CN101018086B - 时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统 - Google Patents

时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统，包括步骤：1)基站侧生成控制其内部收发信机的射频信号收发控制指令时，将提前通过控制数据线向中继放大器发送该射频信号收发控制指令；2)中继放大器接收到所述射频信号收发控制指令后，以该射频信号收发控制指令为中继放大器的时分信号放大依据，对所接收到的信号进行时分双向放大。本发明同时公开了一种实现前述时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法的系统。本发明通过对中继放大器的时分控制而达到与基站侧的控制同步，从而实现TD-SCDMA通信系统传输数据的高信噪比。本发明仅通过在基站和中继放大器之间设置一组差分收发控制线即可实现，成本较低。

Description

时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统
技术领域
本发明涉及一种移动通信系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统，尤其涉及一种时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统。
背景技术
近年来，移动通信系统飞速发展，不但传统的频分双工(FDD，Frequency Division Duplex)无线通信，而且时分双工(TDD，TimeDivision Duplex)无线通信系统，也开始得到更加广泛的应用。通信也正向着宽带化、智能化、大众化和个人化的方向发展；电信网也面临着从语音网向数据网、从电路交换向分组交换方向的转变。与此同时，对传输网的带宽、质量、安全以及成本等问题也提出了更高的要求。TD-SCDMA(Time Division-Synchronization Code Division MultipleAccess)作为数据移动通信的标准之一，将逐步得到广泛的应用。但无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区。例如对于城区移动用户，随着高层建筑越来越多、建筑物规模越来越大、建筑物中金属结构的大量使用，移动电话信号屏蔽区越来越多。在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有移动网络优化工作的主题。
目前，可以在基站和较远的覆盖区域之间增加一个中继放大器来实现盲区的优质通信服务。一般的FDD系统，其中继放大器无须控制其上下行放大器的工作状态，上行和下行放大器同时工作，利用双工器做上下行信号的分离。如图1所示，FDD中继放大器包括下行链路功率放大器、上行功率放大器和2个双工器，其分别按图示方式进行电连接。在上行链路方向，基站远端双工器接收无线终端的信号后对该信号进行滤波，提前有效的信号后通过功率放大器进行放大，再经过基站端双工器向基站发送；在下行链路方向，基站端双工器接收到基站发来的射频信号后直接经下行链路功率放大器进行信号放大后由基站远端双工器发送到无线终端。双工器的本质是两个收发频段的带通滤波器，上下行链路功率放大器同时工作。
TD-SCDMA是时分双工系统，上下行信号是同一频率，中继放大器的上下行放大器不能同时工作，同时打开后将相当于两个收发频段的带通滤波器，很显然不适用于时分系统。时分双工系统必须保证上下行放大分别进行，可通过收发开关的方式来实现。收发开关实际上是射频开关，在对下行信号放大时，上行放大器不能工作；在对上行信号放大时，下行放大器不能工作，并且收发开关也需要同步切换，由于目前TDD系统没有做大规模的室内覆盖应用。对应的中继放大器的设计非常少。
目前PHS(Personal Access Phone System，个人手持电话系统)系统常用的是通过输入功率检波来控制内部射频开关的，但由于功率检波需要一定的信号功率才能检测输出控制信号，会造成部分时间响应延迟，会丢失最起始的信息。导致误码率加大。这种情况在语音通话时影响较小，但对于数据通信影响却比较大。所以并不适合TD-SCDMA系统。
本申请人之前申请的题为“具有收发控制功能的中继放大装置及收发控制方法”申请号为200510090189.9的申请文件中提出了一种具收发控制的中继放大器，但其只能实现预设固定时隙的收发切换控制，对于TD-SCDMA的可变的非对称数据业务，无法满足实时控制的要求。
发明内容
针对上述现有TD-SCDMA系统中中继放大器的同步收发控制中所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种可实现中继放大器与基站侧对射频信号同步控制的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法与系统。
