CN1181165A - 多分支跳频接收机 - Google Patents
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Abstract
一种方法和一种装置,用以当已经为接收机装置的每个分支布置了带通滤波器(BPF2)时,在一个所需的频率上控制一个多分支跳频接收机装置,该装置被用于一个无线电台,特别是在蜂窝式无线电系统的基站中,该带通滤波器响应于外部控制信号(VBPF),并且该带通滤波器的控制信号(VBPF)与跳频同步地被控制。为每个频率(C)和每个滤波器(BPF2)决定了带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF),并且此信息被存储在一个调谐电压存储器(TVM)中,从此处与跳频同步地检索该信息。
Description
本发明涉及一种用于例如蜂窝式无线电系统的基站中的多分支跳频接收机。
图1以方框图的形式显示了一种方法,其中多个接收机被连到一个多分支无线电台的公共天线A上。对该系统的研究受如下事实的影响,即它与一个跳频系统有关,在此情况下该系统的元件不能被选定在一个固定的频率上。这种接收机还可被称为是“多信道的”。除了这一含义,术语“信道”,根据上下文,还可代表例如一个无线电链路的额定频率或者一个频率和时隙的组合。为避免混淆,在本申请中术语“信道”一词代表一个无线电链路的额定频率或者一个频率和时隙的组合,在此情况下并行接收机被称作“接收机分支”。
一个宽带通滤波器BPF1在被接收信号的传播方向上跟踪天线A。它穿过该系统的整个频率范围。带通滤波器BPF1的功能是衰减镜像(image)频率和该频谱的其他不需要的成份。下一级是一个低噪声放大器LNA,跟随其后的是一个分布放大器DA。一个信号从分布放大器DA被传导给该电台的所有接收机,由此在每个接收机的前端有一个第二带通滤波器BPF2,一个混频器MIX和一个中频级IF。作为示例在图1至5中的接收机分支的数目为5,但是根据情况可以更多或更少。
因为由于跳频,滤波器BPF2不能达到足够的选择性,所以分布放大器DA到接收机的耦合不可能仅仅通过将滤波器BPF2的输入并行连接来实现。该并行连接会导致许多附加适应性问题。相反,信号是经由一系列功率分配器PD被传导至带通滤波器BPF2的。
我们已知,在用跳频实现的接收机中,图1中的宽带的带通滤波器BPF2可用窄带的滤波器来代替。在此情况下,滤波器BPF2的输入可在特定条件下被连在一起,并且无需分布放大器DA和分配器链PD,它们可被直接连到低噪声放大器LNA上。
当分配器将功率一分为二时,其理论衰减为3dB,但在实际中,其衰减为3.5dB。在五个接收机分支的情况下,三个分支的衰减为7dB,两个分支的衰减为10.5dB。
低噪声放大器LNA和分布放大器PD产生了混频器的镜像频率中的噪声。因此在它们之后需要有带通滤波器BPF2,其功能为衰减该混频器的本地振荡机从一个接收机到另一个的渗透/泄漏。向下转换发生在由跳频本地振荡机控制的高信号级混频器MIX中,该本地振荡机未被单独示出。在混频器MIX之后,所需的信号位于一个固定的频率上,这样它们可被进一步处理。
例如,许多对分布放大器DA设定的高的要求以及交换机的不适应性是上述的现有技术方法中存在的问题。分布放大器DA必须产生高的输出功率(在GSM环境中约为1W)。它必须是低噪声的并且有很好的线性以避免互调失真。
在现有技术方法中的第二个问题是由分配器链引起的连接的不适应性。分配器链PD由功率分配器组成,它导致了所需的阻抗匹配。如果有N个接收机,则同时需要N-1个接收机并且至少一些信号路径使其按log2N的顺序集拢到下一个整数。例如,接收机5至8至多需要3个连续的分配器,但是第九个接收机则会有链接的四个分配器。
现有技术方法的第三个问题源于带通滤波器BPF2,它必须通过整个所需的频带而尽可能将频带外的许多频率衰减。因此那里需要几个谐振器,并且它们必须被放大,在生产阶段通常为手动地。另外,带通滤波器很庞大,具有高的损耗。
