CN1037141C - 能使移动电话系统放宽相邻信道要求的分集传输的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明包括用于特别是在CDMA无线电话系统中减小相邻信道干扰的系统和方法。藉助于将较弱信号(2)经延时或超前后，耦合到同时发射相邻频率信号(1)的天线(6)，从而为这些要发射的较弱信号提供分集传输。

Description

能使移动电话系统放宽相邻信道要求的分集传输的使用
背景技术
本发明总的关系到使用被称为CDMA(码分多址)的编码传输的蜂窝移动无线电话系统。具体地，本发明关系到CDMA无线电话系统中用于减小邻近信道干扰的方法和系统。
蜂窝移动电话系统包括与多个便携式电台或移动台进行通信的多个固定基台。从基台到移动台的信息流称为下行链路，而从移动台到基台的信息流称为上行链路。
当前的蜂窝移动电话系统主要采用频分多址(FDMA)和用于语音传输的模拟频率调制。使用时分多址(TDMA)和语音数字传输以提供更大容量的系统将很快在全世界范围内装备。码分多址(CDMA)是熟知的技术，由于其抗阻塞能力，它主要用于军事卫星通信。CDMA允许几个信号同时使用同一频率，即使是在同一个蜂窝区内也是如此，与此相对的是，FDMA系统要求在同一蜂窝区的不同信号使用不同的频率，而TDMA系统允许使用相同的频率但不是在同一时间内使用。
CDMA系统以前对陆地移动通信没有受赞许，这是由于所谓的远-近比问题(near/far ratio prob1em)。在陆地移动通信中，一个移动台到基台的距离和另一个移动台到基台的距离之比可以相当大。这会导致基台分别从两个移动台所接收的信号强度有很大的差异，这是因为信号传播损耗大体上按移动台与基台之间距离的四次方函数关系变化。由于CDMA系统的移动台能同时以同样频率发射，基台所接收的具有较高信号强度的信号会对较低信号强度的信号造成干扰，在卫星通信中，这不成为一个问题，这是由于同步静止卫星到地球上所有点几乎是等距的。
CDMA技术中的最新进展(诸如相减解调)导致现在把更多的关注放到CDMA技术的陆地移动无线电应用上。在相减CDMA解调中，基台所接收的信号按信号强度的大小从其最高到最低进行解调，在企图对下一个最弱信号进行解码之前，已解码的信号被从混合信号减除出来。与下行链路上功率逐渐减小(pawer tapering)和上行链路上适当选择移动台功率相结合的相减解调，控制了与同一频率信号有关的远-近比问题(其中，功率逐渐减小将在后面阐述)。然而这些技术并不能补偿由其它频率信号造成的潜在干扰，因为它们太复杂，以致不能解码和减除出去。因此，传统的CDMA系统以及相减解调系统就邻近信道干扰容许量而论，并不提供任何特殊的好处。
当下行链路上向移动台发射的功率与按照从移动台到蜂窝区中心的距离所要求的相适应时，可以得到CDMA系统的最大容量，因为这样将减小于扰。较高的功率可发射到较远的移动台，而较低功率发射到位于蜂窝区中心附近的那些移动台。这种被称为功率逐渐减小的技术所带来的结果是：较弱信号对由邻近信道能量形成的干扰的敏感度将比较强信号的敏感度高。不幸的是，正是弱信号的较高敏感度决定了接收机所采用的、用以抑制邻近信道能量的信道滤波器的质量，因此，功率逐渐减小的好处被用于信道滤波器上的化费抵消了。
决定所需要的邻近信道抑制的另一个因素是必须被允许的衰落储备。即使邻近信道信号由与所要求信号所用的相同的基台天线进行发射，但是这些邻近信道信号仍将以与所要求信号的衰落不相关的方式衰落，所以当所要信号衰落得较弱时，邻近信道信号有时可能变强。如果必须接受0.1％的衰落容许量，那么必须把30dB以上的衰落储备加到所需的邻近信道抑制要求上去。
发明概要
