CN1285095A - 用于码分多路存取中继器及低噪声放大器的延迟组合器系统 - Google Patents

用于码分多路存取中继器及低噪声放大器的延迟组合器系统 Download PDF

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Abstract

对多路径信号加以信号延迟及组合技术,以在CDMA空中中继器及低噪声放大系统中提供信号分集(diversity)的增益。从一远端用户传来的一进入信号典型上经由两处理路径处理,信号在其中的一路径上被加以一延迟。随后两信号被组合并通过选频带通滤波器被加以滤波,该滤波器较佳地为表面声波滤波器。在一空中中继系统中,被滤波的信号再往一基地台的一CDMA瑞克接收机发射,其可将多路径信号处理而成一纯净的信号。在一低噪声放大器中,经滤波的信号则直接传至一基地台或一接收机。表面声波滤波器的使用可对低噪声放大器之后级加以保护,并能使基地台免于带外干扰信号的影响。基地台用的四重分集低噪声放大系统实施例亦在本发明中揭露,其能提供四重分集处理并改善CDMA基地台的灵敏度。

Description

用于码分多路存取中继器及 低噪声放大器的延迟组合器系统
发明领域
本发明涉及通信中继器系统领域。尤其涉及码分多路存取中继器系统及多重分集(diversity)延迟组合低噪声放大系统，前者具有接收信号的分集，后者能向传统中继器及基地台提供接收分集维数。
发明背景
码分多路存取(CDMA)技术是一种常用在通信系统中的技术，其允许在大量系统用户之间提供通信。而中继器则在各种通信系统中被当作移动用户与基地台之间的一个信号延续装置，塔顶(tower-top)放大器也是很多基地台及中继器设计中的信号延续装置。
K.Gihousen，R.Padovani及C.Wheatley等人在题为“CDMA蜂窝电话系统通信中提供软切换的方法和系统”的美国专利5，101，501(1992年3月31日)中揭露一种系统，当移动用户在小区现场服务区域之间移动时，该系统能在移动用户与小区现场之间引导通信信号。
K.Gihousen，R.Padovani及C.Wheatley等人在题为“CDMA蜂窝电话系统中的分集接收器”的美国专利5，109，390(1992年4月28日)中揭露一种用于一CDMA蜂窝电话系统的展频接收子系统。
D.Reudink在题为“角度分集的窄波束天线系统”的美国专利案5，563，610(1996年10月8日)中揭露一种接收系统，该系统包含至少一天线，该天线能提供多道天线束。第一天线分支处理第一多道天线束中的第一多道信号，该第一处理分支则包含多个延迟路径，而每一延迟路径则接收该第一多道信号之一。该第一处理分支同时还包含一组合器，以组合从延迟路径输出后的信号。第二天线分支处理第二多道天线束中的第二多道信号，该第二处理分支则包含多个延迟路径，每一延迟路径则接收该第二多道信号之一。该第二处理分支同时还包含一组合器，以组合从延迟路径输出后的信号。CDMA接收机具有第一端口及第二端口，第一端口耦合至该第一处理分支的输出，而第二端口则耦合至该第二处理分支的输出。
R.Dean，F.Antonio，K.Gilhousen及C.Wheatley在题为“双重分布天线系统”的美国专利5，533，011(1996年7月2日)中揭露一种分布式天线系统，用以提供促进信号分集的多路径信号以提高系统的性能。公共节点处的天线的每一节点提供了具有不同延迟的路径至基地台。此时在分布式天线系统与基地台之间建立“直接”连接，其中该分布式天线系统提供多路径信号(增加维数)以促进信号的分集，但该系统并未揭露中继系统中分集的使用。
R.Dean，P.Antonio，K.Gilhousen及C.Wheatley等人在题为“双重分布天线系统”的美国专利5，513，176(1996年4月30日)中揭露一种分布式天线系统，其用于一种能提供多路径信号的系统中，以对信号进行多样化处理，以强化系统的性能。该天线的每一节点都包含一个以上的天线，而位于公共接点的每一节点都提供了具有不同延迟的路径至基地台。
虽然现有技术都以分集技术来扩展系统的能力，但它们并没有揭露一CDMA中继器或一塔上型放大器的主要天线内分集的使用。
某些现有技术虽然揭露了相对于基地台的内建(in-building)应用的分集使用方法，但它们并未揭露在空中的CDMA中继器内提供分集的延迟技术。
所以，现有技术的系统及方法提供了基本的分布式天线系统，但它们却未能提供空中的中继系统内的CDMA接收分集系统中的分集，同时它们也未提供塔上型或低噪声放大系统的延迟组合分集处理，所以对这种中继系统的成功开发将会是科技界的一大跃进。
发明概述
信号延迟及组合技术用于多路径信号，以在码分多路存取(CDMA)的空中中继器及低噪声放大系统内提供信号分集(signal diversity)增益。一进入信号(如从一远端用户所发出)通常经过两处理路径而被处理，其中的一处理路径会在该被处理的信号上加以一延迟，而后对该两路径的信号加以组合，并经过一选频(sharp)带通滤波器滤波为佳，该选频带通滤波器则以表面声波滤波器(SAW)为佳。以一空中的中继器而言，经过过滤的信号再往一基地台的一CDMA瑞克(rake)接收机传送，接收机能将该多路径信号加以处理而形成纯净的信号。在一低噪声放大器内，经过滤波的信号直接被送往基地台或中继器。表面声波滤波器的较佳使用可保护低噪声放大器之后级，并能使基地台不受带外信号的干扰。一种与基地台直接连接的四重分集延迟组合低噪声放大系统也在本发明中作了揭露，其能将接收分集维数(接收路径数)从两个增至四个。
