CN1226768A - 跳频/码分多址系统的基站收发两用机 - Google Patents
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Abstract
小型质轻的基站收发两用机利用多个低功率TDD(时分双工)开关,而不用单个高功率TDD开关。基站收发两用机包括前向信号通路、反向信号通路,以及N个TDD开关,后者可以按照TDD定时控制器产生的TDD定时控制信号切换到前向信号通路或反向信号通路。TDD开关的输出信号在N个带通滤波器中滤波、耦合到中继耦合器,然后通过第一和第二天线辐射到空气中。中继耦合器分别耦合奇、偶数带通滤波器的输出并分别把它们耦合到第一和第二天线。
Description
本发明涉及FH/CDMA(跳频/码分多址)系统,具体地说,涉及用于采用利用数字开关和带通滤波器的中继耦合法的FH/CDMA(跳频/码分多址)系统的基站收发两用机。
图1示出用于信道数为N的已知的FH/CDMA(跳频/码分多址)系统的基站收发两用机。在该基站收发两用机中,各信道上的数据通过分配给相应信道的发射/接收模块被发射/接收。参照图1,在发射过程中,分配给,例如,第一信道CH1的数据加在数字信号处理器(DSP)101上,后者对输入信道数据执行纠错编码、交错、扰码、成帧和基带调制各种操作。从数字信号处理器1011输出的信号在载波调制器1021上被携带在载波上,然后在RF(射频)发射前置级1031上被放大和带通滤波。第1至第N信道CH1-CHN上的信号,从RF(射频)发射前置级1031-103N输出,在RF多路耦合器104上进行多路耦合,然后通过双工器105和天线106发射到空气中。在接收过程中,由天线106接收的RF信号通过双工器105被送到接收部分。所接收的信号在RF分配器107中被分隔成N个信道信号。在RF(射频)接收前置级1081-108N中,被分隔成的信道信号被低噪声放大、带通滤波并乘以相应的跳频,以便产生中频。在这里,各个信道CH1-CHN上的中频是彼此相等的。中频在中频(IF)处理器1091-109N处理,后者执行放大、滤波和自动增益控制各种操作,然后在基带解调器1101-110N中进行处理,后者恢复(解调)时钟和数据。但是,传统的FH/CDMA(跳频/码分多址)系统用的基站收发两用机有几个问题。
首先,当信道数为N时,RF多路耦合器104在耦合各个信道上的RF信号时引起的耦合损耗L用L=log2Nx3[分贝]计算,这是非常高的,因而,造成巨大的功率损耗。例如,当N=8时,RF多路耦合器104的耦合损耗约为9分贝。
第二,因为RF多路耦合器104一般尺寸和重量都大,故难以制出小型质轻的基站收发两用机。
同时,当在移动站之间通过基站收发两用机或直接在移动站之间提供通信服务时,为了简化移动站的连接结构,最好采用时分双工(TDD)而不是频分双工(FDD)。但是,当采用时分双工时,会出现所有发射信号相位彼此重合的情况。在这样一种情况下(亦即所有发射信号同相),发射功率应高达单个信道发射功率的N2倍(而不是N倍)。因此,传统的基站收发两用机要求足以应付高达单个信道发射功率的N2倍的发射功率的满足耐高功率性能的TDD开关。但是,设计和实现这样的耐高功率TDD开关很困难。同时,尽管接收部分应采用线性宽带低噪声放大器,但是在跳频系统具有非常宽的频率范围时却反而使用RF分配器107。在这种情况下,噪声增大log2Nx3[分贝],从而引起接收灵敏度的降低。
总而言之,传统的基站收发两用机有功率消耗高、重量大和尺寸庞大的缺点。另外,基站收发两用机在以下方面不利:接收部分包括耦合损耗大并具有耐高功率性能的TDD开关,而接收部分由于RF分配器107而使噪声增大,致使接收灵敏度降低。因此,采用图1的传统结构,难以制出小型质轻的用于FH/CDMA通信系统的基站收发两用机。
