CN1345128A - 无线电系统、天线设备、和用于产生极化变化的发射信号的极化调制器 - Google Patents

无线电系统、天线设备、和用于产生极化变化的发射信号的极化调制器 Download PDF

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Abstract

为更有效地利用可供无线电网络使用的频率,从而缩减该无线电网络的群集大小,熟知的办法是对业务信道实施跳频。但是,这种处理不能用于信令信道,特别是BCCH信道。对有多个基站(10)的无线电系统,各基站分别至少有一个发射机(TX)和一个接收机(RX1、RX2),通过对每个基站(10)至少指配一个双极化天线(27),已经取得无线电网络频率利用的更好的改进。用该指配了极化调制器(24)的双极化天线,在预定时刻改变待发送的发射信号的极化状态,能够实现更有效地利用可用频带,从而缩减群集的大小。

Description

无线电系统、天线设备、和用于 产生极化变化的发射信号的极化调制器
技术领域
本发明涉及无线电系统，特别是有多个基站的移动无线电系统，每个基站至少指配一双极化天线。此外，本发明还涉及一种天线设备，特别是与无线电系统基站一起使用的天线设备，以及在该无线电系统中使用的一种极化调制器。
背景技术
移动无线电用户的数量，以及在移动无线电中提供的新型服务，近来急剧增长，已经使移动无线电网络，诸如GSM网络，接近它们容量的极限。众所周知，在GSM网络中，业务信道是供用户数据的传输用的，而信令信道是供移动无线电系统的管理和控制用的。但是，即使在基站与移动台之间没有建立连接的情况下，也必须不断地在空中接口上交换信息，所以移动无线电网络的信令负载是非常高的。一种重要的信令信道，是这里称为广播控制信道的信令信道，也就是人们熟知的BCCH信道，在该信道上，把例如无线电信道配置、同步化信息、和注册标识，发送至小区的所有移动台。BCCH信道可能占用小区可用频谱的一半，这些频谱当然不能再用于业务信道。一般都知道，为了更好地利用保留给小区的频谱，在需要的时候使各个业务信道经历跳频处理，在该处理中，业务信道的载波频率按预定的有规则的速率变化。但是，跳频处理不能用于BCCH信道，因为BCCH信道要用来测量接收的电场强度并用来选择最强的小区。为测量接收的电场强度和选择最强的小区，结果使正在使用相同BCCH载波频率的各小区间的距离，大大地大于正在使用相同业务载波频率的各小区间的距离。例如，对GSM网络，BCCH信道的群集大小是12至21个小区，而业务信道完全符合要求的群集大小为3至9个小区。这里群集大小是指参与分摊可用频率的小区的数目。
但是，从来没有人提出过，有可能借助业务信道的跳频处理，来更有效地利用信令信道的可用载波频率。
发明内容
由此，本发明的目的，是提供一种无线电系统、一种天线设备、和一种极化调制器，借助它们，可以更有效地利用无线电网络的可用频率，特别是对信令信道，从而能够缩减无线电网络的群集大小。
本发明的基本原理，可从使用所谓极化跳跃处理取代跳频处理这个窍门看出，利用极化跳跃处理，能够改变发射信号的极化状态，最好是按循环方式改变。如果把极化跳跃用于BCCH信道，群集大小能够显著缩减，从而能够在小区中把可用频谱指配给更多数目的业务信道。
这是因为，众所周知，只要频率跳跃足够大，跳频处理的结果，使中间频率不同的信道的衰落响应彼此无关。即使对无线电链路，用不同极化状态取代跳频，也能获得这种响应。例如，GSM网络的数据块包括四个数据脉冲串，希望对该四个脉冲串的每一个，各信道的衰落响应彼此无关。这一条件能够用不同的跳频满足，也能够用极化状态的不同改变满足。
本发明利用权利要求1的特征，在第一个例子中实现上述目的。
权利要求1指明，提供的无线电系统，特别是GSM移动无线电系统，包括多个基站，各基站至少有一发射机和一接收机，每个基站至少指配一双极化天线。该双极化天线可以是正交极化天线。按照本发明，向该双极化天线指配一极化调制器，用于在预定的时刻改变待发送的发射信号的极化状态。
一些有益的发展是相关权利要求的主题。
为使已有的基站能继续使用，该双极化天线和极化调制器一起构成可以与基站连接的一模块。
极化调制器适时地用待发送的发射信号启动双极化天线，使待发射信号的极化按循环方式，在通常的四种不同极化状态之间改变。
如果涉及的是GSM移动无线电系统，其中的信号是按有八个时隙的所谓TDMA帧发送的，那么，改变极化状态的时刻可由时钟发生器依据TDMA帧或TDMA帧内的时隙决定。
因为双极化天线既用于发射方向也用于接收方向，所以，不言自明，要在相应地方设置发射机/接收机滤波器。