附图简述
图1所示为一多路径输入信号，其具有多个解相关路径，而该路径为一CDMA天线系统所接收；
图2所示为一CDMA中继器与一基地台之间的交互作用；
图3为一双分集延迟组合低噪声放大系统的方块图，其与一传统(无分集)中继器并用，提供接收分集；
图4为一两级级联的带通滤波器的详细示意图；
图5为一CDMA中继系统的详细方块图；
图6为第二CDMA载波器的二级发展方块图；
图7为专为基地台设计的四重分集延迟组合低噪声放大系统的方块图；
图8为一分集中继器的第一个替换的实施例，其中有两分离的完整中继路径，该路径延伸至反向功率放大器的输出；
图9为一分集中继器的第二个替换的实施例，其具有两分离的完整中继路径，该两路径使用两施主(donor)天线；及
图10为一分集中继器的第三个替换的实施例，其具有两分离的完整中继路径，经由通道选择滤波器。
较佳实施例的详细说明
图1所示为一天线组件15及与其作用的一进入信号12。该天线组件15由多个天线16a-16n组成，而每一天线都连接至天线输入17。该进入信号12是一种衰减信号，也就是指其因传播而使信号的强度快速改变。该信号12可由多个天线16a-16n同时接收，而该信号12在空间中任一点的瞬间振幅与空间中其它点的瞬间振幅不同(在此处，该空间指的是为天线组件15所占之处)，任何点的瞬间振幅与每一天线16的极化与面对的方向有关。在图1中，所示的衰减信号12由多个信号12a-12n组成，这些衰减信号12a-12n的瞬间振幅一般是不相同的，其中这些信号12a-12n间的关系被称作解相关(decorrelation)。
天线16a-16n被设计成能使影响每一天线16所接收到的信号的衰减过程是不相关的，亦即每一独立天线16a-16n所接收的信号12的衰减与其它n-1个天线16所接收到的信号无关。当一组信号12之间存有这种关系时，这些信号被称作互解相关。而天线16a-16n必须设计成使信号12间存有这种互解相关。有很多不同的方法来构成多个天线16a-16n，这样，在信号12a-12n之间存在互解相关关系。实现该关系的任何结构都可采用。
如前所述，信号12a-12n的瞬间振幅是位置、极化与抵达方向的函数。所以空间分隔、极化分隔、角分隔或前述任意组合的方式均可使信号12a-12n具有互解相关关系。
在移动无线环境中两种常用的实现互解相关的技术是空间分隔与极化分隔，因为该两者利用了位置分隔及极化分隔能提供解相关信号的事实。当用以提供解相关信号的方式为空间分隔时，天线16一般必须要相隔10至20个波长的距离，以能满足解相关的条件；而当使用的方式为极化分隔时，使天线16极化，以至天线16之间的极化互为正交。
在一CDMA系统中，一解调器可以最佳方式对这些信号12a-12n进行组合，使这些信号组合成一复合信号，该复合信号要远比个别信号12a-12n的任何一个强。该接收多个解相关信号及组合信号12a-12n的处理过程称为接收分集(receivediversity)。由于复合信号较个别接收到的信号12a-12n更强，所以对适当系统性能所要求的信噪比比未使用接收分集技术的系统的为小。这在信噪比要求上的降低增强了CDMA系统的能力，CDMA中继器与基地台的范围增大。
信号延迟及组合技术可用于一CDMA空中中继器或一双分集延迟组合低噪声放大系统46(图3)中，以对传统的CDMA空中中继器提供接收分集。该所揭示的技术也可用在一四重分集延迟组合低噪声放大系统150(图7)中，以进一步增加接收分集的维数。
基地台多路径解调器
图2所示为一中继器22及一基地台39之间的反向路径交互作用。多路径信号12具有解相关路径12a及12b，并往基地台方向传送，在基地台该信号被处理，最后则为一多路径解调器(通常为一瑞克接收机)解调。
本发明中所使用的天线16可为在极化上互相正交或是在空间上互相分隔，以提供分集增益所需的解相关，其中空间分隔的距离一般是10至20个波长。
反向路径(从一移动台至一基地台)使用了一种不相干的调制方式，该方式称为64相关的正交调制。基地台39利用一瑞克接收机34来对进入信号12进行解调，而该瑞克接收机34解调器较佳地用于多路径环境。
瑞克接收机34使从每一瑞克指36送来的调制符(symbol)能量相加，并根据与每一调制符有关的总能量来做一决策。这种多路径解调器36虽然不是最佳的，但也仅稍逊于一种最佳的多路径解调器(数十分之一dB)。关于瑞克接收机设计的更详细的描述，可参照A.J.Viterbi撰写的“扩展频谱通信的CDMA原理”，Addison-Wesley 1995年中的说明。
当个别解调器的瑞克指36的平均信号功率相同时，瑞克接收解调器34能准确得成为一最大比例组合器。这种分支间信号功率的等效性是在本发明中很多实施例中会见到的。
最大比值组合器38将与每一进入信号路径12a，12b有关的能量组合起来，这能有效地得到每一指的每比特能量对噪声密度比值Eb/IO的和。该最大比值组合器38的特性性能如下： | E b I O | Total = 3 i = 1 X | E b I O |
