CN100392991C - 用于在多个无线电通信终端间通信的无线电通信方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一个基准本地振荡器信号发送站(1)将一个基准本地振荡信号辐射到一个服务区。转移和馈送由每个无线电从属站终端(2)接收的该信号的部分到一个注入锁定的振荡器(6)。结果，得到与该基准本地振荡信号同步的一个本地振荡信号。在该从属站终端(2)中，这样得到的该本地振荡信号馈送到一个发送频率转换器(混频器)(7)和接收频率转换器(混频器)(8)。将一个IF频段发送的被调信号馈送到混频器(7)，以便频率转换到一个射频频段，并发射这样得到的射频被调信号。期间，馈送接收到的射频被调信号到该混频器(8)，以便下变频，同时这样得到的该信号馈送到IF频段解调器(10)，以恢复一个信息信号。本发明不仅解决由在一个毫米波频段振荡器中产生的相位噪声和频率偏移而引起的信号质量的下降，而且改进了频率使用的效率。

Description

用于在多个无线电通信终端间通信的无线电通信方法和系统
技术领域
本发明涉及在多个无线电通信终端间通信的无线电通信方法和系统。
背景技术
用于发送高速数字信号或宽带模拟信号的一个无线电通信设备通常包括一个发射器，其中得到一个中频频段的被调信号(IF)和一个本地振荡信号(LO)的积，用于上变频，和传送这样产生的射频被调信号(RF)；和一个接收器，其中得到一个RF和一个LO的积，用于下变频，由此产生一个IF。在此情况下，为保持一个发射的信号的质量，对该发射器的IF输入和在该接收器中产生的IF必须具有在其间的已知的固定的频率差，和相位差随时间的变化必须小。因此，用于产生在该发射器和该接收器中的LO的本地振荡器必须具有高的频率稳定性和低的相位噪声。特别地，在微波或毫米波频段，其中无线电波具有高的频率，稳定的，低噪声的本地振荡器是通过使用介质谐振器或PLL(锁相环)电路加以实现的。
然而，随使用频率的增加(例如在30GHz或更高的毫米波频段)，实现该稳定的，低噪声振荡器将成为困难的事情，而且它们的生产成本将增加。例如，对于在介质谐振器的情况，它的Q值(质量因子)降低并变钝，以呈现所要求的性能。对于PLL电路情况，配置一个分频器将成为更困难的事情。在其它的方法中，为得到LO而倍频一个低频振荡器的信号。但是，该方法通常要求一个放大器来增加该信号强度，而这将引起各种不同的问题，包括成本，尺寸增加，和电能的消耗。
为解决这些问题，(公开)号为2001-53640的日本专利申请已推荐了如图7(A)和7(B)中所示的一个无线电通信设备和一种无线电通信方法。在该例的一个发射器中，通过调制一个输入信号得到的一个中频频段的被调信号IF，借助混频器83同来自本地振荡器85的本地振荡器信号LO混频，以得到它们之间的积，由此产生一个射频被调信号RF，该RF通过一个滤波器86，以便消除不必要的分量，然后馈送到一个乘方混频器87，在那里，LO的一部分加到该RF。在该RF由放大器88放大以便增加其信号电平之后，RF做为一个无线电信号从一个天线发送。其间，在一个接收器中，由一个天线接收的一个无线电信号由放大器91放大，以便增加其信号电平，然后通过滤波器92。接着，该RF借助平方律检波器93解调到一个IF。在该方法中，与用来产生该RF信号相同的LO作为一个无线电信号发送。因此，该方法的优点在于在解调时间抵消了作为LO源的该本地振荡器85的相位噪声的影响，和在于通过解调得到的IF具有和输入该发射器的初始IF相同的频率。
上述技术仅可应用到单向无线电通信的设备和方法。在实际通信中，双向无线电通信是必要的。对于这样一种情况的一种配置已由本发明人推荐。其结合在(公开)号为2002-9655的日本专利申请中描述的”双向无线电通信系统和双向无线电通信方法”。
发明内容
但是，在为在N个终端中N对N通信配置的无线电通信系统中某些问题将发生出来。即，虽然上述双向无线电通信系统和方法对在两个终端之间的双向(bi-directional)是有效的，但当终端数增至N，在配置一个无线电通信系统解决由应用本地振荡信号引起的有问题的信号变坏和有效地使用频率方面时将遭遇到困难。
