CN101208871B - 用于时分双工通信系统的多路复用方法及系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在时分双工通信系统中通过同轴电缆将发射/接收控制信号和功率信号从基站收发信台传送到塔顶设备的方法和系统。在生成发射/接收控制信号和用于通信的射频信号之后,发射/接收控制信号调制工作在单独的控制频率上的单独的定时控制。然后,调制后的定时控制信号与射频信号和DC功率一起被多路复用在至少一个同轴电缆上。在塔顶设备处,调制后的发射/接收控制信号被转换回DC电平以提供时分双工控制基准。

Description

用于时分双工通信系统的多路复用方法及系统
交叉参考
本申请要求2005年6月24日提交的美国临时专利申请No.60/693,952和2006年6月21日提交的题为“Multiplexing System for Time DivisionDuplex Communication Systems”的美国专利申请的优先权。 
背景技术
本发明一般地涉及无线通信系统设计,更具体地,涉及用于时分双工(TDD)无线系统的多路复用系统,该多路复用系统使用同轴电缆以简化TDD系统中的远程塔的装配。 
TDD系统被设计为在不同的时隙中在相同的频率上进行发射和接收,其机制是本领域技术人员所公知的。各种文献已经从理论和应用细节上描述了被用在当今电信行业中的TDD系统(例如,Roger Freeman,“RadioSystem Design for Telecommunications”,Wiley-Interscience,2nd Edition,April1997)。TDD系统在相同频率上在发射或接收之间交替,而FDD系统在不同频率上同时发射和接收。 
TDD系统中的基本远程塔通常包括诸如发射和接收放大器之类的塔顶(tower top)设备和诸如收发器之类的地面设备。远离TDD系统的收发器而放置的放大器通常被称为远程放大器。对于工作在TDD模式的远程放大器,必须从收发器向该放大器馈送DC功率和发射/接收控制信号两者用于指示发射或接收状态。在发射状态下,发射远程放大器必须是活动的,而接收远程放大器必须是非活动的。在接收状态下,接收远程放大器必须是活动的,而发射远程放大器必须是非活动的。这种采用DC电平的形式的发射/接收控制信号通常经由专用电缆从收发器被发送到放大器。然而,专用电缆的实施很昂贵并且维护成本也很高。 
替代地,各种设计方案允许发射/接收控制信号被无线地从收发器传送 到放大器。然而,如果不适当地实施,则空间干扰可能会在很大程度上干扰无线链路,导致不可避免的高错误率和相应的高成本纠错机制。 
替代地,发射/接收控制信号的DC电平通常被直接注入长度为收发器和放大器之间距离的RF电缆。通过使用偏置器(bias tee)来实现这一功能,偏置器是允许DC和RF信号被施加于单个通信设备的信号调整元件。然而,这种设计是存在问题的,因为DC电平的变化难以与被注入到同一电缆的DC功率分离。远程放大器的功率要求的变化可能使远程放大器的DC电平独立于发射/接收控制信号而偏移。 
基于以上原因,需要设计一种可用于从基站收发信台(basetransceiver station)向塔顶放大器发送发射/接收控制信号的更可靠的系统。 
发明内容
考虑到以上问题,本发明为TDD通信系统提供了一种多路复用系统,该多路复用系统利用每一射频(RF)路径的一个同轴电缆来将DC功率和TDD发射/接收控制从基站收发信台传送到诸如放大器之类的塔顶设备。 
根据一个实施例,在生成发射/接收控制信号和用于通信的射频信号之后,发射/接收控制信号调制工作在单独的控制频率上的单独的定时控制。然后,定时控制与射频信号和DC功率一起被多路复用在至少一个同轴电缆上。在塔顶设备处,调制后的发射/接收控制信号被转换回DC电平以提供时分双工控制基准。 