其中Eb为与每一信息比特有关的能量(焦耳)，而IO则为噪声与干扰功率密度的和(瓦特/赫兹)，比值(Eb/IO)i则为一信号路径12上每信息比特的能量与噪声及干扰密度的比。
组合器38的输出40为每比特能量对噪声密度比值的总和，即(Eb/IO)Total。对一组固定的通道衰减条件及分集结构来说，系统解调的误差率与每比特能量对噪声密度比的总和(Eb/IO)Total成反比，即该比值愈小，误差率就愈大。
组合器38的输出40被送至一决策装置42，其中该决策装置42会决定该把哪个调制符送出。一旦调制符被决定之后，真正的信息比特就可被导出。
在一实施例的多路径解调器34具有四个指36，其中每一指36都对单一路径12进行追踪与解调，而每一指36都分配至每一可用路径12。瑞克接收机34只能对在不同射频分支或在相同射频分支、但时间为相互分散的路径12加以分辨。路径12一般与天线16有关，所以一个瑞克指36一般都锁至每一天线16上。
天线16结构成能达到信号12间的互解相关关系，而构成天线16的方式有许多种，以至在信号12中间存在互解相关关系。实现信号12间的互解相关关系的任何构成皆可采用的。
如上所述，信号12a-12n的瞬间振幅是位置、极化与抵达方向的函数，所以空间分隔、极化分隔、角分隔或前述三者的组合都可将信号12a-12n处理成具有互解相关的关系。
移动无线环境中用以实现互解相关最常用的两种技术，其分别是空间分隔及极化分隔，该两者利用位置及极化分隔能提供解相关信号的事实。当以空间分隔来得到解相关信号时，天线典型上都以10至20个波长的宽度相隔以满足解相关。当采用极化分隔时，天线被极化，使天线间的极化互为正交。
在一组预定条件下，欲达某一系统性能所需的每比特能量对噪声密度比的总和(Eb/IO)Total是一定的，这些条件包含路径12a-12n间的相关度、路径12a-12n的数目、移动用户的速度及当时的通道条件，其中通道条件几乎一定都被假设为一时间分散通道，且其大小为瑞利(Rayleigh)分布。移动用户的速度通常都被当作与该移动用户正在操作的型态类型有关；路径12a，12n间的相关度几乎都被视为零(即不相关的衰减路径)。这就仅仅使路径12a-12n数及移动速度作为决定每比特能量对噪声密度比的总和(Eb/IO)Total的因子。
对固定速度的移动用户而言，(Eb/IO)Total只需要为路径数的函数。例如，在具有一条路径的郊区环境形态中，1％误差率的(Eb/IO)Total条件是14dB；两路径时为10dB；四路径时则为9dB。其中(Eb/IO)Total能降低是因为外加解调用路径加入的分集增益所致。由于典型的基地台39拥有至少两天线16，所以需解调的路径就至少为二(其为独立的衰减路径)。因此，在最差的状况下，(Eb/IO)Total的要求为10dB。
在一传统的中继器设计中，回至基地台39进行解调的只有一单一路径12，这时就如以上例子所述，其(Eb/IO)Total需要有14dB，这比基地台39操作所需的(Eb/IO)Total大出4dB。然而，这种中继器的设计却不尽理想，因为解调时所需的(Eb/IO)Total可以因加入一第二独立衰减路径的方式降低的。一第二独立衰减路径能将所需的(Eb/IO)Total降至10dB，这时就与基地台39操作所需相同了。
本发明很有效地提供一第二路径12b以供基地台瑞克接收机34解调用，如此能使中继器22的性能达到最佳。在中继器22为基地台39提供第二路径12b的情况下，所需的(Eb/IO)Total精确地与基地台39的相同，即为10dB。
在本发明的一基本实施例中，两解相关信号路径12a，12b为两天线16所接收，该两者并从一单一射频通道送回基地台瑞克接收机34。用以实现此目的的过程就是延迟组合过程。延迟组合过程会对该两解相关信号加以时间多工，也就是使信号路径12a或12b之一的延迟大于另一信号路径。由于引入信号路径12a或12b之一的延迟足够大，所以该两信号就不再相干，其中过度的延迟系指超过行进于两芯片所需的时间，而所形成的码偏值(code offset)能确保两路径12a，12b之间的相关度为零，如此两路径12a，12b就不会相互产生噪声。
由于两信号12a，12b在时间上是分开的，所以瑞克接收机34就可被锁至两路径12a，12b上，并对两路径12a，12b进行解调，进而提供所需的分集增益。
瑞克接收机34寻找两路径12的过程包含下列步骤：
(1)寻找抵达时间(TOA，相对时间延迟)，并锁至路径12a之一(通常为先到达者)；
(2)围绕第一路径12a(按时)搜寻其余的多路径12b-12n；
(3)寻找并锁至第二路径12b；及
(4)解调该第一路径12a及该第二路径12b。
所以，此时瑞克接收机34具有至少两个解相关路径12a，12b进行解调，而所需的(Eb/IO)Total则仍与基地台39的相同。
双分集延迟组合低噪声放大系统
图3为一双分集延迟组合低噪声放大系统46(塔装或其它方式)的方块图，其使用与传统的中继器(无分集)相关，以提供接收分集。该双分集延迟组合低噪声放大系统46通过提供双分支分集而将传统(无分集中继器)提升成一双分集中继器，该双分集延迟组合低噪声放大系统46或者可为天线杆安装，或者可以地面安装在传统中继器附近。
