CN1097888C - 用于时分多址无线电单元的发射分集电路 - Google Patents

Abstract

所公开的是用于TDMA无线电单元的发射分集电路，具有：多个天线；多个发射电路；多个接收电路；第一开关，与所述多个发射电路之一相连，并选择多个天线之一；第二开关，与第一开关相连，并选择多个发射电路的一个电路或另一电路；第三开关，与第二开关和多个接收电路的一个或多个电路相连，并选择多个发射电路之一或多个接收电路的一个或多个电路；判定电路，根据与第三开关相连的接收电路检测的接收场强电平控制第一与第二开关的转换；其中多个发射电路的一个电路通过第一至第三开关与多个天线的所选一个天线相连。

Description

用于时分多址无线电单元的发射分集电路

本发明涉及用于TDMA(时分多址)无线电单元的发射分集电路，并且更具体地涉及用于移动无线电站的基站单元的发射分集电路，例如装备有几个天线和无线电电路的PHS(个人手持电话系统)基站单元的发射分集电路。

近来，诸如便携式电话和PHS的移动通信设备的需求随着移动通信技术的发展增加。在PHS情况中，从销售开始的一年内已售出几百万台终端机。因此，在一个销售公司中需要数十万个PHS终端的基站。

在PHS系统中，所使用的是1.9GHZ的工作频带、300KHz的载波间隔、多载波TDMA/TDD(时分多址/时分双工)的接入方式、π/4移位QPSK(四相移相键控)的调制方式、384kb/s传输速率(32kb/s语音编码速率-ADPCM)、280KHz的占用频带和10mw的终端天线功率。而且，四信道多路复用TDMA/TDD一个传输接收波使用相同频率，并因此一个TDMA/TDD帧(5ms，240比特×8)顺序由至基站的四个传输时隙(0.625ms、240比特、384kb/s)和四个接收时隙组成，其中一个时隙用作控制时隙，并且基站在使用至三个终端站的其他时隙的同时进行传输和接收。基站和终端站之间的传输或接收通过本地交换网络或交换机连到电话交换网络，从而允许在PHS终端或电话与PHS终端之间进行通信。由于上面的规定，不需要两个频带用于传输和接收，因此便于频率管理。也不需要双工器，因此能使它体积缩小。而且，即使只有基站能控制分集，也能在同一衰落状态中进行传输和接收。

然而，在常规发射分集电路中，有一个问题，即功率放大器所消耗的功率增大，这是因为配置在功率放大器与天线之间的合成器引起约3db的传输损耗，并因此需要功率放大器极大地增加其输出电平。

也有另一问题，即功率放大器的费用增加，这是因为具有增加的芯片尺寸的晶体管需要极大地增加其输出电平。

因此，本发明的一个目的是提供一种发射分集电路，其中在抑制传输分集效果恶化的同时，能减少功率放大器之后的传输损耗。

根据本发明，用于TDMA无线电单元的发射分集电路包括：

多个天线；

多个发射电路；

多个接收电路；

第一开关，与多个发射电路之一连接并选择多个天线之一；

第二开关，与第一开关连接并选择多个发射电路之一或其余的发射电路；

第三开关，与第二开关和多个接收电路之一或多个接收电路连接，并选择多个发射电路之一或多个接收电路之一或多个接收电路；

一个判定电路，根据由与第三开关连接的接收电路检测的接收场强电平控制第一与第二开关的转换；

其中多个发射电路之一通过第一至第三开关与多个天线中所选的一个天线连接。

本发明将结合附图更详细地进行解释，其中：

图1是表示用于移动通信系统的常规基站组成的方框图；

图2是表示根据本发明第一优选实施例中用于TDMA无线电单元的发射分集电路的方框图；

图3是表示图2中判定电路示例的电路图；

图4是表示根据本发明第二优选实施例中用于TDMA无线电单元的发射分集电路的方框图；和

图5是表示根据本发明第三优选实施例中用于TDMA无线电单元的发射分集电路的方框图；

在解释优选实施例中用于TDMA无线电单元的发射分集电路之前，将解释图1中的上述常规发射分集电路。

图1表示根据上述规范操作的用于移动电话的常规PHS基站单元。在此示例中，配置两个天线、两个发射电路和两个接收电路。参见图1，由调制器211调制输入信号1产生的已调信号1由功率放大器212放大，并随后根据判定电路243的指令控制开关213。从而，信号通过合成器214、传输接收开关215和顶部滤波器(top filter)216，或通过合成器230、传输接收开关231和顶部滤波器232；以便作为传输信号1从天线217或233输出。类似地，由调制器227调制输入信号2产生的已调信号2由功率放大器228放大，并随后作为传输信号2从天线217或233输出。这里，根据接收场强信号RSSI1、2、3与4的强度选择天线217或233来输出传输信号1。