本发明的目的在于一种可解决上述问题的多分支跳频接收机。该目的将通过一种方法和一种装置来实现,其特征在于,带通滤波器BPF2由一个与跳频同步的外部控制信号来控制。
本发明的优点主要在于,与分布放大器DA相关的各种问题可被消除。而且,本发明的接收机较上述的现有技术接收机更灵活更可靠。
现在本发明将结合各种示例性实施例更详尽地被公开,其中
图1所示为一个现有技术的多分支跳频接收机;
图2所示为一个本发明的简单实施例;
图3所示为一个本发明的第二实施例,其中LNA放大器被分布到每个放大器分支;
图4至6所示为以计算机模拟得到的频率响应;
图7至8阐释了为带通滤波器设定的要求;
图9所示为本发明的一个更高级的实施例,其中滤波器的中心频率对温度的依赖已被预先测量。
图2公开了本发明的一个多分支跳频接收机的方框图。与图1中所示的现有技术方法有关,在本发明的接收机中分布放大器DA和分配器链PD已被略去,滤波器BPD2的输入已被并行连接,并直接由低噪声放大器LNA供给。进一步,滤波器BPF2已被实现,由此其中心频率可用有关外部信号调节,最好用电压。控制单元CPU控制该系统。
在一个简单实施例中,对滤波器BPF2的控制发生,由此其中心频率作为控制信号的操作已被提前测量。该信息被存储在一个调谐电压存储器TVM中。该调谐电压存储器TVM的寻址将在以后解释。该调谐电压存储器TVM的输出,例如一个二进制数,被连到一个D/A变换器DAC(数字到模拟变换器)的输入。如果该变换器DAC没有内部保持电路,必须在调谐电压存储器TVM和变换器DAC之间建立一个。变换器DAC的输入作为信号VBPF被连到滤波器BPF2的控制输入。
对于那些熟练的技术人员显而易见的是,图2中(并且在下文将说明的图3至9中)在调谐电压存储器TVM和D/A变换器DAC之间的连接已被特别地解释作因/果关系而非独立的装置。特别应该理解的是,无需为D/A变换器的每个DAC备有独立的存储装置,而调谐电压存储器TVM也可是该存储器的元件,在其中已存储了无线电台的其他参数数据。
在一个简单实施例中,调谐电压存储器TVM的输入部分,即本发明必要的地址ADDR包括信道C的额定频率的一个数字表示。相应的存储单元的内容,即调谐电压存储器TVM的输出包括提前被测量并存储的控制信号VBPF的数字表示,必须用此表示来控制滤波器BPF2,由此滤波器BPF2的中心频率将与正被讨论的信道C的额定频率相等。
在图3所示的本发明的一个高级实施例中,滤波器BPF2已被直接连到天线A上,由此低噪声放大器LNA和第一滤波器BPF1已被略去。这要求滤波器BPF2拥有足够低的损耗。在此情况下在每个放大器分支中的滤波器BPF2和混频器MIX之间已增加了一个低噪声的放大器LNA2。这种布置的优点在于,较许多信号同时通过一个放大器相比,通常更易于实现一个信号通过多个质量足够好的放大器。众所周知,N个不相关的,等强度的信号的峰值功率是一个单一信号的峰值功率的N2倍。因此N个独立的放大器的混合的峰值功率仅是N个信号同时通过的一个公共放大器所需的峰值功率的1/N倍。而且,由N个独立的放大器形成的集合较一个单一的公共放大器更可靠。如果几个并行分支的一个分支失效,另一个分支可继续操作。
图4至8阐释了为带通滤波器BPF2设定的要求。图中已假定,在滤波器中使用了简单的谐振器。用一个双谐振器可获得更好的性能,但是使两个谐振器在整个可能的频带上相互跟踪是困难的。而且,假设在图4至8中使用了一个GSM接收机,信道的额定频率间距为400kHz。这是由GSM规定可行的最小的有用的信道间距。根据GSM建议的信道间距为200kHz,但是移动电台和基站的选择性不允许在相同的覆盖范围内使用如此位置相近的信道。对大多数运营者而言信道间距为800kHz。如果信道间距为800kHz,则质量因子Q为400kHz情况下的一半的的滤波器就足够了。
图4至6所示为各种质量因子Q情况下以计算机模拟得到的频率响应。对于一个特定的未加载的Q值,存在一个最佳的加载Q值,使插入损耗最小化。加载Q值具有一个特定的上限,否则滤波器的带通会太窄。
