CN101325430A - 一种用于tdd系统双向传输的同步判断方法及其装置 - Google Patents
一种用于tdd系统双向传输的同步判断方法及其装置 Download PDFInfo
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Abstract
时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,在TDD系统双向传输的信道中同时提取出两个方向的信号,并利用实时比较其强度差异判断出时分信号的方向:若是下行信号强于上行信号,则判断系统为下行状态;同样的,若是上行信号强于下行信号,则判断系统为上行状态,具体而言,对双向传输的信道中同时提取出两个方向的信号后分别经过检波器将两路信号分别转换为低频包络电压,通过比较器比较出指示电压Vi,由Vi同步某一方向的时隙信号;或者所述低频包络电压再分别经过模数转换器将其转换为数字信号,通过具有数字信号处理芯片进行比较,同步某一方向的时隙信号。
Description
技术领域
本发明涉及时分双工(TDD)制式的通讯领域,包含但不限于GSM、TD-SCDMA、PHS、WLAN、WIMAX、集群系统等,双向传输的时分双工信号的方向性判断和同步方法。
背景技术
常用的同步检测技术一般有两种:1、门限检测法,通过定向耦合器耦合时分双向信号中的下行(例如从基站/AP到手机/终端方向)信号,检测在时域上的该方向信号包络是否强于某个特定门限来判断信号的有无,从而确定该方向上信号的有无,达到判断时分信号方向的目的。缺点在于:需要限定使用环境下行的信号强度总是远大于上行的信号,若是双向信号强度相近或交替起伏,必定会引起误判。通常该类检测设备安装在靠近通讯设备功率发射端的位置,由该类检测设备控制的放大器设备也很大程度上增益、最大(最小)输入功率和安装位置上受到限制。
2、基带计算法,通过解调下行方向或者双向的信号,按照该通讯协议计算出下一个信号出现的时刻和方向,从而实现同步或控制系统方向性的目的。缺点在于,电路相对昂贵和复杂,还可能需要附加的时间同步设备(比如GPS和GPS天线)。
时分双工的系统所指为在一定的频率范围内,通讯设备间以不同的时隙实现双工通信。目前TDD系统已广泛的应用于世界上的各个地方的多种通讯制式之中,这类通讯网络的网络覆盖、优化和延伸放大设备往往都是通过电缆或者光纤转电信号进行互联的,并且需要用到同步装置进行放大器控制、开关切换等作用。现有的技术有着上述的一些限制和缺陷,并不能适用于所有的场合。
发明内容
本发明的目的在于:提出一种用于时分双工系统的大动态范围内的信号同步和方向性判断的方法,改善现有TDD系统需要用到同步装置进行放大器控制、开关切换等作用。可以实现适用具有较大输入信号动态范围的信号检测设备、放大设备和开关控制设备。
本发明的技术方案是:时分双工系统的大动态范围内的信号同步和方向性判断的方法,在TDD系统双向传输的信道中同时提取出上下行两个方向的信号,并利用实时比较其强度差异判断出时分信号的方向;若是下行信号强于上行信号,则判断系统为下行状态;同样的,若是上行信号强于下行信号,则判断系统为上行状态;对双向传输的信道中同时提取出两个方向的信号后分别经过检波器将两路信号分别转换为低频包络电压,通过比较器比较出指示电压Vi,由Vi同步某一方向的时隙信号;或者所述低频包络电压再分别经过模数转换器将其转换为数字信号,通过具有数字信号处理芯片进行比较,同步某一方向的时隙信号。
将某一信号传输方向的状态设立为系统的一个常态,比较器输出电压Vi的上升延或下降延同步另一个方向时隙信号的开始或结束。或使用升压电路对检波器输出的检测低频包络电压进行抬高或降低,从而使双向无信号时比较器输出为默认常态结果。
由于TDD系统(对一个载波来说)在某一个时刻若有信号传输,只能是上行或下行两种状态中的一种,也就是说,同一个时刻只能只可能有一个方向的信号传输,也就保障了检测的正确性。对于弱信号,另一个方向没有信号,通过检测比较后自然可以检测出弱信号的方向。
本发明对双向传输的信道中同时提取出两个方向的信号后分别经过检波器将两路信号分别转换为低频包络电压,通过比较器比较出指示电压Vi;所述低频包络电压或分别经过模数转换器将其转换为数字信号,又或者通过高速模数转换器将所述两个方向的射频信号直接转换为数字信号。通过具有数字信号处理功能的芯片进行比较(包括但不限于单片机SCM、可编程逻辑器件PLD、可编程门阵列PGA或数字处理芯片DSP),从而同步某一方向的时隙信号。将某一信号传输方向的状态设立为系统的一个常态,比较器输出电压Vi的上升延或下降延同步另一个方向时隙信号的开始或结束,即Vi同步某一方向的时隙信号。