本发明通过提供用于改善CDMA系统对无法减去的干扰源的容许量的方法和系统来克服上述这些和其它问题，以便在可减去的共信道干扰方面可与通过相减解调所得到的好处一致。按照本发明的优选实施例，是藉助于从不同天线的第二延时传输提供下行链路上的分集路径来达到这一目的的。分集传输被用于例如在功率逐渐减小的低端的那些信号，并且能多路传输到用于发射邻近信道信号的天线上，或者反过来，即：邻近频率的分集传输是通过用于第一频率传输的天线进行的。
按照本发明的示例性实施例，通过为较弱信号提供蜂窝区内分集，那么这些信号出现衰落的概率将大大减小。这样，为提供0.1％的衰落容许量，只需要比30dB小得多的衰落储备，对邻近信道的保护要求也同量地减小。
在蜂窝通信中使用CDMA所带来的一个优点是在相邻的蜂窝区内具有同时使用同样的射频的能力。当然，由于在蜂窝区内来自使用同样频率的相邻蜂窝区对干扰的贡献，容量将被减小。然而，已经确定，CDMA系统中的最大容量在容许相邻蜂窝区使用同样频率而产生一定量的附加干扰条件下，仍可达到。无论如何，这会导致另一个困难，特别是在把使用紧接地相邻的频率且在各信号之间没有防护带的各发射机耦合到一个公共天线时。本发明的示范性实施例通过在基台提供两个或多个分开的发射天线的方法解决了这一问题。这些发射天线起到双重作用：运用交替的发射机信道频率以便克服缺乏防护带问题，同时为易受干扰的信号(也就是较弱信号)提供发射分集。
这样，按照一个示范性实施例，分集传输系统包括：第一调制器，用于把第一组信息信号调制到第一射频载频上；第二调制器，用于把第二组信息信号中的至少一个信号调制到第二射频载频上；第一发射功率放大器，用于放大第一载频的已调制信号；第二发射功率放大器，用于放大第二载频的已调制信号；以及射频组合网络，用于组合第一和第二功率放大器的输出并把已组合的信号耦合到第一发射天线。
对于本发明的这些和其它一些目的和特点，通过结合附图阅读下面的详尽说明将会更为明显，其中：
图1详述了按照本发明的第一实施例的分集传输系统的方框图；以及
图2详述了按照本发明的第二实施例的另一个分集传输系统的方框图。
参考图1，以各个逐次减小的信号强度发射的、并被表示为A1-A8的多个信号被加到信号编码器和调制器1，在此处将它们编码并调制到载频f1上。包含了具有所希望的逐次减小的信号强度电平的所述已调制信号总和的组合输出信号被馈到发射功率放大器3。该放大器3的功率输出足以适应最强的信号A1以及其它信号A2-A8，该放大器例如是可以使交叉调制为最小的线性功率放大器。
一种包括了调制器7和功率放大器9的类似的装置可用来发射使用相邻载频f2的第二组信号B1-B8。功率放大器3和9的输出信号通过定向耦合器或其它合适的射频相加网络5和11分别被加到各自的天线6和12。
第三编码器和调制器2被用于多个较弱的B组信号B5-B8，它们的载频都是f2，并且都在功率放大器4中进行放大。该功率放大器4的功率输出比功率放大器3的输出小，这是由于它处理的是较弱的信号B5-B8。载频为f2的功率放大器4的输出在定向耦合器5中与频率为f1的功率放大器输出信号相加。
同样地，还设有用于较弱的A组信号A5-A8的调制器8和相应的减小了功率输出的功率放大器10，它的载频为f1的输出在定向耦合器11中与功率放大器9的载频为f2的输出信号相加。这样，天线6就为较弱的B组信号提供了分集发射，而天线12为较弱的A组信号提供了同样的分集发射。
调制器8对较弱A信号进行编码，它相对于第一调制器1带有至少一“片”(chip)时间间隔的延时或超前。同样地，调制器7和2对B信号具有同样的片定时关系，所以移动台接收机把分集信号看作为主信号的回声或前回声(pre-echo)，这分别取决于B信号是延时还是超前。此处所用术语“片”代表了CDMA系统发射的码字中的一个比特，且一“片”时间间隔是发射一比特的码字所需的时间总量。那样，移动台可使用回波均衡接收机(例如Rake接收机)将不同的回波能量组合起来，与分集信号相加。这种Rake接收机的例子可在1993年4月29日提交的共同转让、共同未决的美国专利申请No.08/054,028“量化的相关Rake接收机”中找到。