对于400kHz的信道间距,一个未加载的谐振器的最小的有用Q值为2000。与此值相对应的插入损耗为7dB。比这更低的因子Q会导致相邻信道谐振器之间太强的相互作用。这一点如图4所示。虽然未加载的谐振器完全在其额定频率上,外层滤波器(具有最小和最大的中心频率的那些)的最大响应并不完全在额定频率上。当把由此产生的7dB的衰减与分配器链的衰减(7或10.5dB)相比时,还应注意到,本发明的方法消除了宽带滤波器BPF2的插入损耗,该插入损耗典型值为1至2dB。并且,在本发明的方法中,该插入损耗与该接收机的所有分支的相同,当分支增加时,它并不明显变化。
图5所示为对应于图4的模拟,但是它使用了一个未加载Q值为10,000的滤波器。如图5所示,在此情况下其选择性更好并且其插入损耗只有3dB。在图6中,未加载Q值为10,000,此时其插入损耗只有约1dB,这主要由泄漏进相邻接收机的信号引起。通常,信道不适于相互间如此邻近,由此Q因子为100,000时的插入损耗只有1dB的一部分。
以模拟得到的图7描述了在一个带宽为400kHz的简单谐振器情况下,信号的调制作为频率偏移的函数如何失真。图7所示为振幅(AMPL)和相位()。图8相应地显示了作为频率偏移的函数,调制信号的衰减。在GSM系统中使用的GMSK(高斯最小频移键控)调制理论上在一个固定振幅处发生,但对额定频率的一个频率频移导致衰减的增加以及相应的振幅误差。
如图7和8所示,滤波器可以从额定频率处偏移60kHz而无明显影响。即使是100kHz的偏移仍是可容忍的。应当注意,连到该接收机输出的解码器(未显示)将该滤波器视作多径衰减的一部分,而均衡器(未显示)部分消除了这一失真。
温度未补偿的电压控制谐振器对温度的依赖在GSM中900MHz的频带上的典型值为30至100ppm/℃,即27至90kHz/℃。通过补偿技术可减小温度依赖。然而显而易见,目前制造的谐振器不得不被放置在温度保持稳定的位置。
图9所示为本发明的一个高级实施例。在此方法中,滤波器的频率对温度的依赖已被提前测量(使用温度计T)并被存储在存储器中,其方法原则上与利用图2说明的滤波器的频率对控制电压的依赖相同。在此情况下,当然需要更多的存储器。作为一个需要存储器的象征示例,对滤波器的控制电压的每个值假设了5个接收机,50个频率,100个温度和2个字节。调谐电压存储器的全部需求为50千字节。此存储器最好为一个非易失性的,可再编程的存储器。适当的技术为,例如EAROM(可电改写的只读存储器),闪烁存储器,含有蓄电池或备用电池的CMOS存储器等等。校准信息还可被写进一个普通RAM存储器中,当电源故障时,其内容被存储在例如一个硬盘上。
实现调谐电压存储器TVM的一个方法在很大程度上类似于工业标准微型计算机的显示器控制的存储布置。在计算机显示器中,其存储器是处理机的存储空间的一部分,并且该显示存储器被布置有两个门,即它可同时被读或写。该计算机的处理机通过由例如用户执行的过程非同步地使存储器的内容升级。该显示器控制与一个视频信号的产生同步地读取存储器。在彩色显示器的情况下,必须产生三个视频信号,每种基色一个。
在此比较中,计算机的处理器对应于无线电台的控制单元,计算机的标准RAM存储器对应于无线电台的RAM存储器,计算机的显示存储器对应于本发明的TVM调谐电压存储器,等等。当然,其本质差异在于,在计算机的显示器上只有三个基色,因此只有三个DAC电路,然而在本发明的无线电台中,DAC电路的数目是灵活的,其数目等于其接收机的分支的数目。
由于调谐电压存储器TVM的内容的替代品已提前为每个滤波器BPF2和温度而被决定,可以想象,本发明采用了适当的技术以在无线电台的发射机和接收机之间形成一个测试回路。在同一申请人的芬兰专利92,260中已公开了一种合适的测试回路。正如在此技术中为发射和接收保留了独立的时隙,在此专利中被公开的简单测试回路的使用限制了在校准期间基站的容量。为了定义校准将被改变到哪个方向,必须将三个相邻的时隙均分配给发射和接收方向,即总共六个时隙。