双分集延迟组合低噪声放大系统46的主要特征在于其延迟组合器，该组合器能将两接收路径47a及47b以时间多工的方式连接至一射频路径49上。这种能力能让传统中继器与双分集延迟组合低噪声放大系统46共用时使该传统中继器的作用相当于分集中继器。其中，两天线16a及16b连接至天线连接器17，并用空间和/或极化分集结构实现，以捕获两解相关衰减路径12a，12b。与这些路径有关的两信号较佳地直接从天线16a，16b馈送到带通滤波器48，如此信号就不受邻带无线信号的影响，这样的过程称为预选(preselection)，而带通滤波器48就被当作是一预选滤波器48。
在双分集延迟组合低噪声放大系统46的一较佳实施例中，在预选滤波器48之后有低噪声放大器(LNAs)56将信号放大，其能使后级信噪比的下降减至最小，尤其是与第一天线16a有关的路径上的时间延迟元件。
从第一天线16a进入的信号在经过低噪声放大器56后被馈送到时间延迟元件58，而从第二天线16b进入的信号则较佳地馈送到可变衰减器60。该延迟元件58通常是一表面声波滤波器，其能对从第一天线16a及第二天线16b进入的信号加以不同的延迟时间。通过及时移置路径12a，12b这种延迟能让基地台的瑞克接收机34对两路径12a，12b解调。该延迟幅度一定要大于信号行经两芯片的时间(如IS-95及J-STD-008需要约1.8微秒)，但所需的延迟幅度随不同的应用技术(如宽带CDMA)而有所变化。在第二分支路径47b上最好能加上一可变衰减器60，以平衡分支47间的增益，这对系统性能的最佳化来说是相当重要的。
在经过第一分支47a上的延迟元件58及第二分支47b上较佳的可变衰减器60之后，信号61a和61b在一组合器62中相加。组合器62将该两处理信号61的功率相加。由于该两处理信号61a，61b间存有超过行进一芯片的时间差，所以信号61就不再是相干的了，这是由于调制反向路径(上行线路)信号的伪噪声(PN)码的特性所致。
这种码是特别设计用来使具有一芯片行经时间差或更大时间差的信号的相干程度降至最小，由于处理信号61a及61b不再相干，所以它们是以随机宽带的方式互相干扰，于是就产生一功率和，相同方式的噪声功率和。两处理信号(在时间上不同)会出现在组合器62的输出处，而每一信号看起来都像另一信号的噪声。在本例中，该过程会将信噪比降低3dB，不过这损耗会由基地台39的瑞克接收机34补回。
在信号通过该组合器62之后最好能通过一低噪声放大器64，以增加信号电平来防止后级将发生的信号损耗。此外，该低噪声放大器64的加入也能维持信号的信噪比。
在一较佳实施例中，下一级是一接收功率分离器66，其能提供系统扩充的选择。该接收功率分离器66会将两路径的信号分开，一个通至RX0/TX0端口67b，另一则通至RX1/TX1端口67a。这种设计能使一双分集延迟组合低噪声放大系统46的输出为两个中继器处理，这样的做法是系统扩充的较佳方式。传统的中继器及基地台系统的天线系统设计双向结构，即利用一共用天线及缆线进行接收及传输，如此能使天线系统的所需的零件数目减至最少。
在一使用接收功率分离器66的较佳实例中，信号从接收功率分离器66的两输出送至两互相分离的两级级联的滤波器70a，70b中；而在一未使用接收功率分离器66的较佳实例中，从低噪声放大器64输出的信号则直接馈送至一单一的两级级联滤波器70中。
两级级联滤波器70的每一个都由一选频(sharp)接收带通滤波器72及一射频切换滤波器74所构成，如图4所示。该两级级联滤波器70能使中继器不受强烈的带外干扰信号的干扰，因此不会有调制间失真(IMD)的发生，该两级级联滤波器70通过增加带外输入拦截点的方式保护中继器。
两级级联滤波器70由两滤波器组成，其中第一滤波器为一选频带通滤波器72，其能防止带外干扰的影响，这在以上说明过。第二滤波器为一大功率接收(Rx)带通滤波器74，其能保护该选频带通滤波器72免遭大功率发射器信号的影响。
双分集延迟组合低噪声放大系统46(在较佳的实施例中它包括两级级联的滤波器70)置于传统的中继器之前，如此能使传统中继器的IMD作用降低至极小量，只留下双分集延迟组合低噪声放大系统46内产生的IMD积，这使得带外输入第三阶拦截点增加了15dB
双分集延迟组合低噪声放大系统电路46在此时已对接收系统所需的信号处理完毕。在一较佳实施例中使用了一选用的接收功率分离器66(如上述)，其能提供两输出以利系统的扩充。当使用接收功率分离器66时，两级联的滤波器70也要加上，其中每一级联都接收功率分离器的输出。这些滤波器除了用以防止干扰外，还能当作接收端双向滤波器(载波阻止滤波器)。级联滤波器70协同较佳预选滤波器48及TX带通滤波器65提供双工设计中操作所需要的切换及滤波。
较佳的双工设计可允许只使用一单一缆线，该单一缆线同时载送发射及接收信号，其并被连接至RX0/TX0端口67b或RX1/TX1端口67a。该双工设计在接收电路旁提供了发射器信号用的旁路。示于图3的设计就是一种双重双工设计，因为信号在施主输入/输出端口67a，67b(按钮RX0/TX0和RX1/TX1)处为非双工，但在用户天线端口17之前重新为双工。
