CN1042587C - 执行fdma传输的通信方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

一种通信设备，能在远程通信中，检测在相临区域使用的载波信号的电平，并且通过多个信道，能同时地发送/接收FDMA-系统信号。当前通信信道接收的所有传输信号通过一个混合器，被全部变换为中频信号。中频信号被正交检波，然后通过A/D转换器，转变为数字I/Q信道信号。然后，通过频率变换电路，数字I/Q-信道信号被频率变换为中央频率为零的I/Q信道信号，通过二组解调电路，解调这二组I/Q信道信号。另外，通过一个解调电路，解调一个I/Q信道信号，而另一个I/Q信道信号由电平检测电路检测。

Description

执行FDMA传输的通信方法、设备和系统
本发明通常涉及使用在FDMA(频分多址)传输系统的通信方法、设备和系统。本发明特别涉及用于接收一个载波信号和/或测量该载波信号的大小的通信设备，该载波信号是在通信运行过程中由另一个基地站发送的，本发明还特别涉及位于多基地站和移动电台间执行通信运行的通信方法和系统。
通常，诸如移动电话和车载电话的移动通信服务广泛使用模拟信号传输系统。最近，数字信号传输系统商用在诸如无线(无绳)通信方法中，采用了TDMA(时分多址)系统，时分复用多用户，用以与一个载波频率一起发送信息。在该TDMA系统中，用户接收传输信号定时出现在1帧的某时间段内。通过蜂窝式电话系统，安排当前可用的移动通信系统。因此要求移动电台对于它所属的网络具有鉴定功能。为了实现该鉴定功能，需要测量从多基地台发送的信号的接收电平。当属于另外网络的用户使用与当前通信信号一样的频率时，由这个用户所引起的干扰信号电平将增加。当干扰信号电平超过一预选SIR(信号对干扰比)时，当前通信信道被连接到另外一个具有不同频率的通信信道上。因此，要求移动电台检测用在外设监控区的载波信号的电平，在远距离通信中，该外设监控区由基地站确定的。
按照图1所示的TDMA传输系统，从外设区来的接收信号的电平可以在空时间段(即电平检测时间段)内被检测，而不用在接收时间段和发送时间段内检测。在此空时间段内，频率合成器的频率与指定的载波一致，用以监视电平，在此空时间段内，检测信号电平，并且多个检测到的取样值被平均，得到接收信号的电平。象上面所述，由于在TDMA传输系统中采用了空时间段，一单一接收器可以检测载波信号的电平，其中该载波信号和当前通信的载波信号具有不同的频率。然而，在一个用户使用一个载波和一个单一信道的SCPC/FDMA(单载波单信道/频分多址)系统中，由于通常使用一个信道，为了检测不同载波信号的电平，需要图2所示的两路信号接收单元。也就是，从输入终端接收到的信号被混合网络12分成两个信号部分，然后它们被输入到带通滤波器13和14。带通滤波器13和14的输出分别与频率合成器17和18的本地信号在混合器15和16中进行频率混合。然后，变换的频率输出信号被带通滤波器19和21滤波。从带通滤波器19和21来的滤波输出信号被自动增益控制放大器22和23放大。然后被正交检波电路24正交检波，得到I信道和Q信道的基带信号。从正交检波电路24得到的每个I/Q信号的基带信号，通过A/D转换器26和27，进行A/D转换，变为数字带通信号，然后输入到解调电路28用于解调目的。相似地，从正交检波电路25得到的每个I/Q信道的基带信号，通过A/D转换器29和31进行A/D转换，变为数字带通信号，输入到解调电路32用于解调目的。从带通滤波器19和21滤出的输出信号被分离并输入电平检测电路33和34，从而检测到它们的接收电平。
在TDMA传输系统空时间段内，当接收的信道的信号没发送时，其它信道的信号可被接收并且可以检测这些接收信号的电平。相反，使用常规FDMA传输方法的接收器不能测量具有不同频率其它信道的电平。在通信运行中，为了监控外设区接收到信号的电平用于交换信道时，需要两组信号接收单元。结果，常规FDMA传输系统的移动电台的接收范围将大致增到TDMA传输系统的两倍。关于范围，常规FDMA传输系统要劣于TDMA传输系统。