本发明是这样实现的：一种时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，包括以下步骤：
1)基站侧生成控制其内部收发信机的射频信号收发控制指令时，将提前通过控制数据线向中继放大器发送该射频信号收发控制指令；
2)中继放大器接收到所述射频信号收发控制指令后，以该射频信号收发控制指令为中继放大器的时分信号放大依据，对所接收到的信号进行时分双向放大。
优选地，所述步骤2)中对所接收到的信号进行时分双向放大具体为：根据接收到的射频信号收发控制指令，中继放大器对接收到的射频信号在上行信号放大、下行信号放大操作之间轮循。
优选地，中继放大器侧对射频信号的时分双向放大与基站侧信号机射频信号的收发相匹配，即信号的收发与时分双向放大相同步。
优选地，所述控制数据线为差分收发控制线。
优选地，所述差分收发控制线为一组。
优选地，所述步骤1)中射频信号收发控制指令发送的提前量是根据试验测试并提前设定的。
优选地，所述差分收发控制线为二组，该二组差分收发控制线长度相等，其中一组用于射频信号收发控制指令的传输，另一组用于与前述一组构成环回测试线路，用于测试从基站侧到中继放大器之间发送射频信号收发控制指令的延迟时间。
优选地，所述步骤1)中射频信号收发控制指令发送的提前量是根据测试出的延迟时间和提前试验测试出的相关元件导致的延迟而计算出的。
优选地，所述步骤1)中射频信号收发控制指令发送的提前量的计算包括以下步骤：
a、基站侧通过发送射频信号收发控制指令的差分收发控制线发出训练序列，同时启动基站侧定时器且接收中继放大器返回的信号；
b、对接收到的返回信号和发出的训练序列进行相关处理，找到相关峰，关闭定时器，由此获得发射出信号到接收到信号的时间差Tsr；由于两组差分收发控制线长度相等，因此计算出延迟时间Tdelay＝Tsr/2；
c、试验测试出系统相关元件导致的延迟时间Td，则最终的提前时间T1＝Tdelay-Td，T1即为射频信号收发控制指令发送的提前时间设定值。
优选地，所述射频信号收发控制指令发送提前时间计算后，射频信号收发控制指令仍由原设的一组差分收发控制线发送。
一种时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，包括有基站和与基站通过电缆连接的中继放大器，所述基站包括有信号收发机和信号处理模块，所述中继放大器包括有用于下行射频信号放大的功率放大器、信号收发开关、用于上行信号过滤及放大的低噪声放大器，所述功率放大器和低噪声放大器上均设置有逻辑开关，其中，所述基站还包括有用于向所述中继放大器发送射频信号收发控制指令的控制指令发送模块，其输入端连接于信号处理模块，输出端连接于中继放大器的射频信号收发控制指令处理模块，当接收到基站的射频信号收发控制指令后，根据系统计算出的时间将该指令及时发送至中继放大器的射频信号收发控制指令处理模块；所述中继放大器包括有射频信号收发控制指令处理模块，该模块的输出端同时连接于所述功率放大器和低噪声放大器上的逻辑开关，用于向该二逻辑开关发送切换指令，以控制二逻辑开关轮循开启；所述控制指令发送模块和射频信号收发控制指令处理模块之间通过控制数据线连接，基站的信号控制指令生成时，提前发送到中继放大器，以实现中继放大器对所接收到的射频信号同步地进行时分双向放大。
优选地，所述控制数据线为差分收发控制线，差分收发控制线的基站端连接有用于控制信号转换的单端转差分电路，差分收发控制线的中继放大器端连接有将控制信号还原的差分转单端电路。
优选地，所述差分收发控制线为一组。
优选地，基站的射频信号收发控制指令发送的提前量是根据试验测试并提前设定的。
优选地，所述差分收发控制线为二组，该二组差分收发控制线长度相等，其中一组用于射频信号收发控制指令的传输，另一组用于与前述一组构成环回测试线路，用于测试从基站侧到中继放大器之间发送射频信号收发控制指令的延迟时间。
优选地，射频信号收发控制指令发送的提前量是根据测试出的延迟时间和提前试验测试出的相关元件导致的延迟而计算出的。
优选地，所述射频信号收发控制指令发送的提前量的计算是由以下元件完成的：
基站侧通过发送射频信号收发控制指令的差分收发控制线发出训练序列，同时启动基站侧定时器且通过另一组差分收发控制线接收中继放大器返回的信号；对接收到的返回信号和发出的训练序列进行相关处理，找到相关峰，关闭定时器，由此获得发射出信号到接收到信号的时间差Tsr；由于两组差分收发控制线长度相等，因此计算出延迟时间Tdelay＝Tsr/2；试验测试出系统相关元件导致的延迟时间Td，则最终的提前时间T1＝Tdelay-Td，T1即为射频信号收发控制指令发送的提前时间设定值。