上面指明的目的同样可以由权利要求8的特征实现。
权利要求8指明，提供带有至少一个双极化天线的一种天线设备，该天线设备相应地指配一极化调制器，用于在预定的时刻改变待发送的发射信号的极化状态。
天线设备一些有益的发展是相关权利要求的主题。
该目的还可以由权利要求12的特征实现。
权利要求12规定在无线电系统中使用的极化调制器，所述调制器依据施加的时钟信号，为发送的信号产生多种极化状态。
附图说明
下面在一个示例性实施例的基础上，结合附图对本发明作更详细的说明，其中：
图1画出基站的方框图，在其上指配了本发明的天线设备，和
图2a-d分别画出图1所示极化调制器四种不同极化状态的等效电路。
具体实施方式
图1示意地画出一种基站，例如GSM移动无线电网络的基站，概括地记以10。不言自明，基站10除别的设备外，尤其有一收发信机15，该收发信机例如包括一发射机TX和两个用于分集接收的接收机RX1、RX2。当然，该基站还可以有另外的收发信机。在本例中，发射机TX和接收机RX1与天线共用器17连接，以便分离发射方向和接收方向。接收机RX2与带通滤波器18连接。
图1还画出一种天线设备，概括地记以20，它有一d.c.天线共用滤波器和一功率源装置22。d.c.天线共用滤波器确保只允许RF发射功率通过收发信机15。天线设备20是作为与基站10独立的装置设计的，并通过d.c.天线共用滤波器及功率源装置22，与基站10的天线共用器17及带通滤波器18连接。设在天线设备20中的时钟恢复与控制电路23，有两个输入连接至d.c.天线共用滤波器及电源装置22。时钟恢复与控制电路23的输出与极化调制器24连接，下面还要更详细解释极化调制器24。时钟恢复与控制电路23能够，例如，从TDMA帧产生极化调制器24的控制信号。该时钟恢复与控制电路23是为此目的而设计的，即它能从TDMA帧的RF发射功率包络的起伏中，恢复脉冲串的时钟。众所周知，这是因为待发送的数据，是作为TDMA帧的时隙中的数据脉冲串而发送的。对于数据脉冲串的发射，在TDMA帧的每一时隙的开始，发射功率被提升，而在该时隙或数据脉冲串的末端，再把发射功率降低。时钟恢复与控制电路23从输出的这种变化中，恢复脉冲串的时钟速率，并把它用作极化调制器24的时钟信号。与双极化天线27连接的极化调制器24，准确地按脉冲串的时钟速率，改变待发送信号的极化状态。在本示例性的实施例中，一正交极化天线被用作双极化天线。
与极化调制器24的第二和第三输入连接的分别是发射机/接收机滤波器25，这两个滤波器接着分别与d.c.天线共用滤波器和功率源装置22连接。该两个发射机/接收机滤波器还分别通过低噪声预放大器29，与发射机/接收机滤波器26连接。极化调制器24的两个输出信号，通过该两个发射机/接收机滤波器26，馈送正交极化天线27。发射机/接收机的滤波器25和26是需要的，例如每当用开关二极管实现极化调制器24时。这是因为开关二极管产生落在接收频带内的谐波振荡，可能导致对接收机RX1和RX2的干扰。
至此，应当扼要指出，产生极化调制器24开关信号的时钟恢复与控制电路23，可以用基站10已有的时隙时钟发生器(未画出)替代，即把时隙时钟发生器的输出信号馈送极化调制器24。
已经指出，极化调制器24确保在每个数据脉冲串开始时改变待发送信号的极化状态。
图2a-2d分别画出极化调制器24的等效电路图，每个等效电路图用符号表示一特定的极化状态。按照图2a-2d，与正交极化天线27连接的极化调制器24，可以产生一线性(+45°)极化的发射信号、一线性(-45°)极化的发射信号、一圆(反时针)极化的发射信号、和一圆(顺时针)极化的发射信号。与实施办法有关，极化调制器24可以在各种极化状态或所有极化状态之间随机地往回跳跃和向前跳跃，也可以与正交极化天线27一起，按循环方式提供各种极化状态。
在本例中，各等效电路分别有两个输入和两个输出，可以对各个输入指配一独立的发射机。这样做意味着，以图2a为例，如果发射机连接在左侧的输入上，则产生45°线性极化的信号。反之，如果发射机连接在右侧的输入上，则在正交极化天线27上发射-45°线性极化的信号。对图2b，极化调制器24的情况则相反。
按照图2c所示的等效电路图，加于左侧输入的发射信号被分成两个90°相移的信号分量，然后馈送正交极化天线27，被发射的发射信号形成一反时针的圆极化发射信号。但是，如果发射信号加于极化调制器24的右侧输入上，被分成两个90°相移的信号分量，然后馈送正交极化天线27，被发射的发射信号形成一顺时针的圆极化发射信号。如果用图2d的等效电路，极化调制器24的情况则相反。
利用已经说明的天线设备20，现在可以显著缩减GSM网络BCCH信道的群集大小。