为了阐述该示例性实施例，对一组特定的系统参数计算了功率逐渐减小的模式，并在以下的表1中列出。至于对如何计算这种功率逐渐减小模式的问题的讨论，已超出本发明的范围，然而一种示范性方法和系统可在1993年4月1日提交并在1993年10月13日公布的共同未决的欧洲专利申请No.93850067.5“双工功率控制”中查到，并结合在此处以供参考。
电平序号或    相对于总功率的    对应的信号
   位置         信号电平
    1           -8dB              A1
    2           -8.5dB
    3           -9.1dB            A2
    4           -9.8dB
    5           -10.6dB
    6           -11.5dB
    7           -12.4dB           A3
    8           -13.3dB
    9           -14.2dB
   10           -15.1dB
   11           -16dB
   12           -17dB
   13           -18dB             A4
14          -19dB
15          -20dB
16          -21.1dB
17          -22.3dB
18          -23.6dB         A5
19          -25.5dB         A6
20          -27.5dB
21          -29.5dB
22          -32dB
23          -36dB           A7
24          -42dB           A8
注意到，以上表格阐述了一个并未全部充满的系统，只有8个可提供的信号被使用。按照所预计的从基台到移动台的接收距离，信号A1-A8一开始就被调整到不同的功率电平。例如，可用对每个信号提供不同调制器的方法来调整功率，在把所有信号加到一起之前，把其输出定标到所希望的功率电平。或者，每个片流(chipstream)可以定标到所希望的功率电平，一齐相加起来之后再加到公共的预调制滤波器上，然后再被一个调制器调制。
信号的分度(indexing)表示在按信号强度渐减的顺序分类之后的次序。在以上的示例性的表1中，对于移动台的均匀区域分布，最佳信号强度从最强到最弱覆盖了34dB的范围。在这样的示例性情况下，比最强信号的降低量大于15dB的那些信号可归成一组，对于该组信号，可藉较低功率辅助发射放大器提供分集传输(例如，在表1例子中的信号A5-A8)。
虽然，在上述示例性实施例中，用比最强信号的降低量大于15dB的截割线来区分出被看作较强的信号和被看作较弱的信号，对较强的信号不提供蜂窝区内传输的分集，对较弱的信号，则提供蜂窝区内传输的分集，但是本领域的熟练技术人员很容易觉察到，其它门限值也是可以使用的。而且，由于移动台在蜂窝区内进行移动，接近截止门限的那些信号可以在某一次被指派在较强信号组，而在另一次则被指派在较弱信号组。
当信号例如从较强信号组重新指派到较弱信号组时，就有需要以分集路径来发射相应的信号，而在这之前的时期内则未用分集路径发射。为避免降低接收机解码性能，使这种信号按斜坡形式平滑地上升达到预定的功率电平。同样地，在信号从较弱信号组重新指派到较强信号组时，分集路径的相应信号按斜坡形式逐渐降低。因此，当信号从较强和较弱信号组中的一种转到另一种时，分集传输的平均电平平滑地改变。
如果，对于较强信号组中的信号的所希望的总的平均传输功率以P1表示；对于较弱信号组，以P2表示；以及定向耦合器具有的从辅助(较低功率)功率放大器到天线的功率损耗因子为K，从主功率放大器到天线的功率损耗因子为(1-K)；那么两个功率放大器必须送出的总的平均功率为： P tot = P 1 1 - K + P 2 1 - K - - - ( 1 )