带通滤波器
带通滤波器48，72，103被设计用来对LO漏量加以衰减，并可对任何带通滤波器48.72，103之前组合过程产生的似是而非的信号加以衰减。
表面声波滤波器72以用于双分集延迟组合低噪声放大系统46中为佳，即如图4所示。该表面声波滤波器72能改善调制间的性能(具有较大的带外输入拦截点)。
中继器22、80内类似的较佳装置为通道选择滤波器，虽然该滤波器的主要功能在提供个别通道的选择(隔离)，而能使中继器22，80隔离及提供系统操作者所需要的通道，但其也可达到以上所述的相同效果。
中继器
图5所示为一CDMA中继系统80的详细方块图。利用中继器80提供分集处理时，一单一时间多路复用信号12(包含至少两独立衰减路径12a，12b)被传送至基地台39，其中基地台通常包含有一瑞克接收机34，该接收机34能对该包含至少两路径12a，12b的时间多路复用信号12进行解调。
传统CDMA系统中的一中继器只有一个输入路径或信号分支，而没有信号分集，所以当单一输入路径衰减时就没有第二路径可供信号输入，所以其信噪比的要求(包含衰减边界(fade margin))就很大，这使得链接预算损耗很大，且传统中继器的区块容量会渐减。与分集中继器比较，传统中继器的链结预算被降低3至4dB，而区块容量也同样被降低3至4dB。以上所述都是传统中继器的缺点，尤其是当传统中继器被用以延伸一区块的范围、但不能维持容量时特别是如此。
无线中继器80从移动用户MS处接收移动信号，并不当作是一固定基地台39及另一固定基地台39之间的中继器。该无线中继器50是以现场为基础的，利用空中介面，以自身的频率来拾取移动信号，其作用就像一基地台或一基地台的延伸部份。因此，无线中继器80不需要外加的频谱来扩张有效小区服务范围。
本发明所使用的分集处理技术只用在CDMA系统的使用上，因为CDMA系统能够对多路径信号12中路径12a，12b间的延迟加以辨认及多路分离。
中继器80的反向路径(上行线路)操作如图5所示，其中移动用户MS送出信号12至中继器81的用户端(再发射端)上的天线组件15。一施主天线组件117位于施主侧119上，以将处理信号传输至一基地台39。该处理的信号由基地台39的天线16a和16b接收。在用户端81有一双极化天线组件15或一空间分离的垂向极化天线组件，或为其两者的组合。信号经过双工器82而进入两低噪声放大器86中，其中该双工器82当作一滤波器，以将发射及接收信号12加以分离。第一低噪声放大器86与延迟元件96包含反向路径分集前端92，而该反向路径分集前端92的存在系供低噪声放大器及信号延迟用。反向路径主前端84由一低噪声放大器86、一组合器88及一压控衰减器120组成，而延迟就加在对应于反向路径分集前端92的信号路径上，其可与双分集延迟组合低噪声放大系统46并用，即可用在中继器的应用中。反向路径主前端84及反向路径分集前端92间的增益差被加以平衡，其中该差异自组合器88的输入端口及输出端口之间测得。
路径12a，12b随后在组合器88中相加，并以送至一通道选择滤波器100为佳，因其内部有一选频表面声波滤波器可将带外信号加以除去。在通道选择滤波器100的输出处一些不需要的似是非信号及LO漏量从信号转换过程产生出来，它们最好能以一带通滤波器103加以滤除。该信号接着以通过一功率放大器102、一双工器82，并随后经由施主天线组件117传送至基地台39为佳。这时候，两路径12a及12b在时间上是分开的，就如图1及图2所示。图中示出组合信号12以显示两路径元件12a，12b，而该两元件不一定需要是分离的。
在该电路的前向(下行线路)上，一发射信号12在施主侧119上从基地台39传送至双工器82，自此该信号12被分离开来，其中信号12的部份通过前向路径前端85，该前端85则包含一低噪声放大器86及一压控衰减器90。该信号随后通过一通道选择滤波器100、一带通滤波器103、一前向功率放大器106及一双工器82，接着信号再发射到中继器80的用户端，即从其天线组件15的任一天线16处送入。
在施主侧119上的组合器110可以加上一第二载波器反向路径(上行线路)传输路径，而J1及J2则允许第二CDMA射频载波器路径用于前向路径(下行线路)。本基本实施例的载波器数仅需要一个，而目前典型的CDMA频谱则可提供多个射频载波器，所以在本发明的不同实施例中可以使用多个载波器发射路径。
系统优点
无线中继器80(如个人通信服务(PCS)中继器80)可提供许多较现有技术更多的优点，其中胜过现有技术的最主要优点为反向路径接收(上行线路)分集特征，其能改善系统的灵敏度及通话品质、并能维持正常的系统能力，这是本发明远胜过现有技术之处。较佳实施例中的无线中继器80为通道选择的，它较佳地用在CDMA应用中，其设计成能使上行线路噪声低、下行线路传输功率大(接近基地台的功率)，并在上行线路有分集处理路径。在无线中继器80的基本实施例中具有一CDMA频率载波器。在图6所示的一中继器的不同实施例中有一第二CDMA载波器130，而在第一载波器80及第二载波器130之间有J-连接118存在其中。
中继系统的结构