Claims (12)

1.带有多个基站(10)的无线电系统，各基站分别至少有一个发射机(TX)和一个接收机(RX1、RX2)，对每个基站(10)至少指配一个双极化天线(27)，特征在于该双极化天线(27)被指配一极化调制器(24)，用于在预定时刻改变待发送的发射信号的极化状态。
2.按照权利要求1的无线电系统，特征在于该双极化天线(27)和极化调制器(24)构成一模块(20)，与基站(10)分开地安装。
3.按照权利要求1或2的无线电系统，特征在于该极化调制器(24)按循环方式为待发送的发射信号提供四种不同的极化状态。
4.按照权利要求1至3之一的无线电系统，特征在于该极化调制器(24)与时钟发生器(23)连接，该时钟发生器确定改变极化状态的时刻。
5.按照权利要求1至4之一的无线电系统，特征在于该无线电系统是一移动无线电系统，而该时钟发生器(23)是一TDMA帧或时隙时钟发生器。
6.按照权利要求1至5之一的无线电系统，特征在于发射机/接收机滤波器(25、26)连接在双极化天线(27)与极化调制器(24)之间，还在于把发射机/接收机滤波器(17)指配给发射机(TX)和接收机(RX1、RX2)。
7.按照权利要求1至6之一的无线电系统，特征在于该双极化天线(27)是一正交极化天线。
8.一种天线设备，特别是供按照权利要求1至7之一的无线电系统的基站(10)使用的天线设备，至少有一个双极化天线(27)，特征在于该双极化天线(27)被指配一极化调制器(24)，用于在预定时刻改变待发送的发射信号的极化状态。
9.按照权利要求8的天线设备，特征在于该极化调制器(24)按循环方式为待发送的发射信号提供四种不同的极化状态。
10.按照权利要求8或9的天线设备，以时钟发生器(23)为特征，该时钟发生器与极化调制器(24)连接，并确定改变极化状态的时刻。
11.按照权利要求8至10之一的天线设备，特征在于该双极化天线(27)是一正交极化天线。
12.按照权利要求1至7的无线电系统使用的极化调制器，特征在于它依据施加的时钟信号，为发射的信号产生多种极化状态。
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