常规无线通信装置中，载波信号的频率是由运行在RF频带的频率合成器切换的。结果，包含在不同频率的载波信号上的信息不能被发送，并且不能以复制模式被接收。如果信号的发送和接收需要使用常规FDMA型无线设备的多个载波信号，那么需要两组发送单元和接收单元。
在移动通信系统中公知，移动电台需要满足低功耗和体积小的刻苛要求。考虑到这些刻苛要求，二组发送/接收单元将引起严重的缺点。
因此，本发明设法解决上述缺点，目的之一是提供通信设备和通信系统，除能够检测当前通信的出现在当前信道上的载波信号电平外，还能检测出现有其它信道上的载波信号电平，而不用使用两组信号发送/接收单元。进一步，本发明的另一目的是提供通信设备和通信方法，在不需要使用两组信号发送/接收单元的情况下，能同时把信号发送到多信道及从多信道接收信号。
一种通信设备，包括：一个下行变换电路，用于把一输入FDMA-传输信号变换为中频信号；一个正交检波电路，接收来自所述下行变换电路的所述中频信号，用于把所述中频信号正交检波为I信道基带信号和Q信道基带信号；A/D转换器，接收来自所述正交检波电路的所述I/Q信道的基带信号，用于把所述I/Q信道的基带信号A/D转换为数字基带信号；其特征在于，第一和第二频率变换电路，接收来自所述A/D转换装置的所述数字基带信号，用于把所述数字基带信号变换为中央频率为零的二组信号，它们相应于包含在所述输入FDMA-传输信号的两载波频率。
按照本发明，在上行信道中，移动电台同时地把信号传递到多个基地站，并且多个基站地接收到从移动电台发送的信息。然后，从多个基地站接收到的多信息被控制站合成。在下行信道中，控制站发送要传递到移动电台的信息至多个基地站，并且多个基地站的信息被发送到移动电台。然后，移动电台合成同时从多个基地站接收到的信息。
本发明的上述和其它目的、效果、特征及优点，通过本发明实施例的后面描述及附图说明，将变得更加清楚。
图1是一个示范性图形，用以表示使用在FDMA传输系统的传输帧结构。
图2示意地给出了使用在FDMA传输系统中，移动电台的常规接收电路的电路框图。
图3是按照本发明的第一最佳实施例，示意性地给出了用在通信设备中的一个接收电路。
图4A是一个示意框图，用来表示使用在图3接收电路的频率变换电路43和44内部电路结构；
图4B示范性地表示使用在图3接收电路的频率变换方法；
图5按照本发明的第二最佳实施例，示意地给出了使用在通信设备的另一个接收电路的电路框图；
图6按照本发明的第三最佳实施例，示意地给出了使用在通信没备的另一个接收电路的电路框图；
图7是按照本发明，说明作用在通信网络系统上具有不同频率的载波信号的转换的示例图，该通信网络系统使用该通信设备。
参阅附图，下面将详细描述按照本发明的FDMA通信的方法、设备和系统。
图3中，按照本发明的第一最佳实施例，给出了使用在FDMA通信系统中接收电路的全局电路结构。应注意到图2中所使用的参考数字，在后面图纸中，也被使用以表示相同或相似的单元。
在图3的第一接收电路，在输入端11接收到的输入信号不被分成两组输入信号，而是直接提供给带通滤波器(BPF)13。然后，这个被带通滤波器13滤波的输入信号，在混频器15中，与一个从固定(本地)振荡器41得到的具有固定频率的一个本地振荡信号进行混频。结果，输入RF(无线频率)信号在频率范围内进行多路复用时，被变换为中频信号。换句话，混频器15和带通滤波器19构成一个下行变换电路。在自动增益控制(AGC)电路22中，中频(IF)信号被线性放大到一预定信号电平。然后，该增益控制的IF信号被正交检波电路24正交检波，产生I和Q信道，同时整个频带上的一个单一频率作为本地信号。通过相应于包含在多个输入RF信号的各个载波信号的这些频率分量，I/Q信道频率被互补偿。