考虑到上述问题才实施了本发明。按本发明的无线电通信系统适用于在多个无线电通信终端之间的通信，并以这样的一种方式配置，即该多个无线电通信终端的每一个具有一个发送区段，其中得到一个中频频段的被调信号和一个本地振荡信号的积，以产生一个射频被调信号；和一个接收区段，其中得到该射频被调信号和该本地振荡信号的积，以便下变频到一个中频频段的被调信号。分开上述终端，提供一个发送站用于仅发送一个基准本地振荡信号。每个无线电通信终端接收该基准本地振荡信号。在放大和带通滤波之后，该接收的基准本地振荡信号被馈送到一个注入锁定的振荡器，以便再生与一个适当电平的基准本地振荡信号相同步的本地振荡信号。这样再生的信号被用作为一个本地振荡信号，用于在该发送区段和该接收区段中的频率转换。这种配置使所有在该网络中的所有终端产生和接收在频率和相位上同步的毫米波信号。此外，甚至在该基准本地振荡信号由廉价方式产生并具有大的相位噪声和频率偏移的情况下，由于终端之间的发送和接收，它们的影响将被抵消，由此高质量信号传送成为可能。
另一方面，在本发明中，该终端之一用作一个主站；使用在该主站中的一个本地振荡信号被发送到空中作为一个基准本地振荡信号；剩余的无线电通信终端的每一个接收该基准本地振荡信号。在放大和带通滤波之后，该接收的基准本地振荡信号被馈送到一个注入锁定振荡器，以便再生与一个适当电平的该基准本地振荡信号相同步的该本地振荡信号。这样再生的信号被用作为一个本地振荡信号，用于在该发送区段和该接收区段中的频率转换。这样一种配置使得在该网络中的所有终端产生和接收在频率和相位上同步的毫米波信号。另外，甚至在该基准本地振荡信号由廉价方式产生并具有大的相位噪声和频率偏移的情况下，由于终端之间的发送和接收，它们的影响将被抵消，由此高质量信号发送将成为可能。
此外，在本发明中，每个无线电通信终端被配置用作一个基站或一个主站。因此，不提供一个特定的基准信号发送站或基站，在任何场合能立即产生高质量通信的一个网络。
附图说明
图1表示按本发明的第一实施例的无线电通信系统与每个站的发送信号频谱一起的配置。
图2(A)和2(B)分别表示在图1中示例的无线电通信系统的基准本地振荡信号发送站和从属站的特定配置。
图3表示按本发明的第二实施例的无线电通信系统与每个站的发送信号频谱一起的配置。
图4(A)和4(B)分别表示在图3中示例的无线电通信系统的基站和从属站的特定配置。
图5表示按本发明的第三实施例的无线电通信系统与每个站的发送信号频谱一起的配置。
图6(A)和6(B)分别表示在图5中示例的无线电通信系统的从属站(主模式)和从属站(从属模式)的特定配置。
图7(A)和7(B)是表示普通技术的电路略图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1表示按本发明的与每个站的发送信号频谱一起的第一实施例的无线电通信系统的配置。图2(A)和2(B)分别表示该第一实施例的无线电通信系统的基准本地振荡信号发送站和从属站的特定配置。一个基准本地振荡信号发送站1通过发送天线101辐射在基准本地振荡器102产生的基准本地振荡信号到一个服务区。每个无线电从属站终端2(从属站1，从属站2，从属站3，等)通过天线3接收该基准本地振荡信号。通过放大器4放大该接收的基准本地振荡信号，该被放大的基准本地振荡信号的一部分通过带通滤波器5，以便消除不必要的波，并馈送到注入锁定振荡器6。结果，该注入锁定振荡器6产生一个本地振荡信号，该信号与由基准本地振荡信号发送站1发送的基准本地振荡信号相同步。在该从属站终端2中，这样得到的本地振荡信号被馈送到发送频率转换器(混频器)7和接收频率转换器(混频器)8。在该从属站终端2中的混频器7和8分别连接到产生一个中频(IF)频段的被调信号的发生器9和解调器10。欲被发送的该发生器9输出的该IF频段的被调信号被送到混频器7，用于频率转换到射频频段，由此得到一个射频被调信号。在通过带通滤波器11消除不必要的波之后，由放大器12放大该射频调制信号，然后从发送天线13发送。同时，通过接收天线3接收的射频被调信号由放大器4放大，然后通过分流点馈送到混频器8，以便下变频。这样得到的信号被馈送到IF频段解调器10以恢复一个信息信号。