优选地，所述射频信号收发控制指令发送提前时间计算后，射频信号收发控制指令仍由原设的一组差分收发控制线发送。
优选地，连接到基站的中继放大器为一个或一个以上。
本发明中，基站在向中继放大器发送数据射频信号时，还将向其发送一个用于射频信号收发控制指令的信号，通过该控制指令，中继放大器接收到该射频信号收发控制指令后，通过相应分析后控制中继放大器的上行低噪声放大器和下行功率放大器开关的开合，通过对该二放大器的时分控制达到与基站侧的控制同步，从而实现TD-SCDMA通信系统传输数据的高信噪比。本发明仅通过在基站和中继放大器之间设置一组差分收发控制线、差分转单端电路和单端转差分电路即可实现，成本较低。
附图说明
图1是现有适于FDD系统的中继放大器结构示意图；
图2是适于时分系统的中继放大器结构示意图；
图3是本发明基站和多个中继放大器的连接示意图；
图4是本发明基站和单个中继放大器的连接示意图；
图5是TD-SCDMA帧结构示意图；
图6是TD-SCDMA子帧结构示意图；
图7是本发明控制时序图示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图2所示，适于时分系统的中继放大器包括有：下行链路功率放大器、上行链路低噪声放大器、2个用于射频信号收发控制的收发开关、下行功率放大器的逻辑控制开关(PA_EN)、上行链路低噪声放大器的逻辑控制开关(LNA_EN)，其分别按图示方式进行电连接。由于上下行链路使用同一频率发送或接收信号，中继放大器的上下行链路的功率放大器不能同时工作，只能实现上行或下行链路同步工作，即在上行信号传输时，上行链路低噪声放大器逻辑控制开关控制上行链路低噪声放大器开启，对上行信号进行滤波，提取有效的数据射频信号，并对该有效信号进行放大。下行信号传输时，下行链路功率放大器逻辑控制开关控制下行链路功率放大器开启，并对下行信号进行放大。实际使用时，需要实现收发开关与下行链路功率放大器逻辑控制开关、上行链路低噪声放大器逻辑控制开关保持同步切换。以下详细说明本发明是如何实现对中继放大器的控制的。
如图3、4所示，基站与中继放大器之间首先通过射频电缆连接，以它们之间的数据传输。基站的结构在附图中简要表示，不再赘述其详细结构。另外，为达到对中继放大器的收发信号的放大控制，本发明在基站侧设置了收发控制信号处理模块，用于向中继放大器发送射频信号收发控制指令，在中继放大器端分别设置了单端转差分电路和差分转单端电路，两电路通过差分收发控制线连接。基站侧在发送其内部的收发控制指令时，通过收发控制信号处理模块的处理，再通过单端转差分电路将处理信号转换为差分信号(两路线路电平，当V(+)-V(-)为正时，输出“1”，反之输出“0”)，提前通过差分收发控制线发送到中继放大器端，中继放大器通过差分转单端电路将其转换为逻辑控制指令，并通过中继放大器侧的收发控制信号处理模块转发到下行链路功率放大器逻辑控制开关和上行链路低噪声放大器逻辑控制开关，以完成对其的逻辑控制，实现该二逻辑开关轮循开启，从而实现与基站侧同步的射频信号放大。如图4所示，本发明基站与中继放大器之间的差分收发控制线可以为一组，也可以为2组(2组结构完全相同，图中虚框中的一组为可选组)。当差分收发控制线为2组时，2组差分收发控制线的长度要完全相等。本发明采用一组差分收发控制线(没有虚线阴影框内的部分)时，基站侧的射频信号收发控制指令发送提前量可直接根据工程和实验的测试量设置，该射频信号收发控制指令相对于基站内部的收发控制信号的时间提前量T1一旦设定，即为固定值，直至下次重新设定。
在2组差分收发控制线都使用时，虚框中的一组用于基站和中继放大器的交互信息管理。在初始化过程中，用于测量从基站到中继放大器的收发控制信号的传输时延。具体过程如下：
1、将中继放大器信号处理电路设置为环回模式：中继放大器内部的差分转单端电路的输出和单端转差分电路的输入相接。
2、基站内部的从发射单端收发控制信号的信号口发出一个训练序列。同时启动内部定时器和接收差分转单端电路的输出信号。
3、对接收到的接收差分转单端电路的输出信号和发出的训练序列进行相关处理，找到相关峰，关闭定时器，由此获得发射出信号到接收到信号的时间差Tsr。该方案可参照“TD-SCDMA系统随机接入性能分析(周海军、颜晓莉、熊思民、谢显中著，重庆邮电学院学报，第14卷第4期，2002年12月，第19～23页。)”而实现时延计算。
4、由此计算出传输时延Tdelay＝Tsr/2。(假设从基站到中继放大器的2条差分传输线路等长，工程完全可以保证长度误差很小，器件处理时延对称)。
5、将中继放大器信号处理电路设置为常规模式。即中继放大器内部的差分转单端电路的输出和单端转差分电路的输入分别和正常的处理电路相相接。
6、设置基站内部的单端收发控制信号的相对于基站内部收发控制信号的时间提前量T1＝Tdelay-Td，其中Td为其他补偿时间量，根据系统实验测试而设定。
