CN100531005C - Td-scdma系统的中继放大方法及装置 - Google Patents

Abstract

TD-SCDMA系统的中继放大方法及装置，设置一对相互关联并分别指向基站方和指向覆盖方的TD-SCDMA射频收发信机、一个频率和时钟结构单元及一个TD-SCDMA终端基带电路单元。该终端基带电路单元通过指向基站方的射频收发信机完成初始化并实现在信道中与基站系统建立通信联系后，获得网络同步定时及发射功率参数和计算系统所需要的上下行增益的值，按照系统命令启闭和设置各工作单元的工作状态并进行监控，控制频率和时钟结构单元分别向两射频收发信机提供所需要的本振频率及定时使能控制，并将各工作单元的工作状态信息向基站反馈。该方法适应TD-SCDMA系统的特点，便于移动通信网工程设计。

Description

TD-SCDMA系统的中继放大方法及装置

技术领域

本发明涉及第三代移动通信中TD-SCDMA系统的中继放大装置及方法。

背景技术

在如GSM和IS-95CDMA等第二代移动通信系统中，为克服无线基站与用户终端之间电波传播的遮挡、优化小区覆盖、扩大小区覆盖范围、解决室内覆盖等，已广泛使用了所谓“直放站(Repeater)”，即在无线基站与用户终端之间设置一个中继放大的设备，并取得了良好的效果。其实现方式如图1所示，由一对放大器构成，即：一个放大器由指向无线基站的天线101、双工器111、射频接收机121和射频发射机122构成，另一个放大器由指向覆盖区的天线102、双工器112、射频接收机123和射频发射机124构成。射频接收机121的输出和射频发射机124的输入端直接连接；射频接收机123的输出和射频发射机122的输入端直接连接。连接处可以是中频，也可以是射频。指向无线基站和指向覆盖区的此两只射频收发信机可以工作在相同载波频率，也可以工作在不同载波频率。还可以再具有简单的终端基带电路等较复杂设计，用短信信道实现监控。

上述技术直放站的设计方法并不能适用于第三代移动通信的TD-SCDMA系统中。原因在于：其一，上述的直放站都是为频分双工(FDD)系统设计的，而TD-SCDMA是多时隙的时分双工(TDD)系统，将面临严格的系统定时问题。具体说，在FDD系统中，直放站的射频收信机和发信机将使用不同载波连续地工作；而在TD-SCDMA系统中，接收和发射使用的是相同载波频率，但按系统定时分别工作，而此定时在系统工作中是可能根据系统要求而变化的。其二，包括TD-SCDMA在内的3G系统都有通信质量保证的要求，对CDMA系统，还必须实现功率控制，即其发射功率和系统增益必须接受系统的控制。若如上述的直放站只提供一个放大器而不参加整个收发信道受系统控制的动作，是不能满足要求的。其三，TD-SCDMA多载波工作的特点也导致了不能用上述直放站异频工作的方式来增加覆盖。如果仅仅改变载波频率，则在此直放站覆盖区域内的终端将不可能接入系统。

发明内容

鉴于此，为克服在无线基站与用户终端之间可能存在的遮挡，本发明将提出一种针对TD-SCDMA系统的中继放大方法及相应的中继放大装置，扩大无线基站的覆盖范围并改善和提高通信的质量，使TD-SCDMA系统技术更加完善。

本发明的TD-SCDMA系统的中继放大方法，是在无线基站与用户终端之间设置一对相互关联并分别工作于指向基站方和指向覆盖方的第一和第二TD-SCDMA射频收发信机、一个频率和时钟结构单元、以及一个用于对这些工作单元进行监控的一个TD-SCDMA终端基带电路单元。其中，由TD-SCDMA终端基带电路单元通过指向基站方的第一射频收发信机搜索来自基站信号完成初始化并实现在系统分配的信道中与基站系统建立通信联系后，获得基站的网络同步定时及发射功率参数和计算系统所需要的上下行增益的值，按照系统命令启闭和设置各工作单元的工作状态并进行监控，同时控制频率和时钟结构单元分别向两射频收发信机提供所需要的本振频率及定时使能控制，并将各工作单元的工作状态信息向基站反馈。

