无线电头和不同数量有线线路的本发明的实施例。本领域的技术人员也很清楚每个频分多路复用信号需要由带通滤波器隔离并且本领域的技术人员很清楚如何构成和使用那些滤波器。

模数转换器603-1至603-3中每个以适当的动态范围和适于捕获所关心的信号的采样率对中频信息载运信号数字化。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用模数转换器603-1至603-6。

信道化装置604-1至604-6中每一个负责信道译码和解调多达K个中频信息载运信号并且负责去多路复用每个信息载运信号以提供多达K×U个不同业务信道的估计到K×N×U信道分集组合器605。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用信道化装置607-1至607-6。

K×N×U信道分集组合器605有益地接收来自N个信道化装置的不同业务信道的多达K×U个估计并且使用公知的分集组合技术来完成N路分集组合，以产生K×U不同业务信道的更好的估计。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用K×N×U信道分集组合器605。

图7描述了第二说明基带单元303的方框图，它提供如第一说明基带单元303的相同功能，但具有块无线电设备(block radio)技术。图7的基带单元303有益地包括：如所示互联的接收机701-1至701-3、模数转换器703-1至703-3以及K×N×U信道块无线电设备705。

接收机701-1至701-3分别作为有线线路302-1至302-3的终端，并且分别将那些有线线路的中频信息载运信号提供到模数转换器703-1至703-3。

模数转换器703-1至703-3中每个以适当的动态范围和适于捕获关心的信号的采样率对所有来自单个有线线路的中频信息载运信号数字化。本领域技术人员很清楚如何构成和使用模数转换器703-1至703-3。

块无线电设备705有益地作为一种数字信号处理器，它被编程来接收来自模数转换器703-1至703-3的数字化信号并且使用数字信号处理技术产生K×U个业务信道。

决无线电设备705完成如同一个或多个传统的无线电设备的相同功能，但具有一些不同于传统无线电设备的特性。首先，传统的无线电设备处理单个信息载运信号。而块无线电设备一般能够同时处理多个信息载运信号。

第二，传统的无线电设备由射频元件(例如电容、电感器、振荡器等等)构成，并且信息载运信号的处理是由元件的电特性完成并且主要由元件的电特性定义。而块无线电设备主要包括一个数字信号处理器并且信息载运信号的处理由软件和软件参数定义。

第三，信息载运信号特性的变化(例如调制方案、带宽等等)在传统无线电设备中可以通过改变一个或多个射频元件实现。而信息载运信号特性的变化在块无线电设备中可以通过改变控制块无线电设备的软件和/或软件参数实现。这允许经过通讯链路远程对块无线电设备重新定义和更新。

第四，块无线电设备一般比类似质量和处理功率的多个传统无线电设备较少花费。

第五，因为块无线电设备处理多个信息载运信号，它能够完成信息载运信号之间的处理(例如分集组合、聚束、相邻信道干扰减少等等)，而传统电台只能看到一个信息载运信号，因此不能完成这种处理。

块无线电设备705有益于：(1)频分去多路复用来自共享有线线路的每个中频信息载运信号，(2)信道译码和解调多达K个中频信息载运信号，(3)去多路复用每个信息载运信号以提供多达K×U个不同业务信道的估计，以及(4)使用公知的分集组合技术完成N路分集组合以产生K×U个不同业务信道的更好的估计。本领域的技术人员很清楚如何构成和使用块无线电设备705。

应该理解上述实施例只不过是本发明的说明，本领域的技术人员可以设计出许多变化而不会背离本发明的范围。因此这些变化应该包括在下面的权利要求以及它们等效的范围内。

Claims (18)

1.一种设备，包括：

第一天线，用于接收第一射频的第一信息载运信号；

第一下变频器，用于下变频所述第一信息载运信号到第一中频；

第一发送机，用于经过第一有线线路发送所述第一中频的所述第一信息载运信号；

用于接收来自所述第一有线线路的所述第一中频的所述第一信息载运信号并且用于解调所述第一信息载运信号的装置。

2.如权利要求1所述的设备，还包括：

第二天线，用于接收第二射频的第二信息载运信号；

第二下变频器，用于下变频所述第二信息载运信号到第二中频；

第二发送机，用于经过所述第一有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

用于接收来自所述第一有线线路的所述第二中频的所述第二信息载运信号并且用于解调所述第二信息载运信号的装置。

3.如权利要求2所述的设备，还包括用于分集组合所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号的装置。