然而,通过结合附图阅读下面对特定实施例的描述,将最佳地理解本发明的结构和操作方法及其另外的目的和优点。 
附图说明
图1示出了利用根据本发明的一个实施例的发射/接收切换机制的多路复用系统。 
图2示出了根据本发明的一个实施例的多路复用系统的一部分的详细 视图。 
具体实施方式
本公开提供了关于在时分双工(TDD)通信系统中的利用每一射频(RF)路径的一个同轴电缆来从基站收发信台向诸如放大器之类的塔顶设备传送DC功率和发射/接收控制信号的多路复用系统的详细描述。 
图1示出了根据本发明的一个实施例的信号多路复用系统100。多路复用系统100包括收发器102、同轴电缆104、发射和接收放大器106和天线110。在一个实施例中,收发器102是基站收发信台,而放大器106是TDD通信系统中的塔顶放大器。当被安装在通信系统中时,收发器102通常是被放在塔底的元件,而放大器106和天线110通常是被放在塔顶的设备,或者被称为塔顶设备。同轴电缆104的延伸长度为通信塔的物理高度,并且提供塔底的一些元件和塔顶的一些元件之间的物理链路。在本发明中,同轴电缆104被设计为用于提供在收发器102和放大器106之间的TDD发射/接收同步。 
该多路复用系统100被设计为利用天线110在不同的时隙中在同一频率上发射和接收。放大器106被设计为既用作发射模式中的功率放大器又用作接收模式中的低噪声放大器。当放大器106工作在发射模式中时,发射/接收控制信号经由同轴电缆104在收发器102和放大器106之间传送。发射/接收控制信号是DC信号,并且必须在频域中被调制以与RF信号多路复用。同轴电缆104的中心导体是单端介质,其屏蔽层(shield)被接到收发器102的底盘地线,以最小化或消除电磁干扰(EMI)和功率起伏(power surge)。在发射模式中,在频域中被调制的TDD发射/接收控制信号、DC功率和RF信号全都被多路复用到多路复用信号中,该多路复用信号经由同轴电缆104的中心导体被传送到放大器106。 
图2示出了根据本发明的一个实施例的多路复用系统100的一部分的详细视图200。该详细视图200包括在图1中所讨论的收发器102、同轴电缆104和放大器模块106。 
DC功率信号、在频域中被调制的TDD发射/接收控制信号和RF信号 在节点202处被多路复用,多路复用后的信号被同轴电缆104的中心导体传送。在TDD模式下,利用开关206启动和关断诸如标准的10.7MHz的晶体振荡器204之类的振荡器,以在诸如10.7MHz之类的单独的控制频率处提供定时控制信号,该定时控制信号由信号发生器(例如基站收发信台中的微处理器208)所提供的TDD发射/接收控制信号调制,以生成调制后的TDD发射/接收控制信号。该定时控制信号提供预定的单独的控制射频载波,该载波在频域中通过发射/接收控制信号(以DC电平的形式)进行调制。LC元件203可以被添加在开关206和节点202之间。可以根据不同的设计来确定具体的电感器或/和电容器。 
DC功率通过熔丝205被馈送到节点202中,而用于通信的RF信号通常通过AC元件209被馈送到节点202中。然后,经多路复用的信号通过同轴电缆104被传送到放大器106的节点211。节点211经由LC元件213与诸如晶体滤波器210之类的滤波机构耦合,以使得在单独的控制频率处的特定的频率能量可以被滤出以驱动检测器212,检测器212将利用发射/接收控制信号调制的所传送的定时控制信号转换为DC电平信号。该DC电平信号提供用于对TDD发射/接收控制信号进行解码的基准,这使得当该信号处于“关断”状态时(或者不存在时)发射功率放大器是活动的,并且使得当该信号处于“接通”状态时接收低噪声放大器是活动的。元件203、205和209中的电容可以是四分之一波长变换器以充当传送高电流DC的RF扼流圈。 