I/Q信道的检波信号被A/D转换器26和27分别A/D转换为数字信号。然后，数字信号被相应的频率变换电路43和44进行频率变换，从而相应于两信道的包含在输入RF信号的这些信号以中央频率为零的信号输出。然后，这些频率变换的信号分别输入到解调电路28和电平检测电路45。在频率变换电路43内，当前通信运行信道内的正交检波的数字信号被变换为中频率为零的I/Q基带信号。当执行外围区的指定载波信号的电平检测时，这个指定的载波信号，在另外的频率变换电路4.4中，被变换为中央频率为零的I/Q基带信号。然后，这些I/Q基带信号以这样一种方式在电平检测电路45中被处理，即计算这些I/Q基带信号各自幅度的平方和(I2+Q2)。
图4A中，给出了频率变换电路43的内部电路结构。图4A中，来自A/D转换电路26和27的数字信号cos〔φn±2πΔfit〕和sin〔φn±2πΔfit〕与本地信号发生器46的本地数字信号cos(±2πΔfit)和sin(±2πΔfit)分别在乘法器47和48中相乘。通过低通滤波器51和52，相乘的输出信号输入到频率校正电路53。如图3所示，本地振荡器41是一个固定振荡器。还有，本地信号发生器45和46可以改变本地信号频率，但是不跟随用于中频信号的感兴趣信道的载波频率，从而实现了准同步正交检波。结果，这个正交检波信号包含频率误差和固定的相位差。这些误差可以通过频率校正电路53的数字处理进行校正。
应该注意，这种数字处理的频率变换可以通过使用如日本专利申请4199018号(1992申请)的频率变换滤波器得以实现。如在图4B所示，说明地执行了频率变换。根据已经频率偏移的正交检波信号的信号分量(见图4B-a)，低通滤波器预先去除了这个低频信号。然后，在中央频率处，相应于每个偏移频率，取样该低通滤波信号，从而产生中央频率为零的折叠式信号分量(见图4B-b)。最后，从低通滤波器中得到该折叠式信号分量。通过同一滤波器，按照各个信道的频率改变取样频率，也可以组成这个结构。
按照本发明的第二最佳实施例，示意地给出了用于通信设备的另一接收电路的电路结构。按照第二实施例的本接收电路的主要特征是这样的，即从A/D转换器26手27得到的数字信号临时地储存到存储器电路55，并且以写进速度二倍的读出速度把这些数字信号从该存储器电路55读出，然后该读出数字信号输入到频率变换电路56。在这个频率变换电路56中，如图3所示的上述频率变换器电路43一样的频率变换处理的执行，是与存储器电路55的偶数读出时钟同步的，同时如图3所示的上述频率变换电路44一样的频率变换处理的执行，是与存储器电路55的奇数读出时钟同步。频率变换电路56的输出信号输入到解调电路28和电平检测电路45。在解调电路28中，解调的处理是与存储器电路55的偶数读出时钟同步的。另一方面，电平检测电路45的电平检测的处理是与存储器电路55的奇数读出时钟同步。
按照本发明的第三最佳实施例，图6给出了具有多个载波信号，用以执行CDMA(码分多址)传输的移动电台另一个接收电路的电路框图。在该接收电路，通过频率变换电路43和44，首先把具有不同载波频率的扩展信号变换为中央频率为零的基带信号。根据各个接收信号的扩展码，通过相关检测单元57和58把这些基带信号反相变换为窄带信号。
应该注意，尽管在图6的接收电路中只使用了两组基带信号处理电路，还可以使用一组基带信号处理电路，用以完成当前情况下其后频率变换电路的几个信道的基带信号处理运行，如第二实施例的前面所述。这些扩展信号一旦存入存储器电路，立即使用高速时钟，以时分的方法进行处理。
按照本发明，图7中给出了使用通信设备的网络系统的一个系统结构。
该网络系统中，当移动电台140以一个基地站120区移到另一个基地站区130时，执行了切换(信道交换)。通常，由于在切换中，载波信号被交换，通信被瞬时中断。为了不瞬时中断通信地执行该交接，可以设想，分别使用载波信号f1和f2，多个基地站120和130的同一信息被发送到同一移动电台140。在上行信道中，基地站120和130从同一移动电台140接收其发送的电磁波，多个信息在控制站110被合成。