在该第一实施例中，单独地从从属站终端提供仅发送一个基准本地振荡信号的站。在一个系统的每个发送站天线发送功率有限的情况下，大量的发送功率被分配到该基准本地振荡信号，如果与将在以下描述的第二或第三实施例的情况相比，由此将能扩展通信范围。
(第二实施例)
图3表示按本发明的与每个站的发送信号频谱一起的第二实施例的无线电通信系统的配置，图4(A)和4(B)分别表示在该第二实施例的无线电通信系统的基站和从属站的特定配置。在基站14中，从IF频段被调信号发生器15接收的IF频段被调信号馈送到混频器17，从本地振荡器16施加一个信号到该混频器17。这样，该IF频段被调信号被转换到在射频频段中的一个信号。这样得到的无线电信号通过带通滤波器18，以便消除不必要的波分量。用作该网络中基准本地振荡信号的部分本地振荡信号被加到该无线电信号。合成的无线电信号由放大器19放大接着从天线20发送。此外，从一个从属站终端向该基站14发送的该无线电信号由天线21接收，接着由放大器22放大。放大的无线电信号馈送到混频器23，来自本地振荡器16的信号施加到该混频器23。这样，该无线电信号被频率转换到IF频段，同时合成的IF频段被调信号馈送到IF频段解调器24，由此恢复一个信息信号。
同时，在一个从属站终端25中，一个从基站14发送的并由接收天线26接收的本地振荡信号由放大器27放大。该放大的基准本地振荡信号的一部分被分流并通过带通滤波器28，以消除不必要的波，然后馈送到注入锁定振荡器29。结果，该注入锁定振荡器29产生一个本地振荡信号，该本地振荡信号与从基站14发送的基准本地振荡信号相同步。这样得到的本地振荡信号馈送到发送混频器30和接收混频器31。该从属站终端25通过接收天线26接收的射频被调信号由放大器27放大，然后通过分流点馈送到该接收混频器31，由此该射频被调信号转换到一个IF频段被调信号。这样得到的IF频段被调信号馈送到IF频段解调器32，以便恢复一个信息信号，以下说明执行从该从属站终端25发送一个信号。首先，从一个IF频段被调信号发生器33得到的一个IF频段被调信号馈送到该发送混频器30，以便频率转换到射频频段，由此得到一个射频被调信号。在通过带通滤波器34消除不必要的波之后，该射频被调信号由放大器35放大，然后从发送天线36发送。
(第三实施例)
图5表示按本发明的与每个站的发送信号频谱一起的第三实施例的无线电通信系统的配置。图6(A)和6(B)分别表示该第三实施例的无线电通信系统的从属站(主模式)和从属站(从属模式)的特定配置。本无线电通信系统由多个从属站终端(从属站1，从属站2，从属站3，等)组成。然而，每个终端按这样一种方式设计，即它能选择性地假定两个状态之一：即一个主模式和一个从属模式，并且还在于，在一个单一的网络中，只有一个从属站能按主模式工作，那个从属站由相对物理层的较上层的协议所确定。在一个从属站37，已进入该主模式时，由一个开关控制的部分39切换开关38到主模式侧。结果，从IF频段被调信号发生器33接收的IF频段被调信号馈送到发送混频器30，来自注入锁定振荡器29的一个自由运行信号加到混频器30。这样，该IF频段被调信号转换到在射频频段的一个信号，这样得到的无线电信号通过带通滤波器34，以消除其不必要的波分量。用作在该网络中的一个基准本地振荡信号的上述自由运行本地振荡信号的一部分被加到该无线电信号。合成信号无线电信号由放大器35放大，然后从天线36发送。进而，由天线26接收主模式从属站从另一个从属模式从属站终端接收的无线电信号，接着由放大器27放大。放大的该无线电信号馈送到接收混频器31，来自注入锁定振荡器29的一个信号施加到该接收混频器31。这样，该无线电信号频率转换到IF频段，而合成的IF频段被调信号馈送到IF频段解调器32，由此恢复一个信息信号。