因此,本发明的一个目的是提供一种小型质轻的具有利用数字开关及带通滤波器的中继耦合器的基站收发两用机。
本发明的另一个目的是提供一种包括多个低功率TDD开关来代替单个高功率TDD开关的小型质轻的基站收发两用机。
为了达到上述目标,本发明提供一种用于跳频/码分多址系统的基站收发两用机,它包括:N个前向预处理器,用来对博斯-乔赫里-霍克文黑姆码(BCH)编码的控制/信令数据及交错的业务量数据进行扰码、对已扰码的数据进行报文分组、并产生跳频控制数据;前向信号开关,用来对从前向预处理器输出的信号进行切换;N个前向后处理器,用来对前向信号开关输出的信号进行低通滤波、用发射频率合成信号对经过低通滤波后的信号进行频率调制并在发射频带上对已经频率调制的信号进行滤波和放大;发射/接收选择器,用来选择发射或接受通路;N个反向预处理器,用来以接收频率合成信号对用发射/接收选择器所选择的接收信号进行解调,以恢复时钟及数据,并检测接收信号强度指示信号;反向信号开关,用来切换从反向预处理器输出的信号;N个反向后处理器,用来测量从反向信号开关输出的信号的信噪比,对从反向信号开关输出的信号进行报文组装及去扰码,以便把信号分成业务量数据和控制/信令信号;以及时分双工(TDD)定时控制器,用来为发射/接收选择器的控制产生TDD定时控制信号。
通过参照附图对本发明的最佳实施例进行详细描述,本发明的上述目的和优点将变得更加明白。附图中:
图1是用于FH/CDMA通信系统的传统基站收发两用机的方框图;
图2A和2B是用于按照本发明实施例的FH/CDMA通信系统的基站收发两用机的示意图;
图3A和3B是按照本发明实施例的发射及接收信号通路的详细示意图;
图4A和4B是举例说明用于按照本发明实施例的基站收发两用机的TDD报文分组格式的示意图;
图5是举例说明按照本发明实施例分配给各个信道的频带的示意图;
图6是举例说明按照本发明实施例的跳频控制数据格式的示意图;而
图7是按照本发明实施例的图2A的前向信号开关(202)的详细示意图。
图2A和2B是用于按照本发明实施例的FH/CDMA通信系统的基站收发两用机的示意图,其中信道数为8(N=8)。参照图2A和2B,按照本发明的TDD基站收发两用机包括发射(前向)信号通路、接收(反向)信号通路、产生切换控制信号用的TDD定时控制器212、能够响应由定时控制器212产生的切换控制信号进行切换的TDD开关(或发射/接收选择器)207、带通滤波器208及天线210和211。前向信号通路包括N个前向预处理器201、前向信号开关202和N个前向后处理器203。类似地,反向信号通路包括N个反向预处理器204、反向信号开关205和N个反向后处理器206。
图3A和3B是图2A和2B特定信道用的前向和反向信号通路的详细示意图;在前向信号通路中,特定信道的发射数据可以分类成控制数据、信令数据和实际数据。从控制和信令数据源301输出的控制数据和信令数据经过先进先出(FIFO)存储器302、BCH(Boss-Chaudhuri-Hocqenghem)编码器303和中继器304。从数据源305输出的实际数据经过FIFO存储器306、交错器307或经过FIFO存储器306。在数据源选择器309中从3个数据源选择一个,然后在扰码器310中对所选择的数据进行数据位随机化方面的扰码,并在临时储存TDD系统所必需的数据的缓冲区311中缓冲。这里,缓冲区311以16Kbps(千位/秒)的数据速率顺序地接收数据,并以32Kbps的数据速率输出(或以脉冲串输出)。把缓冲区311的输出输入到TDD报文分组器(或TDD分组格式化器)312并把缓冲区311的输出转换成TDD分组格式的数据。
另外,跳频图发生器(HPG)315利用从TOD(日期时间信号)和键控编码元件314输出的TOD和键控代码产生跳频图,而跳频图至频率映射器(HFM)316产生跳频控制数据给前向信号开关202。