系统的补偿时间需考虑基站内部单端转差分电路的时延、差分控制信号在传输线缆中的传输时延以及中继放大器内部单端变差分电路的时延等，当然，还有其他元件使用所带来的延迟或提前。但最后的输出时间要以基站内部收发控制信号为参考，来确定提前输出的时间T1。基站内部收发控制信号和基站输出射频信号的时序关系由系统确定，在射频信号输出后延迟T0(T0由系统内部元件导致的延时而确定，可通过相关测试来实现T0测量)时间转为收状态。
对中继放大器的放大器进行相应控制是由TD-SCDMA系统的时隙结构来决定的。如图5、6所示，为了更清楚地说明本发明的工作原理，对TD-SCDMA的时隙进行分析。TD-SCDMA系统一个无线帧的帧长为10ms，由2个5ms子帧组成，每个子帧有6400码片(chip)。TD-SCDMA的子帧(Subframe)共有7个数据时隙TS0、TS1、TS2、TS3、TS4、TS5和TS6；3个特殊时隙DwPTS、GP和UpPTS，其中DwPTS有96码片，GP有96码片，UpPTS有160码片；所有时隙排列顺序为：TS0，DwPTS，GP，UpPTS，TS1，TS2，TS3，TS4，TS5，TS6。在通常的配置下，TS0，TS3，TS4，TS5，TS6和DwPTS为下行时隙；TS1，TS2，TS3和UpPTS为上行时隙，GP为保护时隙。
假设，收发控制信号为高电平表示处于TX发状态，收发控制信号为低电平表示处于RX收状态。如图7所示，对于非对称业务，时隙切换点可以在TS1到TS6的任意2个时隙之间进行。中继放大器内部控制逻辑开关以接收到的收发控制信号为基准产生。具体产生方法和要求在此不作赘述。
图7上半部分表示的是基站内部的射频信号和2种收发控制信号的时序关系。图中的时间表示量与说明书中表示相一致。
TX和RX的时长由网络侧设定。并且满足TX与RX之和等于一个子帧时长(5ms)。TX、RX的时长和系统配置的上下行时隙相关。基站内部收发制控信号TX和基站射频输出信号的时间偏移T0由系统内部确定。
基站内部中继放大器单端收发控制信号，以基站内部收发控制信号为基准，提前T1时间输出。T1可以是根据实验预定的参数，也可以是自动环回测量获得的。相应的射频信号和收发控制信号，经过一定长度电缆的传输后，到达中继放大器时会有一定电缆传输时延，图示为时长为Td。
由于中继放大器内部单端收发控制信号，经过电路信号转换，和电缆传输时延，所以其相对于基站内部的中继放大器单端收发控制信号的时延为T2。通过调整T1的时长来实现中继放大器射频信号和收发控制信号的同步关系，使中继放大器的射频输出信号的时间模板符合标准要求。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)基站侧生成控制其内部收发信机的射频信号收发控制指令时，将提前通过控制数据线向中继放大器发送该射频信号收发控制指令；
2)中继放大器接收到所述射频信号收发控制指令后，以该射频信号收发控制指令为中继放大器的时分信号放大依据，对所接收到的信号进行时分双向放大，
所述步骤1)中射频信号收发控制指令发送的提前量是根据测试出的延迟时间和提前试验测试出的相关元件导致的延迟而计算出的，其中，提前量的计算包括以下步骤：
a、基站侧通过发送射频信号收发控制指令的差分收发控制线发出训练序列，同时启动基站侧定时器且接收中继放大器返回的信号；
b、对接收到的返回信号和发出的训练序列进行相关处理，找到相关峰，关闭定时器，由此获得发射出信号到接收到信号的时间差Tsr；由于两组差分收发控制线长度相等，因此计算出延迟时间Tdelay＝Tsr/2；
c、试验测试出系统相关元件导致的延迟时间Td，则最终的提前时间T1＝Tdelay-Td，T1即为射频信号收发控制指令发送的提前时间设定值。
2.根据权利要求1所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，所述步骤2)中对所接收到的信号进行时分双向放大具体为：根据接收到的射频信号收发控制指令，中继放大器对接收到的射频信号在上行信号放大、下行信号放大操作之间轮循。
3.根据权利要求1所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，中继放大器侧对射频信号的时分双向放大与基站侧信号机射频信号的收发相匹配，即信号的收发与时分双向放大相同步。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，所述控制数据线为差分收发控制线。
5.根据权利要求4所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，所述差分收发控制线为一组。
6.根据权利要求4所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，所述差分收发控制线为二组，该二组差分收发控制线长度相等，其中一组用于射频信号收发控制指令的传输，另一组用于与前述一组构成环回测试线路，用于测试从基站侧到中继放大器之间发送射频信号收发控制指令的延迟时间。
