CN101238644A - 发射机延迟和相位调节 - Google Patents

Abstract

一种发射机，包括至少两个发射机单元，每个发射机单元配置为输入数字发射信号的实例，将所述数字发射信号转换至模拟无线信号，并放大所述模拟无线信号。所述发射机配置为确定被放大信号之间的定时差异(208)，并调节其中至少一个输入信号的定时(210)，从而满足预定标准。

Description

发射机延迟和相位调节

技术领域

本发明涉及发射机技术。更具体地，本发明涉及改进发射机中无线信号的延迟和相位调节。

背景技术

基本上可以通过两种可选择途径来增加发射机例如基站的输出功率：通过引入能够提供期望输出信号的组件，或通过使用对同一信号进行处理并且将其输出调节为同一水平而且与发射机的输出信号进行组合的低功率组件。后者经常更加有利，因为在发射机成本方面有潜在的节约。

当对两个相同的发射信号求和以增加输出功率时，对发射机的延迟和相位有严格要求。如果没有精确的延迟和相位控制，则不可能有效地对若干发射机的输出求和。在现有技术中，其信号被组合起来的单独发射机被校准至标称延迟或彼此相对校准。然而，校准要求附加的测量设备，并且难度很大而且耗时。此外，在特定时刻执行的校准不能考虑例如由于老化引起的发射机延迟漂移。

在前馈发射机中，在小信号水平上，在功率放大器之前进行信号的求和。然后，该经求和的信号被划分在两个功率放大器之间，并且在该功率放大器之后被再次组合。由于功率放大器的延迟和相位中的差别，必须精确地控制功率放大器的延迟，以实现成功的功率组合。

数字预失真发射机是这样一种发射机，在该发射机处，发射机单元的功率放大步骤所引起的失真被反馈为数字形式，并且通过对数字相反失真元素与该信号求和而对该失真进行数字补偿。

当着眼于通过组合来提高预失真发射机中的发射功率时，从前馈发射机中已知的逻辑是不可应用的。也就是说，小信号求和以及将求和信号划分到单独的功率放大器将使得不可能确定单独发射机单元所需的校正失真。

发明内容

因此，本发明的目的是提供针对发射机的改进的延迟和相位控制。

在本发明的一个方面中，提供一种发射机，包括至少两个发射机单元，每个发射机单元配置为输入数字发射信号的实例，将所述数字发射信号转换至模拟无线信号，放大所述模拟无线信号，输出所放大的无线信号，其中所述发射机配置为确定所述发射机单元的输出信号之间的定时差异，并调节其中至少一个输入信号的定时，从而满足预定标准。

在本发明的另一方面中，提供一种基站，包括至少两个发射机单元，每个发射机单元包括：用于输入数字发射信号的实例的装置，用于将所述数字发射信号转换至模拟无线信号的装置，用于放大所述模拟无线信号的装置。所述基站进一步包括用于确定被放大信号之间的定时差异的装置，以及用于调节其中至少一个输入信号的定时从而满足预定标准的装置。

在本发明的另一方面中，提供一种移动台，包括至少两个发射机单元，每个发射机单元包括：用于输入数字发射信号的实例的装置，用于将所述数字发射信号转换至模拟无线信号的装置，用于放大所述模拟无线信号的装置。所述移动台进一步包括用于确定被放大信号之间的定时差异的装置，以及用于调节其中至少一个输入信号的定时从而满足预定标准的装置。

在本发明的另一方面中，提供一种方法以用于在发射机中处理信号，该方法包括步骤：将同一数字输入信号的实例输入到至少两个发射机单元中，在每个发射机单元中将所述数字发射信号转换为模拟无线信号并放大所述模拟无线信号，确定被放大信号之间的定时差异，以及调节其中至少一个输入信号的定时，从而满足预定质量标准。

在本发明的又一方面中，提供一种软件产品，包括用于实现以下步骤的软件代码部分：将同一数字输入信号的实例输入到至少两个发射机单元中，在每个发射机单元中将所述数字发射信号转换为模拟无线信号并放大所述模拟无线信号，确定被放大信号之间的定时差异，调节其中至少一个输入信号的定时，从而满足预定质量标准。

本发明涉及一种针对移动网络中网元的延迟和相位功率控制机制。根据本发明的移动网络可以例如是采用宽带码分多址(WCDMA)无线技术的通用移动电话系统(UMTS)，但并不将本发明限制在此类网络。根据本发明的网元可以是基站/节点B或移动终端。