传输信号1能由开关213转换为两个方向。当从天线217中输出传输信号1时，传输信号1通过合成器214、用于转换传输与接收的开关215和顶部滤波器216到达天线217。另一方面，当从天线233输出传输信号1时，开关213转换为合成器230的方向，并且随后传输信号1通过合成器230、开关231和顶部滤波器232到达天线233，传输信号2也能以相同方式输出。

在接收单元中，要输入到天线217的接收信号通过顶部滤波器216、由转换传输与接收的开关215转换到接收侧、由分配器218分配给顶部放大器219和顶部放大器223。要输入到顶部放大器219的接收信号进行低噪声放大，随后由第一混频器220变换为第一IF信号。此第一IF信号通过中间滤波器221，由IF放大器IC222变换为第二IF信号并随后从中输出。同时，IF放大器IC222根据接收信号电平输出代表在天线217上接收场强强度的DC信号(RSSI1)。类似地，对于输入到顶部放大器223的接收信号，从IF放大器IC226中输出RSSI2。而且，对于输入到天线233的接收信号，分别从IF放大器IC238和IF放大器IC242中输出RSSI3和RSSI4。四个信号RSSI1至RSSI4输入到判定电路243并进行比较。根据比较结果，控制开关213、229以确定在下一时隙传输定时上哪个天线217、233输出传输信号1和2。

基站的特征是：传输信号1和2能同时从一个天线中输出(在这种情况中，没有传输信号从另一天线中输出)。因此，合成器214、230用于合成两个信号并同时从一个天线输出两个传输信号。

然而，图1所示的合成器214、230总是要经历由于结构而引起的对应[3dB+实际损耗]的损耗。因此，为了从天线输出预定输出电平，需要另外增加对应合成器214、230上损耗的电平(至少3dB)。因此，功率放大器212、228需要增加输出功率大于3dB，从而所消耗的功率增加约2倍。而且，在实施线性放大时，需要具有增加如此多的输出功率的晶体管，从而增加费用。

接下来，将解释图2中第一优选实施例的TDMA无线电单元的发射分集电路，示出用于移动通信系统的基站中的无线电单元，其中装备两个天线、两个发射电路和四个接收电路。例如，将解释各个发射电路和接收电路。一个发射电路主要由调制器111、功率放大器112、开关113和开关114组成。可选择地，它还由取决于开关113变换方向的开关130组成。在此之后，传输信号1通过开关114或开关131与顶部滤波器116或顶部滤波器132从天线117或天线133输出。

进一步解释发射电路，如图2所示，由调制器111利用π/4移位QPSK调制输入信号1产生的已调信号1由功率放大器112放大、由开关113根据判定电路143的指令转换、根据对应判定电路143传输时隙周期的指令通过开关114或130、通过传输接收开关115或131和顶部滤波器116或132、随后作为传输信号1从天线117或133输出。类似地，由调制器127调制输入信号2产生的已调信号2由功率放大器128放大、通过开关114或130、开关115或131与顶部滤波器116或132、随后作为传输信号2从天线117或133输出。根据接收场强信号RSSI1至RSSI4强度选择天线117或133输出传输信号1、2。

同时，传输信号1能转换为两个方向。当从天线117输出时，传输信号1通过开关114、用于选择传输或接收的开关115和顶部滤波器116到达天线117。另一方面，当从天线133输出传输信号1时，开关113转换为开关130的方向，并且随后传输信号1通过开关130，用于选择传输或接收的开关131和顶部滤波器132到达天线133。传输信号2也能以相同方式输出。

另一方面，一个接收电路主要由分配器118、顶部放大器119、混频器120、滤波器121和IF放大器IC122组成，其他接收电路组成类似。给一个天线装备两个接收电路的原因是：从一些发射电路输出的具有不同频率的传输信号可以输入到天线，并因此需要接收电路对应多于1个的频率。接收信号的电平由IF放大器ICR2检测为RSSI信号，接收的信号通过天线117和顶部滤波器116输入到IF放大器IC122。从各个接收电路输出的RSSI1、RSSI2、RSSI3与RSSI4由判定电路143进行比较和判定，判定电路143输出转换控制信号给开关113、114、129和130。