4.如权利要求2所述的设备，其中所述第一发送机和第二发送机经过所述第一有线线路频分多路复用所述第一中频的所述第一信息载运信号和所述第二中频的所述第二信息载运信号。

5.如权利要求1所述的设备，还包括：

第二天线，用于接收第二射频的第二信息载运信号；

第二下变频器，用于下变频所述第二信息载运信号到第二中频；

第二发送机，用于经过第二有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

用于接收来自所述第二有线线路的所述第二中频的所述第二信息载运信号并且用于解调所述第二信息载运信号的装置。

6.如权利要求5所述的设备，还包括用于分集组合所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号的装置。

7.一种方法，包括：

用第一天线接收第一射频的第一信息载运信号；

用第一下变频器下变频所述第一信息载运信号到第一中频；

经过第一有线线路发送所述第一中频的所述第一信息载运信号，其中所述第一有线线路是双扭绞线；

接收来自所述第一有线线路的所述第一中频的所述第一信息载运信号；以及

解调所述第一信息载运信号。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

用第二天线接收第二射频的第二信息载运信号；

用第二下变频器下变频所述第二信息载运信号到第二中频；

经过所述第一有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

接收来自所述第一有线线路的所述第二中频的所述第二信息载运信号；以及

解调所述第二信息载运信号。

9.如权利要求8所述的方法，还包括分集组合所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号。

10.如权利要求8所述的方法，还包括经过所述第一有线线路频分多路复用所述第一中频的所述第一信息载运信号和所述第二中频的所述第二信息载运信号。

11.如权利要求7所述的方法，还包括：

用第二天线接收第二射频的第二信息载运信号；

用第二下变频器下变频所述第二信息载运信号到第二中频；

经过第二有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

接收来自所述第二有线线路的所述第二中频的所述第二信息载运信号；以及

解调所述第二信息载运信号。

12.如权利要求11所述的方法，还包括分集组合所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号。

13.一种设备，包括：

(1)第一天线头，包括：

(a)第一天线，用于接收第一射频的第一信息载运信号，

(b)第一下变频器，用于下变频所述第一信息载运信号到第一中频，以及

(c)第一发送机，用于经过第一有线线路发送所述第一中频的所述第一信息载运信号，其中所述第一有线线路是双扭绞线；

(2)基带单元，包括：

(a)用于接收来自所述第一有线线路的所述第一中频的所述第一信息载运信号的装置，以及

(b)用于解调所述第一信息载运信号的装置。

14.如权利要求13所述的设备，还包括：

(3)第二天线头，包括：

(a)第二天线，用于接收第二射频的第二信息载运信号，

(b)第二下变频器，用于下变频所述第二信息载运信号到第二中频，以及

(c)第二发送机，用于经过所述第一有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

其中所述(2)基带单元，还包括：

(c)用于接收来自所述第一有线线路的所述第二中频的所述第二信息载运信号的装置，以及

(d)用于解调所述第二信息载运信号的装置。

15.一种设备，包括：

在第一无线电头中的第一天线，用于接收第一射频的第一信息载运信号；

第一下变频器，用于下变频所述第一信息载运信号到第一中频；

在所述第一无线电头中的第一发送机，用于经过第一有线线路发送所述第一中频的所述第一信息载运信号；

在第二无线电头中的第二天线，用于接收第二射频的第二信息载运信号；

第二下变频器，用于下变频所述第二信息载运信号到第二中频；

在所述第二无线电头中的第二发送机，用于经过所述第一有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

用于接收来自所述第一有线线路的所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号的装置；以及

用于分集组合所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号的装置。

16.如权利要求15所述的设备，还包括用于将所述第一信息载运信号与所述第二信息载运信号隔离的装置。

17.一种方法，包括：

用第一无线电头中的第一天线接收第一射频的第一信息载运信号；

下变频所述第一信息载运信号到第一中频；

经过第一有线线路发送所述第一中频的所述第一信息载运信号，其中所述第一有线线路是双扭绞线；

用在第二无线电头中的第二天线接收第二射频的第二信息载运信号；

下变频所述第二信息载运信号到第二中频；

经过所述第一有线线路发送所述第二中频的所述第二信息载运信号；

接收来自所述第一有线线路的所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号；以及

分集组合所述第一信息载运信号和所述第二信息载运信号。

18.如权利要求17所述的方法，还包括将所述第一信息载运信号与所述第二信息载运信号隔离。

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