在本发明中，在发射机中有两个或更多发射机单元。每个发射机单元提供模拟放大的信号。在需要的时候确定并校正被放大信号的定时差异，即延迟和相位差，从而满足预定质量标准。在一个实施方式中，本发明的思路用于通过组合发射机单元的输出来提高来自发射机的输出功率。在另一实施方式中，本发明的概念可用于智能天线系统，以校准针对不同天线元件的精确相位和延迟。

在一个实施方式中，直接对发射机单元的输出进行比较。在另一实施方式中，将该发射机单元的输出求和为求和信号，并且从该求和信号中确定各信号延迟。其中单独信号的延迟和相位被确定的信号也可以是例如经滤波的求和信号。

本发明提供了若干优点。首先，不需要在发射机的制造期间校准发射机延迟和相位。此外，定时(延迟和相位)调节是自适应的，因此该发射机对例如老化和温度的负面影响有良好的容限。在根据本发明的发射机中，很容易将所组合的功率保持在优化水平上。

附图说明

下面，将参考附图并通过优选实施方式来更详细地描述本发明，其中

图1是根据本发明的网络的一个实施方式；

图2图示了方法的一个实施方式；

图3图示了方法的另一实施方式；

图4示出了根据本发明的网元的实施方式；

图5示出了根据本发明的网元的另一实施方式；

图6示出了根据本发明的发射机单元的一个实施方式；

图7示出了根据本发明的发射机的另一实施方式；

图8示出了求和单元的一个实施方式；以及

图9突出了两个信号的经求和的输出。

具体实施方式

在本发明的一个实施方式中，该网络是采用WCDMA技术的UMTS网络。下面，参考图1简短地描述UMTS网络的结构。

WCDMA可以被结构性地划分为核心网络(CN)100、UMTS陆地无线接入网络(UTRAN)120以及用户设备(UE)140。核心网络和UTRAN是无线通信系统的网络基础设施的一部分。

核心网络包括通过Iu PS接口连接到UTRAN的服务GPRS支持节点(SGSN)102。SGSN表示核心网络中分组交换域的中心点，SGSN的主要任务是使用UTRAN向用户设备发射分组并从用户设备接收分组。SGSN可以包含与用户设备有关的订户和位置信息。

UTRAN可以包括至少一个无线网络子系统(RNS)122A、122B，每个子系统包括至少一个无线网络控制器(RNC)124A、124B以及由该RNC所控制的至少一个节点B 126A至126D。节点B实现Uu无线接口，用户设备可以通过该接口来接入网络基础设施。

用户设备或移动终端可以包括两个部分，即移动设备(ME)142和UMTS订户标识模块(USIM)144。移动设备包括用于提供Uu接口的射频部分146。用户设备可进一步包括数字信号处理器148、存储器150以及用于执行计算机进程的计算机程序。用户设备可进一步包括天线、用户接口和电池。USIM包括用户相关信息，以及与信息安全相关的信息，例如加密算法。

图2和图3图示了根据本发明的方法的实施方式。在图2示出的实施方式中，有两个发射机单元，每个处理同一发射信号的实例。实际上，该情况可以是，这两个发射机中的每一个大约提供发射机总输出功率的一半。结合图2，这两个发射机单元其中之一称为主单元，而另一个称为从属单元。如204和206所示，主单元设置为接收从属单元所处理的信号的一部分。此外，主单元设置为提取其自身所处理的信号的一部分。该主信号分量和从属信号分量可以从放大的模拟信号中提取，其中该主信号分量和从属信号分量被转换回数字形式以在主单元中进行数字处理。

参考208，主单元将信号分量的延迟和相位进行比较，其中一个信号分量提取自主单元所处理的信号，另一个信号分量提取自从属单元所处理的信号。如果信号分量的延迟和相位对准，即基本上相等，则没有必要对信号分量的任何一个进行调节。然而，如果该信号分量的延迟和相位互不相同，则可以如210所示的那样来调节主信号的延迟和/或相位。在一个实施方式中，连续执行延迟和相位的调节，从而首先调节信号的延迟，然后，进行精调，即相位调节。

在210中，质量标准用于确定信号分量的延迟和相位何时互相对准。在一个实施方式中，主单元可以对信号分量进行求和，并将该和与预定的功率阈值进行比较。如果超过了为求和信号的功率水平所设定的阈值，则该主单元可以得出结论主单元和从属单元所处理的信号分量彼此对准。如果未达到求和信号功率水平的阈值，则可以数字地调节该主信号的延迟和相位。