例如，判定电路143由比较器和用于抑制输入信号(RSSI1至RSSI4)变化的RC滤波器组成，如图3所示。在RSSI1与RSSI3之间进行比较时，当RSSI1大于RSSI3时，转换开关114、113以便传送传输信号1到天线117。此时，必须转换开关130、129，以便传送传输信号2到天线113。相反地，当RSSI3大于RSSI1时，转换开关114、113，以便传送传输信号1到天线133。此时，必须转换开关130、129，以便传送传输信号2到天线117。在RSSI2与RSSI4之间进行比较时，以相同方式进行传输信号2的转换控制。当这个比较结果与RSSI1和RSSI3比较结果有冲突时，例如两个结果都选择天线117，则可以预定：RSSI1与RSSI3的比较结果优于RSSI2与RSSI4的比较结果。同时，当提供两个天线时，RSSI1与RSSI3的比较结果能进行倒置以便给定另一天线控制信号。在这种情况中，由于在确定一个天线时能够必定确定另一天线，所以能忽略RSSI2与RSSI4之间的比较。

下面将进一步详细描述图2所示的第一实施例中发射分集电路的操作。在接收电路中，输入到天线117的接收信号通过顶部滤波器116，并随后由开关115转换为接收侧。开关115转换为接收侧的时间周期是用于TDMA/TDD系统的八时隙周期中的七个时隙周期，其中开关115转换到发送侧一个时隙周期。然后，接收的信号由分配器118分配给顶部放大器119、123。输入给顶部放大器119的接收信号进行低噪声放大，随后由第一混频器120变换为第一IF信号。此第一IF信号通过中间滤波器121、由IF放大器IC122变换为第二IF信号、提供给后解调器(未示出)、在解调之后连到电话网络。同时，IF放大器IC122根据接收信号电平输出DC信号(RSSI1)。类似地，对于输入到顶部放大器123的接收信号，从IF放大器IC126中输出RSSI2。另一方面，对于输入到天线133的接收信号，分别以相同方式从IF放大器IC138和142中输出RSSI3和RSSI4。RSSI1至RSSI4输入到判定电路143并进行比较。根据比较结果，控制开关113、114、129与130，以确定在对应一个TDMA/TDD帧的1/8周期的下一时隙传输定时上哪个天线117或133输出传输信号1或2。这里，对于传输信号1的接收信号电平由RSSI1和RSSI3给定，而对于传输信号2的接收信号电平由RSSI2和RSSI4给定。

当RSSI1大于RSSI3时，从天线117输出传输信号1。当RSSI3大于RSSI1时，从天线133输出传输信号1。当RSSI2大于RSSI4时，也从天线117输出传输信号2，而当RSSI4大于RSSI2时，从天线133输出传输信号2。

本发明的特征在于：传输信号1或2不是同时地从同一天线输出，这需要利用开关114与130从电路组成中导出。在选择同一天线时，能根据优先级别确定天线选择。例如，能预先定义：用于传输信号1的天线选择优先于用于传输信号2的天线选择，并因此从第二级别天线(在此实施例中，两个天线的另一天线)输出传输信号2。选择同一天线的概率约为1/4(＝1/2×1/2)，并因此分集效果恶化出现的概率不大于约25％。与此相比，由于功率放大器112、128中输出功率3dB的减少而引起的费用与消耗功率的减少是更加有利的。

将解释图4中第二优选实施例中用于TDMA无线电单元的发射分集电路。表示出用于移动通信系统的PHS基站中的无线电单元，其中装备四个天线、其中为每个天线提供两个接收电路的八个接收电路和两个发射电路。

此实施例的特征在于：将从同一天线输出传输波的概率约为1/16(＝1/4×1/4)，并因此传输分集效果恶化减至约6.3％。

在第二实施例的发射电路中，由调制器311利用π/4移位QPSK调制输入信号1产生的已调信号由功率放大器312放大、由开关313根据判定电路369的指令进行转换、根据对应判定电路369传输时隙周期的指令通过开关314、330、343或356、通过传输一接收开关315、331、344或357与顶部滤波器316、332、345或358、随后作为传输信号1从天线317、333、346或359输出。类似地，由调制器327调制输入信号2产生的已调信号2由功率放大器328放大，通过开关314、330、343或356、开关315、331、344或357与顶部滤波器316、332、345或358、随后作为传输信号2从天线317、333、346或359输出。根据接收场强信号RSSI1至RSSI8的强度选择天线317、333、346或359来输出传输信号1、2。

另一方面，一个接收电路主要由分配器318、顶部滤波器319、混频器320、滤波器321和IF放大器IC322组成。其他的接收电路组成类似。接收信号的电平由IF放大器IC322检测为RSSI信号，接收信号通过天线317和顶部滤波器316输入给IF放大器IC322。从各个接收电路输出的RSSI1至RSSI8由判定电路369进行比较和判定，判定电路369输出转换控制信号给开关313、314、329、330、343与356。