将(1)式中的
Figure C9419025200132
选择为等于P2/P1，就可使总的平均传输功率被最小化。为得到最大效率，定向耦合器的耦合比应当是主传输与分集传输之间的功率电平的所希望的dB故差值的一半，此差值也应当是P1与P2的比值。这样，对于主传输和分集传输间平均发射功率的15dB的差值，辅助功率放大器的功率电平比主功率放大器的功率电平低7.5dB(即5.6倍)，所以K＝1/5.6，以及1/(1-K)＝1/(1-1/5.6)，分式上下都乘以5.6，得到5.6/4.6或1.22。因此，主功率放大器的功率电平就等于5.6/4.6或1.22乘以希望的主信号功率输出电平(P1)，从而补偿定向耦合器的损耗。
本领域的熟练技术人员将觉察到，本发明的原理可扩展到两个以上的天线和频率以及对每个主传输可扩展到提供一个以上的多重传输。采用主信号的进一步的延时或超前的信号形式，可实现进一步的分集传输，这样，每个单独的分集传输就像是具有等于多个片时间间隔的不同时间延迟(或超前)量的回声(或前回声)。
现在参考图2阐述另一个示例性优选实施例。由于制造低损耗多路传输滤波器(该滤波器能使相邻频率耦合到同一天线而无需该两频率之间的防护带)是不够现实的，因而对于在同一蜂窝区内使用相邻信道的地方，可提供分开的天线。通常更容易做到的是把相间频率信道(alternate frequency channels)多路传输到一个天线，而把分别地处在其间的那些信道多路传输到另一个天线。在图2的示例性实施例阐述了一个这样的发射系统时，本领域的熟练技术人员将觉察到，那些“处在其间”的信道(例如，在调制器22处的f2，f4，f6)可藉使用类似的系统而多路传输到另一个天线(未示出)。
参考图2，要发射的第一组信号A1-A8在多路调制器20中被调制在载频f1上。调制器输出信号在高功率发射放大器21中被放大，其输出被连接到多路传输滤波器22的一个输入端。多路传输滤波器22的其它输入端可提供给连接到采用载频f3，f5，f7等的发射放大器(未示出)。
多路传输滤波器22的输出在定向耦合器23或类似的射频组合网络中与适合于载频f2，f4，f6…等的多路传输滤波器24的低功率输出相组合，其中，在频率f2，f4，f6等上提供了分集传输。来自定向耦合器23的组合输出连接到天线25。
将要被分集传输的信号B5-B8在多路信号调制器26中被调制在载频f2上，在低功率的分集发射放大器27中被放大，然后被馈到多路传输滤波器24的f2输入端。如早先所述的，复用设备(duplicate arrangement，未示出)和分开的天线用于信号B1-B8的主传输信道和信号A5-A8的分集传输。
尽管本发明的示例性实施例是例如藉助于使用发射信号的多个天线来描述的，但是熟练的技术人员将认识到，本发明能以其它方式完成。例如，单个双极化天线可以代替天线6和9，主传输和分集传输可以耦合到双极化天线的各单独的输入端。这时主信号以一种极化发射，而分集信号以与主信号所用极化相正交的极化(例如右旋圆极化与左旋圆极化)发射。
尽管本发明的优选实施例是针对主信道有8个信号和分集信道有4个信号的示例性系统描述的，但应该懂得，这个示例性系统仅供说明之用，并且任意个数的信号都可供给主信道或者分集信道。而且，在阐述和说明本发明的具体实施例时，应该懂得，本发明并不仅限于此，因为熟练的技术人员可以作出对其的修正。本申请包含由本文指出的、和权利要求书中的本发明的精神和范围内的任何及全部修正。

Claims (20)

1.一种分集传输系统，包括：
第一调制器，用于把第一组信息信号调制到第一射频载频上；
第二调制器，用于把第二组信息信号中的至少一个信号调制到第二射频载频上；
第一发射功率放大器，用于放大所述第一载频的所述已调制信号；