本发明上述方式的TD-SCDMA系统的中继放大方法，可以在由基站提供的TD-SCDMA系统的监控条件下实现在基站与用户终端间的中继放大。其中，由TD-SCDMA终端基带电路单元按照系统的要求进行接入系统，并在系统分配的信道中和系统建立通信关系的初始化是首先和必需的，即：使所说的TD-SCDMA终端基带电路单元、频率和时钟结构单元及指向基站方的第一射频收发信机中的接收工作单元处于工作状态，由终端基带电路单元通过第一射频收发信机中的接收工作单元进入搜索来自基站信号，找到下行导引时隙(DwPTS)获得下行同步。然后，通过上行导引时隙(UpPTS)随机接入，获得上行同步，在系统分配的信道中和系统建立通信，并获得基站的网络同步定时及发射功率参数和计算系统所需要的上下行增益的值，进入正常工作状态，同时也使系统获得了其工作特性参数和状态。此后，终端基带电路单元即可根据系统设置发送的工作命令启动或关闭受其监控的各工作单元，并在按照系统命令设置使其处于工作状态的同时，也对其工作状态进行监测，并通过系统分配的信道中和系统建立通信联系，从而使中继放大的过程完全参与和置于整个收发信道中受系统的控制动作，因此完全适应了TD-SCDMA的多时隙时分双工(TDD)系统工作特点，并能根据系统要求的变化严格按照系统的同步定时要求工作，其发射功率和系统增益也受到了系统的严格控制。

在上述中继放大方法中，所说的使TD-SCDMA终端基带电路单元完成初始化的过程，一般可以采用用户终端的初始化过程，如可包括搜索基站、获得下行同步，通过阅读广播信道获得系统信息和频率跟踪，再进行随机接入，获得上行同步，并在系统分配的信道中和系统建立通信等用户终端的初始化过程。这样，此中继放大装置的工作载波频率、带宽、上下行定时、上下行增益及发射功率都完全在系统控制下准确确定，其工作状态和性能的监测数据也可以随时向系统汇报。

在本发明的上述TD-SCDMA系统中继放大方法中，所说的指向基站方的第一射频收发信机与基站间可以用带宽相同的载波，或是不同带宽的相同载波进行工作，而指向覆盖方的第二射频收发信机可以用与第一射频收发信机相同的载波向其覆盖区域提供网络设计覆盖，如此即可以扩大原有的小区；也可用与第一射频收发信机不相同的另一载波向其覆盖区域提供网络设计覆盖，如此即可以创建出一个新的小区。

实现上述本发明TD-SCDMA系统的中继放大方法的相应TD-SCDMA系统中继放大装置，其基本结构中应包括有两个分别工作于指向基站方向侧和指向由其进行覆盖方向侧的TD-SCDMA射频收发信机、TD-SCDMA终端基带电路单元、频率和时钟结构单元四个结构部分。其中，第一射频收发信机与指向基站方向的第一天线单元连接而工作于基站方向侧，第二射频收发信机与指向其覆盖方的第二天线单元相连而工作于由其进行信号覆盖的方向侧，两射频收发信机单元间以中频连接。第一射频收发信机的中频输出在送至第二射频收发信机的同时，还与终端基带电路单元连接；其中频输入端也分别与第二射频收发信机和终端基带电路单元连接。终端基带电路单元在与第一射频收发信机的同时，还与第二射频收发信机以及频率和时钟结构单元相连接，使终端基带电路单元能获得来自基站的定时和监控信息，并能分别对与其连接的两射频收发信机及频率和时钟结构单元等各工作单元进行监控，使整个中继放大装置能与基站同步工作。同时，频率和时钟结构单元的输出还分别与两射频收发信机连接，向其提供所需要的本振频率及定时使能控制。