也可以使用升压电路对检波器的检测低频包络电压进行抬高或降低,从而使双向无信号时比较器输出为默认常态结果。在使用TDD的系统中使用窄带滤波器过滤出业务信道范围的全部或部分带宽后进行上述处理。在使用TDD的系统中多处级联使用本发明所述方法或装置。
本发明还包括将时分信号变频后再进行上述处理。也可以将时分信号直接解调至零频后进行再进行信号同步和方向性判断的处理。
本发明时分双工系统的大动态范围内的信号同步和方向性判断的装置,在TDD系统双向传输的信道中按序设有方向性耦合器件、放大器、衰减器、检波器,检波器输出连接比较器或通过一抬压电路再连接比较器,比较器比较出指示电压Vi作为同步某一方向的时隙信号的输出;或者所述低频包络电压再分别经过模数转换器将其转换为数字信号,通过数字信号处理芯片比较器,数字信号处理芯片比较器输出作为同步某一方向的时隙信号输出。抬压电路为比较放大电路构成,输入端同时接入抬压电平和接入检波器输出信号,再连接比较器或模数转换器。
相对于传统的门限检测法的定值判断,本发明所描述的检测方法的特点在于比较下行(例如,从基站到手机)和上行(例如,从手机到基站)信号的相对强弱,若是下行信号强于上行信号,则判断系统为下行状态;同样的,若是上行信号强于下行信号,则判断系统为上行状态。因为TDD系统(对一个载波来说)在某一个时刻若有信号传输,只能是上行或下行两种状态中的一种,也就是说,同一个时刻只能只可能有一个方向的信号传输,也就保障了本发明检测办法的正确性。对于弱信号,本发明所述方法也可以将其检测出来,因为另一个方向没有信号,通过检测比较后自然可以检测出弱信号的方向,保障了本发明超过传统门限检测法的输入信号动态范围。
在信道空闲时,上、下行都没有信号,耦合信号为零或者底噪声,我们人为地将比较结果默认地设为某个状态以免判断状态紊乱。本发明还提出了一种抬压电路的应用,保障信道空闲时默认状态的稳定性。
本发明的有益效果还在于:1、可以对大动态范围内的双向信号进行检测判断;2、上、下行信号相对大小不受限制,也就是判断装置的安装地点离信号发生源远近不受限制3、电路简单,体积小,成本低,便于实现推广。本发明应用但不限于GSM、TD-SCDMA、PHS、WLAN、WIMAX、集群系统等双向传输的时分双工信号的方向性判断的同步方法和装置。
附图说明
图1传统门限检测法示意图
图2原理示意框图
图3检波器原理示意图
图4抬压电路原理图
图5比较器原理图
图6数字处理方式示意图
图7信号变频、滤波示意图
图8同步判断装置在双向放大电路中的应用
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明:方向性耦合器件1(以下称为耦合器)的耦合度为Cp(dB),隔离度Is(dB),对于下行信号PDL(dBm)经过该耦合器:A端口为其耦合端口,信号强度为PDL-Cp;B端口为其隔离端口,信号强度为PDL-Is。同样的,对于上行信号PUL(dBm)经过耦合器,A端口为其隔离端口,信号强度为PUL-Is,B端口为其耦合端口,信号强度为PUL-Cp。
A端口的信号经过放大器2和衰减器4,放大衰减组合的增益为GA,再经检波器6后转换为低频包络电压VA。B端口的信号经过放大器3和衰减器5,放大衰减组合的增益为GB,再经检波器7后转换为低频包络电压VB。
以同步下行信号为例,将系统默认为上行状态,A路电压VA经过抬压电路8将电压抬高0V,将VA+0V送入比较器10正向输入端;B路电压VB经过抬压电路9将电压抬高Vref,将VB+Vref送入比较器10反向输入端,得到比较器10输出端电压Vi与下行信号是同步的:Vi为低电平时标志系统为上行状态,Vi为高电平是标志系统为下行状态,Vi的上升延标志下行信号的开始,Vi的下降延标志下行信号的结束。
以下详细地说明本发明的判断参数:检波器的输出电压取决于输入信号的电平值,以对数检波器为例,输入电平Pin,在其线性输入范围内,输出电压
Vout=k×Pin+Vzero (1)
式中k为检波输出电压斜率,Vzero为无信号输入时检波器的输出电压。
对于下行信号,其耦合的信号电压大于下行隔离的信号电压:
k×(PDL-Cp+GA)+Vzero>k×(PDL-Is+GB)+Vzero+Vref (2)