第二发射功率放大器，用于放大所述第二载频的所述已调制信号；以及
射频组合网络，用于组合第一和第二发射功率放大器的输出以及把组合信号耦合到第一发射天线，其中所述第二组信息信号中的至少一个信号有一个相应的第一功率电平，所述第一功率电平比通过第二天线用第二载频发射的同一信号的相应的第二功率电平低。
2.如权利要求1的分集传输系统，其特征在于进一步包括：
第三调制器，用于把所述第二组信息信号调制到所述第二射频载频上；以及
第三发射功率放大器，用于放大所述第二载频的所述第三已调制信号，其输出被送到第二发射天线。
3.按照权利要求1的分集传输系统，其特征在于进一步包括：
第三调制器，用于把所述第二组信息信号调制到所述第二射频载频上；
第四调制器，用于把第一组信息信号中的至少一个信号调制到第一射频载频上；
第三发射功率放大器，用于放大由所述第三调制器产生的信号；
第四发射功率放大器，用于放大由所述第四调制器产生的信号；以及
射频组合网络，用于组合第三和第四发射功率放大器的输出，以及把组合信号耦合到第二发射天线。
4.按照权利要求2的分集传输系统，其特征在于，其中所述第二天线与所述第一天线之间间隔着多个波长，以便得到最大的空间分集增益。
5.按照权利要求3的分集传输系统，其中所述第二天线与所述第一天线之间间隔着多个波长，以便得到最大的空间分集增益。
6.按照权利要求1的分集传输系统，其特征在于，其中所述射频组合网络是定向耦合器。
7.按照权利要求3的分集传输系统，其特征在于，其中所述射频组合网络是定向耦合器。
8.按照权利要求1的分集传输系统，其特征在于，其中所述射频组合网络是多路传输滤波器。
9.按照权利要求3的分集传输系统，其特征在于，其中所述射频组合网络是多路传输滤波器。
10.按照权利要求2的分集传输系统，其特征在于，其中馈到所述第二调制器的所述至少一个信号相对于加到所述第三调制器的相同信号或者延时或者超前。
11.按照权利要求3的分集传输系统，其特征在于，其中馈到所述第二调制器的所述至少一个信号相对于加到所述第三调制器的相同信号或者延时或者超前；和
馈到所述第四调制器的所述至少一个信号相对于加到所述第一调制器的相同信号或者延或者超前。
12.按照权利要求10的分集传输系统，其特征在于，其中所述至少一个信号被延时或超前整数个比特或符号时间间隔。
13.按照权利要求11的分集传输系统，其特征在于，其中所述至少一个信号被延时或超前整数个比特或符号时间间隔。
14.按照权利要求5的分集传输系统，其特征在于，其中所述第二组信号中的所述一个信号以比所述第一组信号的发射功率低的功率电平发射。
15.权利要求2的传输系统，其特征在于，其中所述第一和第二天线包括双极化天线的正交极化。
16.权利要求3的传输系统，其特征在于，其中所述第一和第二天线包括双极化天线的正交极化。
17.根据权利要求1的分集传输系统，其特征在于，其中所述第二组信息信号中的用作为分集传输的所述至少一个信号相对于以所述第二载频通过第二天线发射的同一信号或者延时或者领先。
18.一种无线电话系统中的分集发射信号的方法，包括下列步骤：
把第一组信息信号调制在第一组频道上，以产生用来从第一天线发射的第一组发射信号；
把第二组信息信号调制在第二组频道上，以产生第二组发射信号；
把第一组信息信号中所选择的信号调制在第一组频道上，以产生分集信号；
把第二组发射信号与分集信号相组合，用来从第二天线发射出去；
其中第一频道包含的频带与第二组频道包含的频带是相邻的且互相间隔。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，进一步包括把分集信号相对于第一组发射信号延时或超前的步骤。
20.根据权利要求18的方法，其特征在于，进一步包括把分集信号以比第一组发射信号的功率电平低的功率电平发射的步骤。
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