图5所示的主要方块图中有一通道化的空中无线中继器80的第一CDMA频率载波器，该中继器80一般经由用户端天线端口17连接至用户端81一侧上的一单一天线组件15，并经由施主天线端口19连接至施主侧119上的一单一施主天线组件117，如此能使天线所需的数目减至最少，并能使某一位置的视觉影响减至最小，这是位置开发过程中需要考虑的一大重点。该中继器80也被视为不移动(non-translating)的装置，即其不会移动接收到的频率在再发射时移动至不同的传输频率，而不移动的中继器80也被称作同频(on-frequency)中继器80。
对于上行线路信号及下行线路信号来说，双工器82都能对一单一天线15进行一般的存取。发射(TX)与接收(RX)路径之间的隔离能够确保避免因发射机的噪声所带来的接收机过载及接收机的迟钝，而双工器82与传播损耗就提供了这种隔离功能。
主前端模块(MEE)84可被当作接收路径的前端，对上行线路信号12及下行线路信号12皆然。一组合器88加入在较佳的低噪声放大器(LNA)86之后，以组合被延迟的分集路径12。不过在下行线路电路中组合器86是不需要的。一压控衰减器(VCA)90，120用以进行自动电平控制(ALC)，以使中继器80不受输入过载条件的影响，并能对整体增益进行校正。
反向路径分集前端(DFE)92是反向路径分集电路94的前端。一延迟元件96被插入在一较佳的低噪声放大器86之后，以提供至少行经两芯片的时间延迟而可为瑞克接收器34监别信号。输出处以进一步放大56来补偿损耗、并在反向路径主前端84经由组合器88而与其它接收信号组合为佳。
在中继器80的一较佳实施例中，一通道选择滤波器(CSF)100将本地振荡器调至一特定的通道，即将射频信号的频率往下调至中频，以进行通道滤波，随后再将信号频率往上调回至射频段。此外，通道选择滤波器100同时也提供无线中继器80的增益调整功能。
一较佳的反向功率放大器(RPA)102能提供反向路径(上行线路)的信号放大功能。同样地，一较佳的前向功率放大器(FPA)106可提供前向路径(下行线路)108的大功率放大。
一报警控制单元(ACU)112对一中继器80的较佳实施例中的所有模块进行控制与监视，其同时也能经由控制软件与网络或区域性装置沟通。
如上述，一带通滤波器103被用以在通道选择滤波器100处将图像及本地振荡信号滤去，以避免不想出现的信号辐射出去。
电源(PS)116提供直流电源予所有的模块。一较佳的网络介面模块114当作与网络沟通的一介面，以进行报警报告、控制与监视。方块130中的J-连接件118用于第二CDMA载波器。
在本发明的一较佳实施例中，第二CDMA载波器以将一方块图与中继器80的主方块图连接的方式加入，即如图6所示者。第二载波器有其前向功率放大器106b及反向功率放大器102b，以维持与第一载波器80相同的下行线路发射功率。
中继过程
基本的中继过程包含下列步骤：
(1)经由一接收天线组件15从一移动用户处接收一信号12，其中该信号具有多个不相关信号路径；
(2)经由一第一信号处理路径及一第二信号处理路径处理该接收信号12，其中该第二信号处理路径具有一延迟元件96；
(3)组合88该第一信号放大路径及该第二放大路径输出的该经处理的信号；
(4)经由一通道选择滤波器(CSF)100及/或一带通滤波器103处理该经处理及被组合的信号；及
(5)经由一发射天线117传输该组合信号。
分集中继器的不同实施例
分集中继器除了较佳实施例以外还有其它可能的延迟组合实施例。图8所示为分集中继器的第一替换实施例，其具有两个分离的完整中继器路径，该路径一直延伸至反向功率放大器的输出。在该实施例中，两路径被组合并经由一施主天线传输回至一基地台39，其中的一路径中并被加上1.8微秒的延迟，该延迟很容易就可加在通道选择滤波器(CSF)模块100中。图9所示为分集中继器的一第二不同实施例，其具有两分离的完整中继器路径，两路径各使用一施主天线，其中一路径被加上一1.8微秒的延迟，这个延迟同样很容易加在通道选择滤波器(CSF)模块100中。图10所示为分集中继器的一第三不同实施例，其具有两分离的完整中继器路径通过通道选择滤波器。在该实施例中，两路径先被加以组合，接着再传输回至基地台，就如最佳实施例。这些路径之一被加上一1.8微秒的延迟，这样的延迟同样很容易被加在通道选择滤波器(CSF)模块100中。以上这些分集中继器的不同实施例虽然在功能上与较佳实施例者大致相等，但这些不同实施例在实际使用时成本要较较佳实施例者为高。
基地台39的四重分集延迟组合低噪声放大系统150
图7所示为基地台39的一四重分集延迟组合噪声放大系统150(塔顶安装或其它方式)的方块图，该放大系统150能增加一基地台39的分集维数，即从两个分支增至四个分支。
基地台39的四重分集延迟组合低噪声放大系统150使用四个天线16a-d，以接收四个独立衰减信号(路径)12，该四天线16a-d呈空间隔离结构、多重极化结构或为该两者的组合。
这四个信号(路径)12先经过滤波48，再加以一或多个低噪声放大器56放大，以将信噪比在后级的降低程度减至最小。
如图7所示者，一延迟元件58对-1及-3路径加以延迟，其中该延迟量的最小值为信号通过两芯片所行的时间(在一实施例中，该值大于1.8微秒)，该延迟量并以如上所述的方式加入，以利两路径为瑞克接收机解调。_1及_2路径接着利用一简单的3dB组合器62加以组合，_3及_4路径相同。如此，四路径就组合形成两基地台天线端口。