可以在发射机中连续地应用图2的方法。

图3示出了根据本发明方法的另一实施方式。在302中，确定信号的初始值。首先，可以应用图2的方法来获得对主单元和从属单元所处理的信号分量的初始调节。在初始调节之后，可以应用从304开始的方法。

在304中，将主发射机单元和从属发射机单元所处理的被放大模拟信号分量求和为求和信号，并且将该求和信号反馈到主发射机单元。在306中，主单元确定信号分量的各延迟和相位。例如可以以下列方式来进行延迟和相位的确定，该方式即主单元在处理主信号分量和停止主信号分量之间来回切换(toggle)。也就是说，在第一时刻，处理主分量，并且反馈到充当主单元的发射机单元的求和信号还包括主信号。在第二时刻，停止对主信号分量的处理。然后，该求和信号仅包括从属信号分量。通过对在第一和第二时刻获得的求和信号进行比较，主单元可以确定主信号分量相比于从属分量的延迟和相位。

在308中，主单元评估主信号分量和从属信号分量在时间上是否对准。如果没有，则以下列方式来数字地调节主信号的定时，该方式即满足为对准所设定的预定质量标准，如步骤310所示。

尽管图2和图3参考了两个发射机单元，但很清楚的是，可以有更多个发射机单元。与图2和图3所公开的实施方式相反，延迟和相位控制不需要位于主发射机单元中，而是可以是分离式延迟/相位调节模块，其在整体上不属于任何发射机单元。此外，主发射机单元并不需要在任何时刻均相同，而是该功能的位置可以在不同发射机单元之间交替。

图4示出了根据本发明的发射机400的一个实施方式。发射机可以是网元，例如基站或节点B，或者发射机可以是移动台。该实施方式参考一种在硬件中实现预失真原理的发射机。反馈路径用来测量将要组合的两个发射机线路的延迟和相位中的差异。发射机包括两个发射机单元410和440，其可以被锁定到同一参考时钟信号。也就是说，输入到发射机单元的信号在时间上准确地彼此相互对准。基于数字预失真的发射机具有在数字域中非常精确地控制发射机延迟/相位的功能。为了将处理同一发射信号的两个不同发射机输出组合起来，必须精确地控制两个不同发射机单元(线路)410和440之间的延迟/相位。在图4中，发射机单元410被称为主单元，而单元440被称为从属单元。从属单元440包括切换块452中的输出端口，通过该输出端口，将由从属单元440所处理的信号传送到位于主单元410的切换块422中的输入(监控)端口。

主单元的发射机链可以包括用于接收发射信号的实例的输入端口。输入端口可以位于延迟和相位估计块412中，信号被从该估计块412馈送至数模转换器414。在滤波单元416中执行了滤波之后，在调制单元418中对该信号进行调制，并将其转发至功率放大器420。耦合器(未示出)可以在求和单元460和切换单元422之间划分信号。可以将信号从切换单元422传送到解调单元424，该解调单元424包括涉及将该信号下变频到中频的功能。然后在滤波单元426中对该信号进行滤波并在模数转换器428中将其转换为数字形式。然后将该数字信号传输至定时调节单元412，用于将在发射机单元410和440中处理的至少一个信号分量的延迟和相位进行对准。

该延迟和相位估计块412还可以从从属发射机单元440接收输入。该从属发射机单元像主单元410一样处理同一输入信号的另一实例。从属发射机单元的功能可以与主单元的功能相同，即数字输入信号分别在单元444、446、448和450中被转换为模拟信号、滤波、调制和放大。在图4的例子中，反馈链454、456和458将不是必须的，因为从属信号被传送至主单元410，从而在需要的时候可以调节主信号的延迟和相位。然而，在实践中特别有利的是，发射机单元410和440具有等同的功能，从而在需要的时候任一发射机单元可以接管或实现主功能。

在图4的发射机中，对延迟和相位的调节和测量可以是自适应的，并且因此可以保持优化组合功率水平。不需要发射机的延迟和相位校准，因为在正常操作期间，可以基于从主单元的监控端口接收到的信号采样来自适应地调节相位和延迟。延迟和相位测量也是非常精确的，因为使用了同一反馈单元来测量从属单元和主单元的延迟和相位。

图5示出了根据本发明的发射机的另一实施方式。关于发射机500中不同单元的功能，请参考图4中的相应元件。图5中的实施方式与图4中的实施方式不同之处在于具有从求和单元560到延迟和相位估计块512的反馈链路。