图4A和4B举例说明由TDD报文分组器312产生用于TDDFH/CDMA系统的报文分组格式。具体地说,图4A举例说明在源数据是控制信号或信令信号的情况下控制或信令分组的格式,而图4B举例说明在源数据是业务量数据的情况下业务量分组的格式。控制/信令分组包括斜坡区(RZ)401、前同步信号位组合(PA)402、TDD帧同步位组合(FSP)403、控制/信令信息(CIF或SIF)404、尾标位(TB)405和往返路程时延(见图4A)用的空区(NZ)406。另一方面,数据或语音业务量分组包括斜坡区(RZ)407、前同步信号位组合(PA)408、业务量信息(TIF)409、尾标位(TB)410及空区(NZ)411(见图4B)。
在TDD报文分组器312上转换成TDD分组格式的信号在前向信号开关202中与跳频所属的频带相应地进行切换。
参照图5,整个可用的频带被划分成N个频带(亦即,8个频带),每一个都具有相同的带宽。
与此同时,由HFM 316产生的跳频控制数据具有图6中所示的格式。图中,该格式包括第一个1位字段601、第二个3位字段602、第三个1位字段602和第四个N位字段604。第一字段601表示信道通/断信息,而第二字段602表示第四个字段604的跳频所属的频带。第三个字段603表示该跳频是发射用的还是接收用的频率。第四个字段604表示用于控制频率合成器以产生跳频的跳频控制数据。
图7举例说明图2A的前向信号开关202的详细示意图。由HFM316产生的跳频控制数据h1(t)具有图6的格式,其中第一字段601的1位信道通/断信息储存在寄存器702中,用来控制多路信号分解器704和705的通/断(启动/禁止),而第二字段602的3位频带信息储存在寄存器703中,用来把多路信号分解器704和705的输入数据h1(t)和d1(t)多路分解给输出结点Y1-Y8。就是说,准备发射的跳频控制数据h1(t)和数据d1(t)切换至该跳频控制数据h1(t)所属的频带。以相同的方法处理跳频控制数据h2(t),h3(t),h4(t),h5(t),h6(t),h7(t)和h8(t)。随后,以h1’(t)的形式通过“或”门707输出第一频带的跳频控制数据h1(t),而以d1’(t)的形式通过“或”门709输出第一频带的发射数据d1(t)。同理,以h8’(t)的形式通过“或”门727输出第八频带的跳频控制数据h8(t),而以d8’(t)的形式通过“或”门729输出第八频带的发射数据d8(t)。
从前向信号开关202输出的发射信号在高斯低通滤波器317中滤波,并在FM(频率调制)调制器318中进行频率调制,因而被GMSK(高斯滤波最小频移键控)调制。频率调制器318中使用的载波是在发射频率合成器(TXFS)321产生的,它是这样控制的,以便产生具有载波的跳频。就是说,由HFM 316产生的跳频控制数据在前向信号开关202切换,并响应从TDD定时控制器212产生的TDD切换控制信号和图6第三字段603的1位发射/接收频率信息在发射/接收选择器323中将跳频控制数据传送给发射频率合成器321或接收频率合成器(RXFS)324。发射频率合成器321的输出加在调频(FM)调制器318上进行频率调制。由HFM 316产生的跳频控制数据是逐次跳频改变的,使得发射频率合成器321产生的跳频也是逐次跳频改变(跳频)的。这跳频,亦即用这样的方法产生的跳频载波在FM调制器318中被调制。FM调制器318的输出在带通滤波器(BPF)319中滤波,在功率放大器320中放大,在带通滤波器322中滤波,然后通过绝缘子325传送给相应的TDD开关207。
TDD开关207受TDD定时控制器212控制。当TDD定时控制信号代表发射方式时,TDD开关207与发射通路连接,把发射信号发送到天线210。当TDD定时控制信号代表接收方式时,TDD开关207连接接收通路,把通过天线211接收的信号输入到接收部分。这里,与图1所用的传统TDD开关105不同,TDD开关207是低功率TDD开关。