通过应用在同一申请人的芬兰专利92,966中被公开的技术可避免容量的减少,在此专利的基础上可在根据ESTI/GSM建议05.02的TCH/F+SAACH/TF信道结构的空闲帧的时隙上或在SDCCH/8信道结构的空闲帧的时隙上实现测试测量。
作为选择,可以如下方式在一个时隙期间实现接收机的调谐。用该发射机发出一个测试信号。在该时隙的开始,通过调节在额定频率以下(或者以上)的控制信号来设定滤波器BPF2的中心频率。在该时隙期间,控制信号被调节到某一方向,通过该方向滤波器BPF2的中心频率接近额定频率并通过它。同时,信号质量,例如信号强度和/或误码率,被连续测量,并且信号质量在其上达到峰值的控制信号的值被存储在存储器中。例如,在一个时隙期间的信号强度会产生图8中的图形。
还可想象,在此方法中,不是独立的测试信号,而是标准的业务被用于调谐接收机。可以调谐该接收机,由此轻微向上或向下地重复地改变滤波器BPF2的控制信号,并且对信号质量的改进或恶化作出统计研究。这些改变必须很小,以使接收机的操作不会受到很大的阻碍,而是可以测量其影响。
本发明和其不同的实施例的上述说明仅意于阐明本发明的原理。对于熟练的技术人员显而易见,各种修改没有偏离权利要求书的精神和范围。特别应当注意,可能存在几乎无限多的不同变化以控制可控制的滤波器。本发明已通过一个与GSM系统的基站有关的示例被说明,但显而易见它还可被应用与其他的传输技术中。
Claims (18)
1.一种方法,用以当已经为接收机装置的每个分支布置了响应于外部控制信号(VBPF)的带通滤波器(BPF2)时,在一个所需的频率上控制一个多分支跳频接收机装置,该装置被用于一个无线电台,特别是在蜂窝式无线电系统的基站中,该带通滤波器的控制信号(VBPF)与跳频同步地被控制,其特征在于,在本方法中为每个频率(C)和每个滤波器(BPF2)决定了带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF),并且此信息被存储在一个调谐电压存储器(TVM)中,从此处与跳频同步地检索该信息。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于
-通过为每个频率和每个滤波器校准所述的控制信号(VBPF)并通过在存储器(TVM)中存储控制信号(VBPF)的数字表示来决定带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF);并且
-与跳频同步地从存储器(TVM)中检索带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的数字表示,并且它们被变换为带通滤波器(BPF2)的控制信号,最好用D/A变换器(DAC)。
3.根据权利要求2的方法,其特征在于,在本方法中:
-预期的温度被分为预定的级,并且为对应于一个温度的每个级预先决定了带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的数字表示,并且
-在根据对应于一般温度的级的基础上,与跳频同步地从存储器(TVM)中检索带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的数字表示。
4.根据权利要求2的方法,其特征在于,在本方法中,在预定的时间上带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的数字表示被校准并被存储在存储器(TVM)中。
5.根据权利要求2的方法,其特征在于,在本方法中,当条件改变时,带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的数字表示被校准并被存储在存储器(TVM)中,此时该条件至少包括温度,气压或湿度中的一种。