按照第一到第三实施例所描述的通信设备和通信方法，根据具有多频率的载波信号的频率变换，可以不使用接收电路的两信号处理路径而得以实现。根据第一到第三实施例所述，多个载波信号其中之一被解调，另一载波信号的电平被检测。相反，按照第四实施例，一个解调电路(没画出)用以替代图3和图5的电平检测电路。结果，不使用接收电路的两信号处理路径，控制站110和移动电台140都可以解调多个载波信号。还有，如第三实施例所述，即使图6的接收电路中，通过单个基带信号处理电路执行几个信道的基带信号处理，只使用一解调电路(没画出)来替代图6所示的电平检测电路45，从而可以用相似的方式执行多个载波信号的解调。
作为合成发送于多个基地站的多个信号的方法，可以使用最大比合成，即这些传输的信号被加权以响应这些信号的电平，然后这些加权信号彼此相加。结果，可以实现最高的分集效应，从而提高了通信质量。
在上行信道中，使用多个载波信号，移动电台140把同一信息发送到基地站120和130。在传输电路中，使用调制电路(没画出)来代替用在接收电路的解调电路，并且每一个D/C转换器替代A/D转换器26和27。从频率变换电路43和44输出的多个数字信号彼此相加，然后该相加的数字信号输入到被D/A转换器。与第二实施的所描述的运行相似，通过使用单个频率变换电路，多载波信号以时分方式被进行频率变换，然后，这两个频率变换的数字信号可以彼此相加。为了同步时分方式输出的二载波信号，与第二实施例相似地使用存储器电路55，然后，储存在这个存储器电路55的信号可以彼此相加。
由移动电台140发送的不同载波信号被多基地站120和130接收，并且在控制站110被分集同步。结果，上行信道的通信质量被提高。
象前面所述，按照本发明，只需要在常规FDMA传输无线设备中使用一些附加的电路，因此，在不需两信号接收电路路径的情况下，除了当前通信的信道外，载压频率信通的电平可被检测。
还有，按照本发明的通信设备，根据多信道，在不使用发射电路和接收电路的两信号处理路径的情况下，可以同时发射和接收该信号。
按实施例，对本发明进行了详细描述。从前面所述很清楚，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行改变和修正，因此，在本发明的实质精神范围内，附加权利要求中覆盖了这些改变和修正。

Claims (4)

1．一种通信设备，包括：
一个下行变换电路，用于把一输入FDMA-传输信号变换为中频信号；
一个正交检波电路，接收来自所述下行变换电路的所述中频信号，用于把所述中频信号正交检波为I信道基带信号和Q信道基带信号；
A/D转换器，接收来自所述正交检波电路的所述I/Q信道的基带信号，用于把所述I/Q信道的基带信号A/D转换为数字基带信号；其特征在于，
第一和第二频率变换电路，接收来自所述A/D转换装置的所述数字基带信号，用于把所述数字基带信号变换为中央频率为零的二组信号，它们相应于包含在所述输入FDMA-传输信号的两载波频率。
2．根据权利要求1的通信设备，包括：
位于所述A/D转换装置和所述频率变换电路的存储器，用于储存I/Q信道的所述数字基带信号；
其中所述频率变换电路，用于把从所述存储器读出的所述数字基带信号变换为中央频率为零的二组信号，它们相应于时分模式中，包含在所述输入FDMA-传输信号的两载波频率。
3．根据权利要求1或2所述的通信设备，进一步包括：
一个解调电路，接收来自所述频率变换电路的所述二组信号的一个，用于解调所述二组信号的一个；以及
电平检测电路，接收来自于所述频率变换电路的其它信号，用于检测该其它信号的电平。
4．根据权利要求1或2所述的通信设备，进一步包括：
第一解调电路，接收来自于所述频率变换电路的所述二组信号的一个信号，用于解调所述二组信号的一个信号；以及
第二解调电路，接收来自于所述频率变换电路的另一个信号，用于解调该另一个信号。
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