就是说,本发明的基站收发两用机包括N个用于各自信道的低功率TDD开关,而不用图1的单个高功率TDD开关105,以此便于TDD开关的实现和设计。把TDD开关207输出的发射信号输入到具有图5所示的不同通带的带通滤波器208。就是说,把带通滤波器208配置成分别具有独特通频带:频带1,频带2,频带3,频带4,频带5,频带6,频带7和频带8的B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7和B8序列。带通滤波器208的输出耦合到中继耦合器209。为了减少信道之间的相互干扰,中继耦合器209耦合到第(B2n-1)个带通滤波器(其中:n=1,2,…,N/2:亦即带通滤波器B1,B3,B5和B7)的输出端,以便把耦合的信号传输到天线210,并且,中继耦合器209耦合到第(B2n)个带通滤波器(其中n=1,2,…,N/2:亦即带通滤波器B2,B4,B6和B8)的输出端,以便把耦合的信号传输到天线211。这种利用带通滤波器208和中继耦合器209的耦合方法,与图1的利用RF(射频)多路耦合器104和RF分配器107的传统方法相比,具有功耗低、重量轻、尺寸小、耦合损耗降低(N=8时,约为5-6分贝)以及分配损耗降低的优点。传输到天线210和211的发射信号被辐射到空气中。
被天线210和211捕获的无线电信号经过反向信号通路。所接收的信号被分配到中继耦合器209,并经过带通滤波器208和TDD开关207。当TDD定时控制器212输出的TDD定时控制信号代表接收方式时,TDD开关207与反向信号通路连接,并把所述信号传输给反向预处理器204。反向信号开关205切换预处理器204输出的信号,而反向信号开关205的输出通过信道、经过反向后处理器206传送给相应的用户。也就是说,在预处理器204处理的信号在反向信号开关205中切换,并通过反向后处理器206输出。图3A和3B所举例说明的反向预处理器204、反向信号开关205和反向后处理器206构成反向信号通路,后者与前向信号通路相反。从TDD开关207之一接收的信号经过过功率保护器326、低噪声放大器(LNA)327、带通滤波器328和低噪声放大器329,然后在混频器330中与从接收跳频合成器324输出的本机接收信号混频,于是被下变频。这里的接收跳频合成器324也受由HFM 316、前向信号开关202和发射/接收选择器323产生的跳频控制数据控制。混频器330的输出通过带通滤波器331和限幅器/FM(调频)鉴频器332转换成基带信号,然后被加到时钟及数据解调器333,后者解调出时钟和数据。另外,接收电平检测器334从限幅器/FM(调频)鉴频器332的输出信号检测RSSI(接收信号强度指示)信号。解调器333的时钟和数据输出和接收电平检测器334的输出在反向信号开关205中被切换,该反向信号开关与图7所示的前向信号开关202具有相同的结构和操作。在反向信号开关205中切换的信号输入到TDD报文装配器336和接收信/噪比估算器337。
从进行与TDD报文分组器312的操作相反的操作的TDD报文装配器336输出的数据在去缓冲元件338中被去缓冲,并在进行与扰码器310所进行的操作相反的操作的去扰码器339中被去扰码。在数据选择器340中,从去扰码器339输出的数据按照数据的类型选择性地输出到不同的信号通路上。就是说,当该数据是数据业务量时,它在去交错器341中被去交错,并通过先进先出(FIFO)存储器345被输入到数据接收器305。当该数据是语音业务量时,它通过先进先出(FIFO)存储器345被输入到数据接收器305。当该数据是控制/信令信号时,它通过多数表决元件343、BCH译码器和先进先出(FIFO)存储器346被输入到控制/信令接收器301。所有其他信道也具有前面所描述的相同的前向和反向信号处理流程。