在上述的装置中，所说的第一天线单元中至少包括有指向基站方向的天线及与之连接的第一射频滤波器；同样，第二天线单元中也应包括有提供覆盖的天线及与之连接的射频滤波器。

上述中继放大装置中所说的两射频收发信机，一般均可以采用典型的超外差式射频收发信机。这些所说的超外差式射频收发信机中，一般均包括接收单元和发射单元两部分结构。其中，在接收单元中可有顺序连接的低噪声放大器、射频滤波器、下变频器、中频滤波器和中频放大器；在发射单元中，可有顺序连接的功率放大器、射频滤波器、上变频器、中频滤波器和中频放大器。在两射频收发信机的连接中，第一射频收发信机中接收单元的输出和发射单元的输入，分别与第二射频收发信机中发射单元的输入和接收单元的输出对应连接。

由于上述装置中第一射频收发信机的中频输出和输入分别都至少需有两路连接，除直接分别连接外，还可分别经分/合路器实现多路连接。如，其中频输出可经分路器送至第二射频收发信机和终端基带电路单元，其中频输入也可经合路器与分别来自第二射频收发信机和终端基带电路单元的信号输出连接。

装置中所说的频率和时钟单元由本地振荡器和定时器组成。其中，本地振荡器分别经对应接口同时向第一和第二射频收发信机提供本振频率；定时器在终端基带电路的控制下，也经对应接口分别同时向两射频收发信机的相应功能单元或模块提供接收使能和发射使能。

装置中的TD-SCDMA终端基带电路单元的作用，是根据基站发来的网络信号和命令设置整个装置的工作状态，对其工作状态正确与否进行监控，并通过与基站的通信联系将其发送回基站。因此该终端基带电路单元中有一用于与第一射频收发信机保持双向连接的模拟中频电路，以及经输入/输出双向连接的包括基带数字信号处理及主控微处理器(MCU)的基带电路。该基带电路同时分别与第一和第二射频收发信机以及频率和时钟单元连接，以实现通过第一射频收发信机与自基站建立通信联系，并实现对整个中继放大装置中各结构单元工作状态的监控。

由此可以理解，上述形式的中继放大装置完全可以实现本发明上述的TD-SCDMA系统中继放大方法和目的。

以下通过由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。

附图说明

图1是应用于第二代移动通信系统的“直放站”中继放大方式示意图；

图2是实现本发明TD-SCDMA系统中继放大方法的一种中继放大装置的结构示意图；

图3是图2所示TD-SCDMA系统中继放大装置的工作流程示意图；

图4是本发明TD-SCDMA系统中继放大方法异频工作方式的示意图。

具体实施方式

图2所示的是实现本发明提出的在无线基站与用户终端间的TD-SCDMA系统中继放大方法的一种中继放大装置，即TD-SCDMA系统“直放站(Repeater)”的基本结构。此“直放站”200中有与两个天线单元连接的TD-SCDMA射频收发信机：与指向基站方的第一天线201及与其连接的射频滤波器203相连接的第一TD-SCDMA射频收发信机210和，与指向由其提供覆盖方的第二天线202及与其连接的射频滤波器204相连接的第二TD-SCDMA射频收发信机230。

工作于指向基站方的第一TD-SCDMA射频收发信机210可以为典型的超外差射频收发信机，其结构中可包括由低噪声放大器212、射频滤波器213、下变频器214、中频滤波器215和中频放大器216组成接收机单元，以及由功率放大器222、射频滤波器223、上变频器224、中频滤波器225和中频放大器226组成发射机单元。其中接收机单元的输出由分路器217分为两路，一路送至上述提供覆盖方的TD-SCDMA射频收发信机230的中频输入端；另一路送至TD-SCDMA终端基带电路270；其中发射机单元的中频来自两路，分别来自上述提供覆盖方的TD-SCDMA射频收发信机230的中频输出端及中继放大装置中设置的TD-SCDMA终端基带电路270，并在合路器227中合路送入发射机单元。该指向基站方的第一TD-SCDMA射频收发信机210的接收增益和发射功率电平都是可控制的，由该TD-SCDMA终端基带电路270控制。