在每一组合器62之后以使用低噪声放大器64为佳，因其能克服后面的表面声波滤波器72(或其它选频带通滤波元件)的损耗而维持住信号的信噪比。
被放大的信号接着以通过一级联的双带通滤波器70为佳，其包含一表面声波带通滤波器72(或其它的选频带通滤波装置)。接着再接以另一带通滤波器74，以使低功率的表面声波滤波器不受发射机功率的影响。该级联的双带通滤波器70在以上已讨论过，其并示于图4中。第二带通滤波器74加入的目的在于对系统的发射机位置的强射频信号加以衰减，以使表面声波滤波器不受发射机的大功率射频信号的影响；而第一带通滤波器72则使信号不受带外(接收带外)信号的干扰，其中这些干扰会造成调制间(IM)积。这种保护大大增加了塔上型及基地台级联系统设置的″带外输入拦截点″。在级联带通滤波器70之后是一接点152，接收及传输路径就在此处耦合。
有附加的路径提供给发射机路径，它包括带通滤波器65和合适的耦合装置(连结点)如图所示的实施例中，发射路径有二者53，该两者53之一对应于_1接收路径，而另一者则对应_4接收路径。这种设计能让四重分集延迟组合低噪声放大系统150操作在一种双双工结构中，其利用一天线来负责发射及接收的功能(此为PCS及蜂窝操作者的共同要求)。
四重分集延迟组合低噪声放大系统150大大增加了系统反向链结的敏感度(4至5dB)，也增加了系统能力(约2dB)，而反向链结框架误差(frame error)性能也得到改善。
以上对延迟组合系统及其使用方法的说明都结合CDMA中继器及延迟组合放大系统，但以上的设备及技术也可用于其它的通信装置和系统中，或它们的任意组合中。
上述的说明尽管是参照特定的实施例描述的，但不脱离所附权利要求书精神和范围的情况下，本领域的熟练人员还可以对本发明作各种变换和改进。

Claims (39)

1．一种中继器，包括：
至少两用户端天线连接件，被连接至一用户端天线组件，该用户端天线组件具有至少两用户端天线，其中该用户端天线连接件的每一个连接至该用户端天线之一，且该用户端天线的每一个都用以接收独立的衰减信号。
一第一信号处理路径及一第二信号处理路径，其中该路径的每一个都连接至该用户端天线连接件之一，且该第一信号处理路径具有一延迟元件。
一组合器，连接至该第一信号处理路径及该第二信号处理路径，并对该处理信号加以组合；及
一施主天线连接件，连接至该组合器、并连接至一施主天线组件，其中该施主天线组件用以发射该经处理、组合的信号。
2．如权利要求1所述的中继器，其特征在于包括：
一功率放大器，连接于该组合器及该施主天线连接件间。
3．如权利要求1所述的中继器，其特征在于包括：
一通道选择滤波器，连接于该组合器及该施主天线连接件间。
4．如权利要求1所述的中继器，其特征在于包括：
用以限制该经处理、组合信号的带外干扰的装置，而该带限制装置连接在该组合器及该施主天线连接件间。
5．如权利要求1所述的中继器，其特征在于包括：
用以维持该经处理、组合信号的信噪比的装置，其中该带限制装置连接在该组合器及该施主天线连接件间。
6．如权利要求1所述的中继器，其特征在于包括：
一带通滤波器，连接在该组合器及该施主天线连接件间。
7．如权利要求1所述的中继器，其特征在于包括：
用以限制带外干扰的装置，其连接在该组合器及该施主天线连接件间。
8．如权利要求1所述的中继器，其特征在于该用户端天线的每一个都提供互解相关的信号。
9．如权利要求1所述的中继器，其特征在于该用户端天线组件的该用户端天线的每一个都与该天线的其它天线空间相隔。
10．如权利要求1所述的中继器，其特征在于用户端天线组件内的该用户端天线每一个的极化都与该用户端天线的其它天线正交。
11．如权利要求1所述的中继器，其特征在于用户端天线组件内的该用户端天线的每一个都与该用户端天线的其它天线空间相隔并极化正交。
12．如权利要求1所述的中继器，其特征在于该第一信号处理路径及该第二信号处理路径都包含一低噪声放大器。
13．如权利要求1所述的中继器，其特征在于该第二信号处理路径包含一可变衰减器。
14．如权利要求1所述的中继器，其特征在于进一步包括：
一第一双工器，位于该第一用户端天线连接件及该第一信号处理路径间；
一第二双工器，位于该组合器及该施主天线连接件间；及
一前向路径信号处理路径，位于该第二双工器及该第一双工器间，其中该前向路径信号处理路径用以接收前向信号，而该前向信号为该施主天线组件接收。
15．一种延迟组合低噪声放大器，包括：
至少两用户端天线连接件，用以连接至一用户端天线组件，该用户端天线组件具有至少两用户端天线，而该用户端天线连接件的每一个都连接至该用户端天线之一，而该用户端天线的每一个都用以接收独立衰减信号；
一第一信号处理路径及一第二信号处理路径，该路径的每一个都连接至该用户端天线连接件之一，而该第一信号处理路径中具有一延迟元件；
一组合器，连接在该第一信号处理路径及该第二信号处理路径间，该组合器用以组合该第一信号处理路径及该第二信号处理路径提供的该经处理的信号；及
一施主连接器，连接至该组合器。
16．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于包括：
一低噪声放大器，连接在该组合器及该施主连接件间。