同样的,对于上行信号,其耦合的信号电压大于上行隔离的信号电压:
k×(PUL-Cp+GB)+Vzero+Vref>k×(PUL-Is+GA)+Vzero (3)
将(2)、(3)式整理出
k×(GA-GB+Cp-Is)<Vref<k×(GA-GB+Is-Cp) (4)
(4)式给出了抬压电路中Vref的设置范围,对于耦合器,隔离度和耦合度为定值,且Is>Cp,GA和GB分别将A、B端口的电平调整至检波器的线性输入范围。对于给定的检波器件,其线性输入范围为(P_dmin,P_dmax)单位dBm,由此可以计算出上下行信号的输入动态范围。
下行检波器8最大输入电平
PDL-Cp+GA<P_dmax (5)
下行信号可以判断的最小输出电压
k×(PDL-Cp+GA)+Vzero>k×P_dmin+Vzero+Vref (6)
上行检波器9最大输入电平
PUL-Cp+GB<P_dmax (7)
上行信号无误判
VB+Vref>k×0+Vzero (8)
默认为上行状态,在这种电路状态下(8)式恒成立,由(5)、(6)、(7)式整理出上下行输入电平的强度范围:
P_min+Cp-GA+(Vref/k)<PDL<P_dmax+Cp-GA (9)
PUL<P_dmax+Cp-GB (10)
(9)式给出了下行信号的输入范围,其动态主要取决于检波器的动态,以ADI公司的AD8313ARM为例,其动态范围达到了70dB。选择合适的Vref值,可以使PDL的动态接近70dB,此处“合适”以本发明所述的判断方法不受系统中的噪声和干扰影响为限。(10)式为上行信号最大输入电平的限制。上述的输入信号输入电平范围可以通过GA、GB进行调整,其动态足够满足绝大多数的应用环境要求,灵活性更高。
在实际电路中,下行输入信号实际包含下行有用信号PDL_sig,下行端口反射信号PDL_rt,下行基底噪声PDL_noise。同样的上行输入信号实际包含上行有用信号PUL_sig,上行端口反射信号PUL_rt,上行基底噪声PUL_noise。发射和噪声信号统称为无用信号,无用信号通常远低于有用信号,不对本发明所述装置判断造成影响。若是本发明所述装置紧邻信号发生设备、放大器而造成基底噪声很强,或者与外部连接的端口匹配较差导致反射信号较强,都可以通过调整GA、GB、Vref来抵消或者降低无用信号的干扰。
根据本发明实现的设备可以具有其它特征,并且特别的分离或组合地具有特征为:在射频通路上耦合两个不同方向的信号,信号的相对强弱通过比较器输出比较电压Vi。Vi的上升延或下降延同步了某一方向的信号的开始和结束,其余时刻默认为另一方向信号状态。
实施例:附图公开了本发明的原理框图,下面结合附图对本发明作进一步的描述,由图2可见:
在TDD系统的线路上,因为耦合器的方向性,所以在某一方向的耦合信号中,同一方向(耦合端)的耦合信号强度远强于相反方向(隔离端)的耦合信号强度,其差值等于器件的隔离度减去耦合度值。
对于下行信号PDL经过该耦合器:A端口为其耦合端口,B端口为其隔离端口,对于上行信号PUL经过耦合器,A端口为其隔离端口,B端口为其耦合端口。
A端口的信号经过放大器2和衰减器4,放大衰减组合的增益为GA,再经检波器6后转换为低频包络电压VA。B端口的信号经过放大器3和衰减器5,放大衰减组合的增益为GB,再经检波器7后转换为低频包络电压VB。
以同步下行信号为例,将系统默认为上行状态,A路电压VA经过抬压电路8将电压抬高0V,将VA+0V送入比较器10正向输入端;B路电压VB经过抬压电路9将电压抬高Vref,将VB+Vref送入比较器10反向输入端,得到比较器10输出端电压Vi指示下行信号的状态:Vi为低电平时标志系统为上行状态,Vi为高电平是标志系统为下行状态,Vi的上升延标志下行信号的开始,Vi的下降延标志下行信号的结束。
图2、4也给出了本发明装置的框图和抬压电路图,在TDD系统双向传输的信道中按序设有方向性耦合器件、放大器、衰减器、检波器,检波器输出连接比较器或通过一抬压电路再连接比较器,比较器比较出指示电压Vi作为同步某一方向的时隙信号的输出;或者所述低频包络电压再分别经过模数转换器将其转换为数字信号,通过数字信号处理芯片比较器,数字信号处理芯片比较器输出作为同步某一方向的时隙信号输出。抬压电路为比较放大电路构成,输入端同时接入抬压信号电平和接入检波器输出信号,再连接比较器或模数转换器。具体实施时可选下列器件(以1GHz信号为例):