工作于指向覆盖方的第二TD-SCDMA射频收发信机230也可以是典型的超外差射频收发信机：结构中可包括由低噪声放大器246、射频滤波器245、下变频器244、中频滤波器243和中频放大器242组成接收机单元，以及由功率放大器235、射频滤波器234、上变频器233、中频滤波器232和中频放大器231组成发射机单元。其中，该接收机单元的输出经合路器227送入上述指向基站方的第一TD-SCDMA射频收发信机210的中频输入端；发射机的输入来自上述指向基站方的第一TD-SCDMA射频收发信机210中频输出端分路器217的一路输出。该提供覆盖方的第二TD-SCDMA射频收发信机230的接收增益和发射功率电平也都是可控制的，同样由上述中继放大装置中设置的TD-SCDMA终端基带电路270控制。

上述的TD-SCDMA终端基带电路270由模拟中频电路272和基带电路274构成。其中的基带电路274包括基带数字信号处理和主控MCU。此终端基带电路将完成TD-SCDMA用户终端的通信功能及对整个直放站200的监控(254、258)。

在此“直放站”200中还设置有一频率与时钟单元260，它由本地振荡器262和定时器264组成。此本地振荡器262分别通过接口251和255向上述的第一和第二两射频收发信机提供本振频率。定时器264在上述的终端基带电路270中的带MCU基带电路274的控制下，分别向两只射频收发信机通过指向基站的接收机使能(252)、指向基站的发射机使能(253)、提供覆盖的接收机使能(256)及提供覆盖的发射机使能(257)。

图3是上述“直放站”在实现中继放大时的工作流程。对上述已安装好的“直放站”设备加电，使其进入初始化状态，即此时只有上述的TD-SCDMA终端基带电路270、频率与时钟单元260及指向基站的第一射频收发信机接收机210处于工作状态，其余的射频收发信机均关闭。该初始化状态可以采用由终端基带电路270通过接收机210开始搜索基站的信号，找到DwPTS、获得下行同步、阅读广播信道、完成频率跟踪、…等方式进行的用户终端的初始化过程。然后，通过UpPTS进行随机接入，获得上行同步，在系统分配的信道中和系统建立通信。通过上述的初始化过程，此“直放站”获得了严格的同步定时及发射功率等等参数，也计算出了系统所需要的上下行增益的值，可以进入正常工作状态；同时，系统也获得了此“直放站”的工作特性参数和状态，并发送工作命令。如果正确则启动“直放站”，否则将关闭“直放站”。在进入工作状态后，“直放站”一方面严格根据系统的命令工作，同时对本设备的工作状态进行监测，并通过系统分配的信道中和系统建立通信联系。在进行中继放大时，“直放站”中的该两只射频收发信机既可以用同射频频率工作，也可用不同的射频频率工作。

图4所示的是上述“直放站”以异频工作的一种方式。图中所示的该“直放站”200设置在高大建筑物403的顶部，“直放站”中的第一射频收发信机经第一天线201与基站系统401的射频收发信机402间可以用带宽相同或不同的另一载波组2无线定向传输，而“直放站”中的第二射频收发信机经第二天线202则用网络设计的同一覆盖载波1覆盖另外一个同样工作于载波组1的小区。此小区的创建和此直放站的开通过程与图3所示流程相同。由于CDMA系统都支持各小区同频工作，如此即可实现将载波组1以另外一个带宽相同或者不同的载波组2来实现基站和“直放站”之间的连接，并用该“直放站”来覆盖另外一个同样工作于载波组1的小区。在基站可具有多个小区容量的条件下，可以使用上述的“直放站”来通过空间接力方式，创建一个独立的小区。

通过上述的实施例可以对本发明的内容有更清楚的理解，但不应将这些实施例理解为是对本发明主题范围的限制。在不脱离和改变本发明上述技术思想情况下，根据本领域的普通技术知识和/或惯用手段，显然还可以做出多种形式的替换或变更，并均应包括在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.TD-SCDMA系统的中继放大方法，其特征是在无线基站与用户终端之间设置一对相互关联并分别工作于指向基站方的TD-SCDMA第一射频收发信机和指向覆盖方的TD-SCDMA第二射频收发信机、一个频率和时钟结构单元、以及一个用于对这些工作单元进行监控的一个TD-SCDMA终端基带电路单元，由TD-SCDMA终端基带电路单元通过指向基站方的第一射频收发信机搜索来自基站信号完成初始化，采用包括寻找来自基站信号的DwPTS、获得下行同步、阅读广播信道、完成频率跟踪在内的用户终端的初始化过程，并实现在系统分配的信道中与基站系统建立通信联系后，获得基站的网络同步定时及发射功率参数和计算系统所需要的上下行增益的值，按照系统命令启闭和设置各工作单元的工作状态并进行监控，同时控制频率和时钟结构单元分别向两射频收发信机提供所需要的本振频率及定时使能控制，并将各工作单元的工作状态信息向基站反馈。