RSSI1至RSSI8输入给判定电路369并进行比较。根据比较结果，由判定电路369控制开关113、114、129与130，以便确定在对应一个TDMA/TDD帧1/8周期的下一时隙传输定时上哪个天线317、333、345与359输出传输信号1或2。这里，对于传输信号1的接收信号电平由RSSI1、RSSI3，RSSI5与RSSI7给定，而对于传输信号2的接收信号电平由RSSI2、RSSI4、RSSI6和RSSI8给出。根据在给定优先级别给相应天线同时比较接收场强度信号RSSI1、RSSI3、RSSI5与RSSI7的结果，从对应最大RSSI的天线中输出传输信号1。也根据在给定优先级别给相应天线同时比较接收场强信号RSSI2、RSSI4、RSSI6与RSSI8的结果，从根据优先级别选择的一个、两个或三个天线输出传输信号2。根据基站的预置条件可以对于每个TDMA/TDD帧或每几个帧实行这样的判定。

将解释图5中第三优选实施例的用于TDMA无线电单元的发射分集电路。在第三实施例中，装备两个发射电路和两个天线。开关114与130具有用于转换传输信号1与2的装置。在常规分集电路中，这些是信号合成器。因此，利用开关114、130，转换损耗减至约0.5dB(在1.9GHZ频带情况中)。因此，与利用合成器的情况相比，传输损耗能减少约3dB。

在常规分集电路中，来自发射电路1、2的传输信号随机地从天线117、133中输出。因此，当从同一天线输出时，传输信号得合成为一个信号。

在此实施例中，能利用判定电路(未示出)的控制转换开关113至115、130和131。来自发射电路1的传输信号1通过功率放大器112、开关113、开关114或130、开关115或131和顶部滤波器116或132，随后从天线117或133输出。传输信号2也以相同方式从天线117或133输出。哪个天线输出传输信号利用从接收电路1、2输入到判定电路的接收信号的场强电平进行判定。

在此实施例中，由于利用开关114、130替代常规合成器，所以几个信号不能同时从同一天线中输出。因此，传输分集效果恶化将出现到一定程度。然而，a)从同一天线中输出几个信号的概率减少。例如，在两个天线的情况中，概率是1/4(1/2×1/2)，而在四个天线的情况中，概率是1/16(1/4×1/4)。而且，b)在四个天线情况中，一个传输信号从正常选择的具有最高RSSI电平的天线中输出，另一传输信号从第二电平天线输出。显然，只能获得三个天线的分集效果。然而，由于四个天线与三个天线之间的传输分集增益差在1dB之内，所以恶化小。

由于上面优点a)和b)，能减少传输损耗而不会引起大的恶化。结果，能实现低消耗功率(约1/2)和低成本(1/3功率放大器)。

虽然本发明为完整与清楚公开而根据特定实施例进行描述了，但所附权利要求不是限制性的，而是解释为：实施对于本领域技术人员可以实现的所有修改和选择的构造都完全落入本文所提出的基本教导之中。

Claims (4)

1.用于TDMA无线电单元的一种发射分集电路，包括：

多个天线；

多个发射电路；

多个接收电路；

第一开关，与所述多个发射电路之一连接，并选择所述多个天线之一；

第二开关，与所述第一开关连接，并选择所述多个发射电路的所述一个或另一个电路；

第三开关，与所述第二开关和所述多个接收电路的一个或多个电路相连，并选择所述多个发射电路之一或所述多个接收电路的所述一个或多个电路；

一个判定电路，根据与所述第三开关相连的所述接收电路检测的接收场强电平，控制所述第一与第二开关的转换；

其中所述多个发射电路的所述一个发射电路通过所述第一至第三开关与所述多个天线的所述所选的一个天线相连。

2、根据权利要求1的用于TDMA无线电单元的发射分集电路，其中：

所述多个天线与所述多个接收电路相连，所述多个接收电路的每个电路检测通过所述多个天线的相应一个天线接收的接收信号的接收场强电平，并且将所述多个发射电路输出的传输信号分配给所述多个天线的每一个天线，所使用的方式是：从所述多个发射电路的第一发射电路中输出的传输信号从具有所述接收场强电平最高的天线中输出，而从所述多个发射电路的第二发射电路中输出的传输信号从具有所述接收场强电平最高的或次最高的天线中输出。

3、根据权利要求1的用于TDMA无线电单元的发射分集电路，其中：

所述第一与第二开关，只在根据TDMA系统的几个时隙的一个或多个时隙中进行选择，此一个或多个时隙是分配给从所述多个发射电路输出的传输信号的。

4、根据权利要求1的用于TDMA无线电单元的发射分集电路，其中：

所述第三开关，在根据TDMA系统的几个时隙的一个或多个时隙中连到所述选择的发射电路侧，此一个或多个时隙是分配给从所述多个发射电路输出的传输信号的，并且所述第三开关在所述几个时隙的其他时隙中连到所述多个接收电路的所述选择的一个或多个接收电路侧。

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