图5中的原理在于，在初始阶段，仅使用主信号和从属信号来执行延迟和相位调节。因此，首先，将主信号和从属信号馈送到定时调节块512，以调节输入信号的延迟和相位。通过切换单元552和522将从属信号馈送到延迟和相位估计块512。相应地，通过切换单元522将主信号传送至延迟和相位估计块512。

在初始阶段之后，使用从求和单元560获得的求和信号来进行发射机的延迟和相位调节。在此实施方式中，延迟和相位估计块512接收该求和信号以及反馈主信号，其中该求和信号在切换单元522中被转换为数字求和信号。通过将主信号在开启和关闭之间来回切换，可以从求和信号中确定主信号和从属信号各自的延迟。可选择地，可以从该求和信号中减去该主信号，由此可以确定从属信号。基于该求和信号，主单元可以调节其自身的延迟和相位，以将求和质量保持在规定水平。

在一个实施方式中，求和单元560检测在发射机单元510和540中处理的信号之间的延迟和相位差异。在此实施方式中，该求和单元可以直接向定时单元512通报该定时差异的有关信息，这用求和单元560和定时单元512之间的连线来突出。

图6和图7示出了用于测量两个信号的定时差异的两个实施方式。在图6中，将来自发射机单元610和640的信号转发至相应发射天线元件660和662。发射天线元件通过各测量线路664和666连接到延迟和相位调节单元612。测量线路的电长度是已知的，因此使得调节单元对延迟和相位的调节成为可能。

图7类似于图6中的结构，但现在连线764和766引导至切换单元722。在图7的实施方式中，连线764和766的电长度是匹配的，即，电长度或者相等，或者电长度差异是已知的。

在另一实施方式中，可以考虑图4的实施方式，其中来自功率放大器420和450的信号通过未连接发射机单元到求和单元460的单独的天线线路而直接连接到相应天线元件。在此情况中，天线线路可以是预定的电长度，从而在功率放大器和天线元件引起定时误差，并因此可以确定该定时误差。

图6和图7中所图示的实施方式适合用于智能天线系统。智能天线系统在现有技术中是已知的，因此这里将不需要进行详细解释。智能天线系统的基本观点是将多个天线元件的信号处理能力组合起来，从而使发射/接收辐射模式适合于信号传播环境。目标是根据用户的位置来提高增益。

智能天线系统一般可以归类为自适应阵列系统的切换波束。在切换波束系统中，检测信号强度，并且选择若干预定固定波束中的一个。当移动台在系统中移动时，激活波束可以发生改变。自适应阵列系统利用针对各种信号的定位和跟踪来动态地最小化干扰并最大化期望信号的接收。

本发明的概念，即能够确切地确定在不同发射机单元中处理的信号之间的定时差异，可以有利地在智能天线系统中使用。每个发射机单元可以连接到天线元件，每个天线元件均具有辐射模式。该发射机可以将输入信号的定时调节到不同的发射机单元，从而使至少两个天线元件的辐射模式的组合产生期望的辐射模式，例如发射波束。在另一实施方式中，在形成波束时使用的被引导至不同发射天线的信号可以准确地在时间上互相对准。

在一个实施方式中，当试图确定来自发射机单元的信号之间的优化定时差异时，最大化求和信号的功率，直到满足了预定标准为止。在另一实施方式中，该目标是最小化引导至损耗端口的功率，由此最大化求和信号的功率。

这在图8和图9中进行了图示。图8示出了求和单元860，其从两个发射机单元接收输入信号800和802。求和端口804输出两个输入信号800和802的有效求和信号。剩余的输入功率，即耗散功率，被引导至超额(excess)端口806。

图9示出了对两个输入信号的求和的输出。x轴示出了输入信号之间的定时差异，而y轴示出了输出功率的水平。曲线900示出了求和输出功率，而曲线902图示了耗散功率。定时差异904，大约275个时间单位，同时最大化求和输出功率和最小化耗散功率。因此，察看输入信号之间的优化定时差异，可以使用最大求和输出功率或最小耗散功率作为标准。

本发明，包括用于执行发射机、基站或移动台中的功能的不同装置，其可以由可在处理器中加载和执行的软件来实现。该软件可以被打包为软件产品，该软件产品包括用于实现本发明的步骤的软件代码部分。可选择地，可以在ASIC(专用集成电路)中或通过单独的逻辑组件来实现本发明。本发明可以实现在发射机中的处理器或芯片组上。本发明可以实现在可安装于发射机的模块上。