同时，在从属模式的从属站终端40中，由开关控制部分39转换开关38到从属模式侧。由放大器27放大从主模式终端37发送和由接收天线26接收的基准本地振荡信号。该放大的基准本地振荡信号的一部分被分流并通过带通滤波器28以消除不必要的波，然后馈送到注入锁定振荡器29。结果，该注入锁定振荡器29产生一个本地振荡信号，该信号与从主模式的从属站发送的基准本地振荡信号相同步。这样得到的本地振荡信号馈送到发送混频器30和接收混频器31。由放大器27放大从属模式的从属站终端通过接收天线26接收的射频被调信号，然后经分流点馈送到接收混频器31，由此，射频被调信号转换到IF频段被调信号。这样得到的IF频段被调信号馈送到IF频段解调器32，以恢复一信息信号。以下执行从从属站终端发送信号。首先，从IF频段被调信号发生器33得到的IF频段被调信号馈送到发送混频器30，由此得到一个射频被调信号。在通过带通滤波器34消除不必要的波之后，由放大器35放大该射频被调信号，然后从发送天线36发送。
在该第三实施例中，由于基站(主站)和从属站不要求具有不同的配置，所以能在任何位置形成一个网络。
工业可应用性
本发明能实现对在N个终端中的N对N通信的无线电通信系统，该系统解决了由应用的本地振荡信号引起的信号变坏的问题并有效地使用频率。
本发明能使所有在网络中的终端产生和接收在频率和相位上同步的毫米波信号。同时，甚至在基准本地振荡信号由廉价装置产生，并具有大的相位噪声和频率偏移的情况下由于终端之间的发送和接收它们的影响将被抵消，由此，高质量信号发送将成为可能。
此外，在本发明中，每个无线电通信终端配置用作一个基站或主站。因此，可以在任何位置立即产生能高质量通信的网络。

Claims (2)

1.一种用于在多个无线电通信终端之间通信的无线电通信方法，其中所述多个无线电通信终端的每一个都具有：发送部件，在所述发送部件中获得中频频段调制信号和本地振荡信号的积，以产生射频调制信号；和接收部件，在所述接收部件中获得该射频调制信号和本地振荡信号的积，以便下变频到中频频段调制信号，该方法的特征在于：
所述多个无线电通信终端的每一个都具有注入锁定振荡器，所述注入锁定振荡器的状态通过开关被转换到主模式或者从模式，并且所述锁定振荡器在主模式下输出自由运行信号并且在从模式下输出与输入信号同步的信号；
所述多个无线电通信终端中被选定用作基站或主站的一个无线电通信终端被通过控制所述开关而转换到主模式，使得该被选定的无线电通信终端使用来自该注入锁定振荡器的自由运行信号作为本地振荡信号，并且连同射频调制信号一起发送该自由运行信号作为基准本地振荡信号；以及
剩余无线电通信终端中的每一个都被用作从站并且被通过控制所述开关转换到从模式，使得剩余无线电通信终端中的每一个都接收和放大从基站或主站发送的基准本地振荡信号，并使放大的基准本地振荡信号通过带通滤波器，把该滤波的基准本地振荡信号馈送到该注入锁定振荡器，以便再生该基准本地振荡信号，并使用该基准本地振荡信号作为在该发送部件和该接收部件的频率转换部件中的本地振荡信号。
2.一种用于在多个无线电通信终端之间通信的无线电通信系统，其中所述多个无线电通信终端的每一个都具有发送部件，在所述发送部件中获得中频频段调制信号和本地振荡信号的积，以产生射频调制信号；和接收部件，在所述发送部件中获得该射频调制信号和本地振荡信号的积，以便下变频到中频频段调制信号，该系统的特征在于：
所述多个无线电通信终端的每一个都具有注入锁定振荡器，所述注入锁定振荡器的状态通过开关被转换到主模式或从模式，并且所述锁定振荡器在主模式下输出自由运行信号并且在从模式下输出与输入信号同步的信号；
所述多个无线电通信终端中被选定用作基站或主站的一个无线电通信终端被通过控制所述开关而转换到主模式，使得该被选定的无线电通信终端使用来自该注入锁定振荡器的自由运行信号作为本地振荡信号，并且连同射频调制信号一起发送该自由运行信号作为基准本地振荡信号；以及
剩余无线电通信终端中的每一个都被用作从站并且被通过控制所述开关转换到从模式，使得剩余无线电通信终端中的每一个都接收和放大从基站或主站发送的基准本地振荡信号，并使该放大的基准本地振荡信号通过带通滤波器，把该滤波的基准本地振荡信号馈送到该注入锁定振荡器，以便再生该基准本地振荡信号，并使用该基准本地振荡信号作为在该发送部件和该接收部件的频率转换部件中的本地振荡信号。
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