在一个实施例中,具有与RF信号相比较低的频率的单独的定时控制信号在接收模式期间被接通,并且在发射模式期间不被接通。例如,按所需要的TDD序列的定时速率对定时控制信号进行移位键控(通/断)调制。就是说,当信号处于“接通”状态时,希望将接收低噪声放大器切换为活动的,并且当信号处于“关断”状态时,希望使发射功率放大器为活动的。该定时控制信号创建自收发器102,并且被检测器212转换回DC移位键控序列以完成从收发器102到放大器模块106的基准传送。因为定时控制信号和用于通信的发射RF信号在发射模式中不是同时存在的(因为不存在为“关断”状态设计的DC电平控制信号),所以它们不可能混 合在一起产生发射功率放大器中的错误信号。利用RC时间常数或其它延迟元件来处理发射和接收之间的保护频带,以使得发射和接收模式决不会在相同时间发生交叠。 
元件203和205中的电感器被提供不仅用来传送电流,而且用来抑制拖延的10.7MHz的RF能量。换句话说,电感器和电容器在10.7MHz频点上的组合不仅提供了在10.7MHz频率处的共振,而且抑制了任何其余的RF能量。 
选择10.7MHz的振荡器是因为,作为电信市场中用于很多电子设计的标准中间频率,在该频率处的晶体和陶瓷滤波器可能比较廉价并且容易得到。TDD定时的精确特性以及利用晶体振荡器和尖锐的陶瓷滤波器保证了TDD定时信号将不会由于来自空气中的外部源的干扰而受到歪曲或影响。 
注意,所提供的系统配置是针对多个RF路径之一,其中每个RF路径至少包括收发器、同轴电缆、放大器和天线。每个RF路径独立于任何其它RF路径。换句话说,如果放大器或同轴电缆被损坏了,则其它RF路径不会被影响,从而形成分级故障系统,在该分级故障系统中,一个RF路径中的故障不会影响下级通信系统的总体操作,这与单点故障系统相反,在单点故障系统中,一个RF路径中的一个故障就会破坏下级通信系统的总体操作。 
以上的说明提供了很多不同的实施例或用于实现本发明的不同特征的实施例。关于组件和过程的特定实施例的描述是为了帮助说明本发明。当然,这些仅仅是实施例并且不希望限制权利要求中所描述的本发明。 
虽然本发明在这里被图示和描述为在一个或多个特定示例中来实现,但是决不希望本发明被局限于所示出的细节,因为可以在不脱离本发明的精神并且在权利要求的等同物的范围内进行各种修改和结构变化。因此,所附权利要求应当宽泛地以与本发明的范围相一致的方式被理解,如所附权利要求中所述。 

Claims (19)

1.一种时分双工通信系统,包括:
基站收发信台,用于生成发射/接收控制信号、用于通信的射频信号以及根据所述发射/接收控制信号调制的定时控制信号,所述发射/接收控制信号是DC信号;
至少一个同轴电缆,所述同轴电缆至少具有用于传送调制后的发射/接收控制信号、所述用于通信的射频信号和DC功率信号的单个连续导体;以及
与所述同轴电缆耦合的塔顶设备,用于将所述调制后的发射/接收控制信号转换回DC信号,
其中,所述调制后的发射/接收控制信号在与所述用于通信的射频信号的频率相分离的频率上,并且其中,在经转换的调制后的发射/接收控制信号的DC信号处于关断状态时,所述经转换的调制后的发射/接收控制信号激活所述塔顶设备的发射功率放大器。
2.如权利要求1所述的系统,其中,所述定时控制信号在10MHz的预定控制频率上。
3.如权利要求1所述的系统,其中,所述基站收发信台还包括:
工作在预定控制频率的振荡器,用于提供所述定时控制信号;以及
与所述振荡器耦合的至少一个开关,所述开关利用所述定时控制信号执行针对所述发射/接收控制信号的幅移键控调制。
4.如权利要求3所述的系统,其中,所述振荡器工作在10.7MHz。