7.根据权利要求6所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制方法，其特征在于，所述射频信号收发控制指令发送提前时间计算后，射频信号收发控制指令仍由原设的一组差分收发控制线发送。
8.一种时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，包括有基站和与基站通过电缆连接的中继放大器，所述基站包括有信号收发机和信号处理模块，所述中继放大器包括有用于下行射频信号放大的功率放大器、信号收发开关、用于上行信号过滤及放大的低噪声放大器，所述功率放大器和低噪声放大器上均设置有逻辑开关，其特征在于，所述基站还包括有用于向所述中继放大器发送射频信号收发控制指令的控制指令发送模块，其输入端连接于信号处理模块，输出端连接于中继放大器的射频信号收发控制指令处理模块，当接收到基站的射频信号收发控制指令后，根据系统计算出的时间将该指令及时发送至中继放大器的射频信号收发控制指令处理模块；所述中继放大器包括有射频信号收发控制指令处理模块，该模块的输出端同时连接于所述功率放大器和低噪声放大器上的逻辑开关，用于向该二逻辑开关发送切换指令，以控制二逻辑开关轮循开启；所述控制指令发送模块和射频信号收发控制指令处理模块之间通过控制数据线连接，基站的信号控制指令生成时，提前发送到中继放大器，以实现中继放大器对所接收到的射频信号同步地进行时分双向放大，
基站的射频信号收发控制指令发送的提前量是根据测试出的延迟时间和提前试验测试出的相关元件导致的延迟而计算出的，其中提前量的计算由以下元件完成的：
基站侧通过发送射频信号收发控制指令的差分收发控制线发出训练序列，同时启动基站侧定时器且通过另一组差分收发控制线接收中继放大器返回的信号；对接收到的返回信号和发出的训练序列进行相关处理，找到相关峰，关闭定时器，由此获得发射出信号到接收到信号的时间差Tsr；由于两组差分收发控制线长度相等，因此计算出延迟时间Tdelay＝Tsr/2；试验测试出系统相关元件导致的延迟时间Td，则最终的提前时间T1＝Tdelay-Td，T1即为射频信号收发控制指令发送的提前时间设定值。
9.根据权利要求8所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，所述控制数据线为差分收发控制线，差分收发控制线的基站端连接有用于控制信号转换的单端转差分电路，差分收发控制线的中继放大器端连接有将控制信号还原的差分转单端电路。
10.根据权利要求9所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，所述差分收发控制线为一组。
11.根据权利要求9所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，所述差分收发控制线为二组，该二组差分收发控制线长度相等，其中一组用于射频信号收发控制指令的传输，另一组用于与前述一组构成环回测试线路，用于测试从基站侧到中继放大器之间发送射频信号收发控制指令的延迟时间。
12.根据权利要求11所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，射频信号收发控制指令发送的提前量是根据测试出的延迟时间和提前试验测试出的相关元件导致的延迟而计算出的。
13.根据权利要求12所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，所述射频信号收发控制指令发送的提前量的计算是由以下元件完成的：
基站侧通过发送射频信号收发控制指令的差分收发控制线发出训练序列，同时启动基站侧定时器且通过另一组差分收发控制线接收中继放大器返回的信号；对接收到的返回信号和发出的训练序列进行相关处理，找到相关峰，关闭定时器，由此获得发射出信号到接收到信号的时间差Tsr；由于两组差分收发控制线长度相等，因此计算出延迟时间Tdelay＝Tsr/2；试验测试出系统相关元件导致的延迟时间Td，则最终的提前时间T1＝Tdelay-Td，T1即为射频信号收发控制指令发送的提前时间设定值。
14.根据权利要求12所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，所述射频信号收发控制指令发送提前时间计算后，射频信号收发控制指令仍由原设的一组差分收发控制线发送。
15.根据权利要求8所述的时分同步码分多址系统中中继放大器的同步收发控制系统，其特征在于，连接到基站的中继放大器为一个或一个以上。
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