6.根据权利要求4或5的方法,其特征在于,在本方法中,在GSM系统的TCH/F+SAACH/TF信道结构的一个空闲帧的时隙上和/或在SDCCH/8信道结构的一个空闲帧的时隙上,带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的数字表示被校准并被存储在存储器(TVM)中。
7.根据权利要求2至6中任一个的方法,其特征在于,校准控制信号(VBPF)包括以下几步:
-产生一个测试信号,其频率与要被校准的信道(C)的额定频率相对应;
-在要被校准的信道(C)上接收所述的测试信号,并决定该被接收测试信号的质量;
-为要被校准的信道(C)改变存储器(TVM)的内容,直至被接收信号的质量达到最佳值。
8.根据权利要求7的方法,其特征在于,通过形成一个传输信号来产生该测试信号,该传输信号偏离了被校准信道的额定频率至一双向距离,且该传输信号通过一个双工滤波器被变换到一接收频率。
9.根据权利要求8的方法,其特征在于
带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的校准进一步包括在同一时隙期间被执行的以下几步:
-通过调节控制信号(VBPF)使该滤波器(BPF2)的中心频率偏离该信道的额定频率;
-调节该滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)至一方向,通过该方向滤波器(BPF2)的中心频率接近该信道的额定频率并通过它;
-测量信号质量并在存储器中存储滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)的值,该值使被接收信号的质量达到峰值。
10.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,进一步在本方法中,至少带通滤波器(BPF2)的温度,最好气压和/或湿度,也在本质上保持稳定。
11.根据权利要求2的方法,其特征在于,带通滤波器(BPF2)的控制信号(VBPF)由下列决定:
-对该控制信号(VBPF)和/或其被存储在存储器(TVM)中的数字表示进行重复地改变;
-统计地决定该控制信号(VBPF)和/或其数字表示为何值时,被接收信号的质量达到峰值;
由此可无需一个独立的测试信号来校准该接收机。
12.一种用在无线电台,特别是用在蜂窝式无线电系统的基站中的多分支跳频接收机装置,在该装置中,为每个分支布置了一个带通滤波器(BPF2),其特征在于,带通滤波器(BPF2)的中心频率响应于一个与跳频同步地被控制的外部控制信号(VBPF)。
13.根据权利要求12的接收机装置,其特征在于,接收机分支的一个公共天线不经放大被连到并行连接的带通滤波器(BPF2)的输入,并且在带通滤波器(BPF2)之后的每个分支布置了一个低噪声放大器(LNA2)。
14.根据权利要求12或13的接收机装置,其特征在于,带通滤波器(BPF2)的中频所响应的控制信号(VBPF)是电压。
15.根据权利要求12的接收机装置,其特征在于,它进一步包括一个被连到那儿的控制单元(CPU)和一个存储器(TVM),根据控制信号(VBPF)提前被测量的带通滤波器(BPF2)的中频被存储在该存储器中,由此该存储器(TVM)的地址(ADDR)以预定方式响应于滤波器(BPF2)的所需的中心频率。
16.根据权利要求15的接收机装置,其特征在于,该存储器(TVM)是一种非易失性存储器。
17.根据权利要求15的接收机装置,其特征在于,该存储器(TVM)是一种可再编程的存储器。
18.根据权利要求15的接收机装置,其特征在于,无线电台进一步包括一个温度测量装置(T),由此得到的温度信息(VT)在操作上被耦合至控制存储器(TVM)的相同的控制单元;并且根据提前测量的温度得到的带通滤波器(BPF2)的中心频率也被存储在该存储器中;并且存储器(TVM)的地址(ADDR)以一种预定方式响应于被测量的温度。
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