17．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于包括：
一带通滤波器，连接在该组合器及该施主连接件间。
18．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于该第一信号处理路径及该第二信号处理路径都包含一低噪声放大器。
19．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于该用户端天线的每一个都提供互解相关的信号。
20．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于在用户端天线组件的该用户端天线的每一个都与该天线的其它天线空间相隔。
21．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于用户端天线组件内的该用户端天线每一个的极化都与该用户端天线的其它天线正交。
22．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于用户端天线组件内的该用户端天线的每一个都与该用户端天线的其它天线空间相隔并极化正交。
23．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于该第一信号处理路径及该第二信号处理路径都包含一低噪声放大器。
24．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于该第二信号处理路径包含一可变衰减器。
25．如权利要求15所述的延迟组合低噪声放大器，其特征在于包括：
一第一双工器，位于该第一用户端天线连接件及该第一信号处理路径间；
一第二双工器，位于该组合器及该施主天线连接件间；及
一前向路径信号处理路径，位于该第二双工器及该第一双工器间，其中该前向路径信号处理路径用以接收前向信号，而该前向信号为该施主连接件接收。
26．一种方法，包含下列步骤：
经由至少两用户端天线连接件接收一独立衰减信号，其中该至少两用户端天线连接至一用户端天线组件，而该用户端天线组件具有至少两用户端天线，该用户端天线连接件的每一个都连接至该用户端天线之一，而该用户端天线的每一个都用以接收该独立衰减信号；
经由一第一信号处理路径及一第二信号处理路径处理该接收到的独立衰减信号，其中该路径的每一个都连接至该用户端天线连接件之一；
延迟在该第一信号处理路径上的该经处理的信号；
在一组合器中组合该第一信号处理路径及该第二信号处理路径提供的该经处理的信号；及
经由一施主天线连接件发射该经处理及组合的信号，其中该施主天线连接件连接至一施主天线组件。
27．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
一功率放大器，连接在该组合器及该施主天线连接件间。
28．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
一通道选择滤波器，连接在该组合器及该施主天线连接件间。
29．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
用以限制该经处理、组合信号的带外干扰的装置，而该带限制装置连接在该组合器及该施主天线连接件间。
30．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
用以维持该经处理、组合信号的信噪比的装置，其中该带限制装置连接在该组合器及该施主天线连接件间。
31．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
一带通滤波器，连接在该组合器及该播送天线连接件间。
32．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
用以限制带外干扰的装置，其连接在该组合器及该施主天线连接件间。
33．如权利要求26所述的方法，其特征在于该用户端天线的每一个都提供互解相关的信号。
34．如权利要求26所述的方法，其特征在于在用户端天线组件的该用户端天线的每一个都与该天线的其它天线空间相隔。
35．如权利要求26所述的方法，其特征在于用户端天线组件内的该用户端天线每一个的极化都与该用户端天线的其它天线正交。
36．如权利要求26所述的方法，其特征在于用户端天线组件内的该用户端天线的每一个都与该用户端天线的其它天线空间相隔并极化正交。
37．如权利要求26所述的方法，其特征在于该第一信号处理路径及该第二信号处理路径都包含一低噪声放大器。
38．如权利要求26所述的方法，其特征在于该第二信号处理路径包含一可变衰减器。
39．如权利要求26所述的方法，其特征在于包括：
一第一双工器，位于该第一用户端天线连接件及该第一信号处理路径间；
一第二双工器，位于该组合器及该施主天线连接件间；及
一前向路径信号处理路径，位于该第二双工器及该第一双工器间，其中该前向路径信号处理路径用以接收前向信号，而该前向信号为该施主天线组件接收。
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