对于本领域技术人员而言很显然的是，随着技术进步，可以以各种方式来实现本发明的概念。本发明及其实施方式不限于以上所描述的例子，而是可以在权利要求书的范围中发生变化。

Claims (18)

1.一种发射机，包括：

至少两个发射机单元；

其中，所述至少两个发射机单元中的每一个配置为输入数字发射信号的实例，将所述数字发射信号转换至模拟无线信号，以及放大所述模拟无线信号，以及

其中，所述发射机配置为确定被放大模拟信号之间的定时差异，并调节所述数字输入信号中至少一个的定时，从而满足预定标准。

2.根据权利要求1所述的发射机，其中所述发射机配置为将从所述至少两个发射机单元获取的被放大模拟信号转换为反馈数字信号。

3.根据权利要求2所述的发射机，其中在所述至少两个发射机单元中处理的所述被放大模拟信号之间的定时差异从所述反馈数字信号中被确定。

4.根据权利要求1所述的发射机，其中所述发射机配置为对至少一个所述数字输入信号执行定时调节。

5.根据权利要求1所述的发射机，其中所述发射机配置为将来自所述至少两个发射机单元的被放大模拟信号求和为求和信号。

6.根据权利要求5所述的发射机，其中所述发射机配置为：

将所述求和信号转化为数字反馈求和信号；

停止所述至少两个发射机单元其中一个的处理；

在停止所述至少两个发射机单元其中一个的信号处理的同时，观察所述数字反馈求和信号；以及

确定停止的信号对所述求和信号的定时影响。

7.根据权利要求5所述的发射机，其中所述发射机被配置为：

将所述求和信号转换为数字反馈求和信号；

调节所述至少两个发射机单元中至少一个的输入信号的定时，从而使所述数字反馈求和信号的功率满足预定标准。

8.根据权利要求1所述的发射机，其中在所述定时调节中，调节所述数字输入信号的延迟和相位中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的发射机，其中

所述预定标准是针对求和信号功率的阈值。

10.根据权利要求1所述的发射机，其中

所述预定标准是，在所述发射机单元之后的天线元件处，由至少两个发射机单元所述处理的信号彼此在时间上对准。

11.根据权利要求1所述的发射机，其中所述对所述至少两个发射机单元的数字输入信号被锁定到同一参考时钟信号。

12.根据权利要求1所述的发射机，其中

所述至少两个发射机单元中的每一个连接至天线元件，每个天线元件具有辐射模式；以及

所述发射机配置为调节所述数字输入信号的定时，从而使至少两个天线元件的辐射模式的组合产生期望的组合辐射模式。

13.根据权利要求1所述的发射机，其中

所述发射机是预失真发射机。

14.根据权利要求1所述的发射机，其中所述发射机是智能天线发射机。

15.一种基站，包括：

至少两个发射机单元，所述至少两个发射机单元中的每一个包括：用于输出数字发射信号的实例的装置，用于将所述数字发射信号转换至模拟无线信号的装置，以及用于放大所述模拟无线信号的装置；

其中所述基站进一步包括：

用于确定所述被放大信号之间的定时差异的装置，以及

用于调节其中至少一个所述数字输入信号的定时从而满足预定标准的装置。

16.一种移动台，包括

至少两个发射机单元，所述至少两个发射机单元中的每一个包括：用于输入数字发射信号的实例的装置，用于将所述数字发射信号转换至模拟无线信号的装置，以及用于放大所述模拟无线信号的装置；

其中所述移动台进一步包括：

用于确定所述被放大信号之间的定时差异的装置，以及

用于调节其中至少一个输入信号的定时从而满足预定标准的装置。

17.一种用于在发射机中处理信号的方法，该方法包括：

将同一数字输入信号的实例输入到至少两个发射机单元中；

在所述至少两个发射机单元的每个中，将所述数字输入信号转换为模拟无线信号并放大所述模拟无线信号；

确定所述被放大信号之间的定时差异；以及

调节其中至少一个所述数字输入信号的定时，从而满足预定标准。

18.一种包含在计算机可读介质中的计算机程序，在执行所述计算机程序时执行下列步骤：

将同一数字输入信号的实例输入到至少两个发射机单元中；

在所述至少两个发射机单元的每个中，将所述数字输入信号转换为模拟无线信号并放大所述模拟无线信号；

确定所述被放大信号之间的定时差异；以及

调节其中至少一个所述数字输入信号的定时，从而满足预定标准。

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