方向性耦合器件1:可选ANAREN公司的XC0900A-03S
放大器2、放大器3:可选WJ公司的AG604
衰减器4、衰减器5:可选Pi型阻抗网络衰减器
检波器6、检波器7:可选ADI公司的AD8313ARM
比较器10:可选ADI公司的ADCMP608
抬压电路运放:可选TI公司的TLC4501ID。
可选地,从A、B端口提取出的信号可以通过变频或解调,将其变频到中频或直接解调至零频后,再进行信号的同步和方向性判断;对于某些TDD系统,提取的信号不需要保留其全部的信息,部分业务带宽的信号就可以用于本发明所述同步和方向性判断的功能。图7给出了以802.11g OFDM调制信号为例的解调窄带信号的同步和方向性判断示意图。该信号的信道带宽为22MHz,直调至零频后,用窄带滤波器滤出窄带的业务信号进行判断,判断的过程如前文所述。该方案的优势在于,在低频容易实现矩形系数较好的窄带滤波器,可以消除业务信道之外的邻频干扰。
本发明还公布一种判断装置的应用,以双向放大电路为例,Vi和其反相后的电压Vi可以交替组合控制电路中的射频开关和放大模块开关;以Vi上升延同步下行信号为例,Vi为高电平时,Vi为低电平,打开下行链路的射频开关和放大器,上行链路为关闭状态;Vi为低电平时,Vi为高电平,打开上行链路的射频开关和放大器,下行链路为关闭状态。如图8所示,实现双向放大TDD信号的目的。
Claims (10)
1、时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是在TDD系统双向传输的信道中同时提取出上下行两个方向的信号,并利用实时比较其强度差异判断出时分信号的方向:若是下行信号强于上行信号,则判断系统为下行状态;同样的,若是上行信号强于下行信号,则判断系统为上行状态;其具体步骤是,对双向传输的信道中同时提取出两个方向的信号后分别经过检波器将两路信号分别转换为低频包络电压,通过比较器比较出指示电压(Vi),由指示电压(Vi)同步某一方向的时隙信号;或者所述低频包络电压再分别经过模数转换器将其转换为数字信号,通过具有数字信号处理芯片进行比较,同步某一方向的时隙信号。
2、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是将某一信号传输方向的状态设立为系统的一个常态,比较器输出指示电压(Vi)的上升延或下降延同步另一个方向时隙信号的开始或结束。
3、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是使用升压电路对检波器输出的检测低频包络电压进行抬高或降低,从而使双向无信号时比较器输出为默认常态结果。
4、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是将时分信号变频后再进行信号同步和方向性判断的处理。
5、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是将时分信号直接解调至零频后进行再进行信号同步和方向性判断的处理。
6、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是在使用TDD的系统中使用窄带滤波器过滤出业务信道范围的全部或部分带宽后进行上述处理。
7、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是在使用TDD的系统中多处级联使用本发明所述方法或装置。
8、根据权利要求1所述的时分双工系统的信号同步和方向性判断的方法,其特征是在使用TDD的系统中多处重复提取两个方向的信号,交互比较,综合判断出时分信号的方向。
9、时分双工系统的信号同步和方向性判断的装置,其特征是在TDD系统双向传输的信道中按序设有方向性耦合器件、放大器、衰减器、检波器,检波器输出连接比较器或通过一抬压电路再连接比较器,比较器比较出指示电压(Vi)作为同步某一方向的时隙信号的输出;或者所述低频包络电压再分别经过模数转换器将其转换为数字信号,通过数字信号处理芯片比较器,数字信号处理芯片比较器输出作为同步某一方向的时隙信号输出。
10、根据权利要求9时分双工系统的信号同步和方向性判断的装置,其特征是所述抬压电路为比较放大电路构成,输入端同时接入抬压电平和接入检波器输出信号,再连接比较器或模数转换器。
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