2.如权利要求1所述的TD-SCDMA系统的中继放大方法，其特征是所说的指向基站方的TD-SCDMA第一射频收发信机与基站间以带宽相同或不同的载波工作，指向覆盖方的TD-SCDMA第二射频收发信机则向其覆盖区域提供网络设计的覆盖，以扩大小区覆盖。

3.用于TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是有两个分别与各自天线单元连接的TD-SCDMA射频收发信机(210，230)、TD-SCDMA终端基带电路单元(270)、频率和时钟结构单元(260)四个结构部分，其中第一射频收发信机(210)与指向基站方向的第一天线单元连接，第二射频收发信机(230)与指向其覆盖方的第二天线单元相连，两射频收发信机单元间以中频连接，第一射频收发信机(210)的中频输出由分路器(217)分为两路，一路送至第二射频收发信机(230)的中频输入端，另一路送至TD-SCDMA终端基带电路单元(270)；第一射频收发信机(210)的中频输入来自两路，分别来自第二射频收发信机(230)的中频输出端及TD-SCDMA终端基带电路(270)，并在合路器(227)中合路送入第一射频收发信机(210)，终端基带电路单元(270)同时还与第二射频收发信机(230)以及频率和时钟结构单元(260)连接，使终端基带电路单元(270)获得来自基站的定时和监控信息并分别对其各工作单元结构进行监控，频率和时钟结构单元(260)的输出分别与两射频收发信机(210，230)连接，向其提供工作所需要的本振频率及定时使能控制。

4.如权利要求3所述的TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是所说的第一天线单元包括指向基站方向的天线(201)及与其连接的第一射频滤波器(203)，第二天线单元包括提供覆盖的天线(202)及与其连接的射频滤波器(204)。

5.如权利要求3所述的TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是所说的两射频收发信机(210，230)分别为超外差式射频收发信机。

6.如权利要求5所述的TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是所说的超外差式射频收发信机均包括接收单元和发射单元两部分，接收单元中有顺序连接的低噪声放大器(212，246)、射频滤波器(213，245)、下变频器(214，244)、中频滤波器(215，243)和中频放大器(216，242)；发射单元中有顺序连接的功率放大器(222，235)、射频滤波器(223，234)、上变频器(224，233)、中频滤波器(225，232)和中频放大器(226，231)，第一射频收发信机(210)中接收单元的输出和发射单元的输入分别与第二射频收发信机(230)中发射单元的输入和接收单元的输出对应连接。

7.如权利要求3所述的TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是所说的第一射频收发信机(210)的中频输出经分路器(217)与第二射频收发信机(230)和终端基带电路单元(270)连接，中频输入经合路器(227)与第二射频收发信机(230)和终端基带电路单元(270)连接。

8.如权利要求3所述的TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是所说的频率和时钟单元(260)由本地振荡器(262)和定时器(264)组成，其中本地振荡器(262)经对应接口(251，255)分别向第一和第二射频收发信机(210，230)提供本振频率，受终端基带电路(270)控制的定时器(264)经对应接口(252，253，255，256)分别同时向两射频收发信机提供接收使能和发射使能。

9.如权利要求3所述的TD-SCDMA系统的中继放大装置，其特征是所说的TD-SCDMA终端基带电路单元(270)中有经一对输入/输出双向连接的模拟中频电路(272)和包括基带数字信号处理及主控微处理器的基带电路(274)，模拟中频电路(272)的另有一对输入/输出分别与第一射频收发信机(210)的中频输出/输入连接，基带电路(274)分别与第一和第二射频收发信机(210，230)以及频率和时钟单元(260)连接，以实现与基站建立通信联系和对本中继放大装置各结构单元工作状态的监控。

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