5.如权利要求3所述的系统,其中,所述基站收发信台还包括被耦合在所述开关和所述同轴电缆之间的至少一个电感器和至少一个电容器,用于将所述用于通信的射频信号与所述调制后的发射/接收控制信号隔离。
6.如权利要求1所述的系统,其中,所述塔顶设备还包括用于提取由所述定时控制信号的控制频率承载的所述调制后的发射/接收控制信号的滤波器。
7.如权利要求6所述的系统,其中,所述塔顶设备还包括被耦合在所述滤波器和所述同轴电缆之间的至少一个电感器和至少一个电容器,用于在所述控制频率上传送信息,同时阻断所述用于通信的射频信号。
8.如权利要求1所述的系统,其中,所述塔顶设备还包括接收低噪声放大器。
9.如权利要求1所述的系统,其中,所述同轴电缆的所述单个连续导体的屏蔽层被接地。
10.一种用于控制时分双工通信系统的塔顶设备的方法,包括:
生成发射/接收控制信号和定时控制信号,所述发射/接收控制信号是DC信号;
根据所述发射/接收控制信号调制所述定时控制信号;
将调制后的发射/接收控制信号、用于通信的射频信号以及DC功率信号传送到塔顶设备;以及
将所述调制后的发射/接收控制信号转换回DC信号,
其中,所述调制后的发射/接收控制信号在与所述用于通信的射频信号的频率相分离的频率上,并且其中,在经转换的调制后的发射/接收控制信号的DC信号处于关断状态时,所述经转换的调制后的发射/接收控制信号激活所述塔顶设备的发射功率放大器。
11.如权利要求10所述的方法,其中,所述定时控制信号在10MHz的预定控制频率上。
12.如权利要求10所述的方法,其中,所述生成还包括:
操作振荡器以按预定控制频率提供所述定时控制信号;以及
至少一个与所述振荡器耦合的开关利用所述定时控制信号执行针对所述发射/接收控制信号的幅移键控调制。
13.如权利要求10所述的方法,还包括将所述用于通信的射频信号与所述调制后的发射/接收控制信号隔离。
14.如权利要求10所述的方法,其中,所述转换还包括通过滤波器提取由所述定时控制信号的控制频率承载的所述调制后的发射/接收控制信号。
15.如权利要求10所述的方法,其中,所述塔顶设备还包括接收低噪声放大器。
16.一种时分双工通信系统,包括:
基站收发信台,用于生成发射/接收控制信号、由第一射频承载的用于通信的信号以及根据所述发射/接收控制信号调制的第二射频的定时控制信号,所述发射/接收控制信号是DC信号,所述收发信台具有工作在预定控制频率的用于提供所述定时控制信号的振荡器,以及至少一个与所述振荡器耦合的开关,所述开关利用所述定时控制信号执行针对所述发射/接收控制信号的幅移键控调制;
至少一个同轴电缆,所述同轴电缆至少具有用于传送所述调制后的发射/接收控制信号、所述用于通信的信号以及DC功率信号的单个连续导体;以及
与所述同轴电缆耦合的塔顶设备,用于将所述调制后的发射/接收控制信号转换回DC信号,
其中,在经转换的调制后的发射/接收控制信号的DC信号处于关断状态时,所述经转换的调制后的发射/接收控制信号激活所述塔顶设备的发射功率放大器,并且在经转换的调制后的发射/接收控制信号的DC信号处于接通状态时,所述经转换的调制后的发射/接收控制信号激活所述塔顶设备的接收低噪声放大器。
17.如权利要求16所述的系统,其中,所述控制频率为10.7MHz。
18.如权利要求16所述的系统,其中,所述基站收发信台还包括被耦合在所述开关和所述同轴电缆之间的至少一个电感器和至少一个电容器,用于将所述用于通信的射频信号与所述调制后的发射/接收控制信号隔离。
19.如权利要求16所述的系统,其中,所述塔顶设备还包括用于提取由所述控制频率承载的所述调制后的发射/接收控制信号的滤波器。
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