如前所述,本发明的基站收发两用机采用利用前向/反向数字开关和带通滤波器的中继耦合结构,而不是传统的多路耦合结构,因而有助于减小尺寸和重量。另外,可以减小射频(RF)信号的功耗和耦合与分配损耗。此外,用低功率TDD开关代替传统的难以实现的单个高功率TDD开关。
尽管已经参照特定的实施例详细地描述了本发明,但它只是示范性的应用而已。因此,显然,在本发明的范围和精神以内任何一个本专业的技术人员都可以作出许多变化。
Claims (5)
1.一种用于跳频/码分多址系统的基站收发两用机,它包括:
N个前向预处理器,用来对博斯-乔赫里-霍克文黑姆码(BCH)编码的控制/信令数据及交错的业务量数据进行扰码、对已扰码的数据进行报文分组、并产生跳频控制数据;
前向信号开关,用来切换从前向预处理器输出的信号;
N个前向后处理器,用来对前向信号开关输出的信号进行低通滤波、用发射频率合成信号对经过低通滤波的信号进行频率调制并在发射频带上对已经频率调制的信号进行滤波和放大;
发射/接收选择器,用来选择发射或接受通路;
N个反向预处理器,用来以接收频率合成信号对用发射/接收选择器所选择的接收信号进行解调,以恢复时钟及数据,并检测接收信号强度指示信号;
反向信号开关,用来切换从反向预处理器输出的信号;
N个反向后处理器,用来测量反向信号开关输出信号的信噪比,对反向信号开关输出信号进行报文组装及去扰码,以便把信号分成业务量数据和控制/信令信号;以及
时分双工(TDD)定时控制器,用来产生控制发射/接收选择器的TDD定时控制信号。
2.权利要求1的基站收发两用机,其特征在于:所述发射/接收选择器按照从TDD定时控制器输出的TDD定时控制信号连接到前向预处理器和后处理器或者反向预处理器和后处理器。
3.权利要求1的基站收发两用机,其特征在于:所述前向和反向信号开关中的每一个包括:
第一多路信号分解器,用来对第一至第N信道发射输入数据进行多路分解;
第二多路信号分解器,用来对第一至第N输入跳频进行多路分解;
寄存器,用来储存用作控制第一和第二多路信号分解器控制信号的频带信息;
第一“或”门,用来从第一多路信号分解器的输出产生第一至第N信道发射输出数据;
第二“或”门,用来从第二多路信号分解器的输出产生第一至第N输出跳频。
4.一种用于跳频/码分多址系统的基站收发两用机,它包括:
N个前向预处理器,用来处理N个信道的发射数据;
前向信号开关,用来把发射数据切换到未使用的信道;
N个前向后处理器,用来处理所述前向信号开关的输出信号;
N个TDD开关,它们可以按照TDD定时控制信号切换到前向信号通路或反向信号通路,所述TDD开关接收从前向后处理器输出的经过处理的信号;
TDD定时控制器,用来产生所述TDD定时控制信号;
N个带通滤波器,用来对所述TDD定时控制信号进行带通滤波;
中继耦合器,用来耦合带通滤波器的输出信号;
第一和第二天线,用来把从中继耦合器耦合的信号辐射到空气中,并捕获空气中的无线电信号;
所述带通滤波器用来对通过第一和第二天线接收到的信号进行带通滤波;
所述TDD开关用来按照TDD定时控制信号把所接收到的信号切换到反向信号通路;
N个反向预处理器,用来处理所述TDD开关的输出信号;
反向信号开关,用来把从所述反向预处理器输出的已经处理的信号切换到未使用的信道;以及
N个反向后处理器,用来处理从所述反向信号开关输出的切换后的信号。
5.权利要求4的基站收发两用机,其特征在于:为了减小信道之间的相互干扰,所述中继耦合器耦合奇数带通滤波器的输出,以便把耦合的信号传送到所述第一天线,并且所述中继耦合器耦合偶数带通滤波器的输出,以便把耦合的信号传送到所述第二天线。
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