CN1354912A - 在中继器中稳定边际确定的方法和装置 - Google Patents

在中继器中稳定边际确定的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种确定射频中继器的稳定边际的方法和装置。该方法以两个步骤进行,即建立作为一个频带中的频率的函数的中继器的放大,和观察建立的频率响应中的波形变化的幅度,这个幅度构成稳定边际的度量,使得增加幅度对应于减小稳定边际。

Description

在中继器中稳定边际确定的方法和装置
技术领域
本发明涉及在以输入和输出之间预定的延迟操作并且所述输出和所述输入之间具有反馈路径的射频中继器中相对于可能的自激振荡确定稳定边际的方法和装置。本发明也涉及装备有这样一个装置的中继系统。
主要地，本发明涉及在蜂窝电信系统中使用的中继器，包括两个天线和用于放大分别来自基站(下行链路)的信号和来自蜂窝移动电话机(上行链路)的信号的两组放大器链。在这样的系统中，该中继器在两个方向接收、放大和转发该基站和该移动电话机之间的信号。但是，本发明也可以应用在只有一个信号通路的中继器。
特别地，本发明处理保证中继器由于自激振荡不达到不稳定度状态的问题，这可能在增益变得太高时发生。由于在输出和输入之间的不可避免的反馈，太强地放大的输出信号将传送回到该输入并且再一次放大，以致在该系统中引起自激振荡。
背景技术
防止自激振荡的问题和在中继器中保证这样不稳定度的足够的边际是本领域的技术人员熟知的。正常地，为了解决这个问题，在中继器工作期间监视该输入或者输出信号水平(或者功率电平)。
参见US-A-5,095,528(Leslie)，一种方法是连续地测量中继器的平均输出功率并且确定这个功率电平是否超过预定门限值，在这种情况下中继器的放大器增益明显地减少以便恢复操作的稳定状态。
另一种方式在以时隙工作的GSM系统中是特别有用的，参见WO97/33381(Allgon)，它是在输入信号的功率电平超过一定的阈值期间测量时间比例，在这个时间比例相对大地比如90％甚至更大的情况下减少放大器增益。这种方法可以与测试该输入信号水平的最大的和最小值之间的差是否小于一个给定值组合。
但是，在这两种已知的方法中，象现在在中继器中使用的所有的其它方法那样，需要响应信号电平检测的上升而相当明显地调整增益。基本上，这在因为仅仅在达到不稳定状态时符合使用的标准。因此在已知的系统中，不可能获得如此稳定边际的量化值。因此，难于提供中继器的放大器增益的平滑的控制。
发明内容
相对于这个背景，本发明的主要的目的是在上面讨论的类别的中继器中相对于可能的自激振荡提供用于确定稳定边际的方法和装置。
另一个目的是提供能够平滑的控制该中继器而不使得放大器增益急剧变化的方法。因此，应该可能建立如此稳定边际的量化值。
根据本发明采取两个基本的步骤实现这些和其它目的，就是：
在一个频带(它应该相对地宽)中作为频率的函数建立中继器的放大，和
在作为频率的函数建立的放大中观察波形变化幅度，这个幅度构成稳定边际的测量，使得增加幅度相应于减小稳定边际。
用这种方式，可能获得稳定边际的测量，即使当系统正常地工作并且仍然是稳定的。因此，系统接近不稳定状态之前很长时间可以采取任何控制测量，因此可以即以相对小的调整该系统的放大器增益执行平滑控制。
当使用适当的控制算法时，系统可以保持在没有自激振荡的稳定状态。
该方法可以利用依靠定向耦合器连接到该中继器的输入以及/或者输出的测量接收机进行，最好通过在输入和输出之间交替的开关。
有利地，为了建立在特定的频带中的放大或者频率响应，倘若输入信号的频谱属性是已知的，测量作为频率函数的输出信号是足够的。然后，可以计算频率响应和稳定边际。
在下面进一步参见附图说明本发明，附图说明用于根据本发明确定稳定边际的中继器和测量接收机。
附图说明
图1示意地说明在蜂窝电话系统中使用的中继器和用于测量系统的稳定边际的相关的装置；
图2和3是示意的显示作为简单的反馈放大系统的该中继器和相关的天线；
图4是代表在一个频带中作为频率函数的输出功率的图；和
图5是代表作为中继器的稳定边际的函数的波峰到波峰变化的(在图4中表示的功率或者放大的)幅度。
具体实施方式
在图1中表示的中继器是通常使用于蜂窝电话系统中的类别的中继器，例如正如在上述文件WO97/33381中描述的，包括用于在该中继器和蜂窝移动电话机(未表示)之间无线电通信的第一天线1和用于该中继器和基站(未表示)之间的相应的无线电通信的第二天线2。
第一和第二天线1，2通过双工滤波器3，4连接到两个相反方向的链路，即用于从移动电话机始发向着相关的基站的传送信号的上行线路10，服务该中继器和该移动电话机所在的网孔，和用于在相反方向传送信号的下行链路20。每个链路包括许多互相平行的放大器链，每个这样的链路处理特定的频率或者频带。在图1中，这些链路中的放大器以上行线路10中的放大器11和下行链路20中的放大器21表示。
在连接相应的天线1，2和相应的双工滤波器3，4的传输线路5，6中，排列定向耦合器30和40使其能够检测相应的传输线路段5，6中的信号。检测的信号通过开关31，41和带通滤波器32，42馈给连接到测量接收机60的通用开关50。在测量接收机60中，分析特定的信号，以使获得在特定的频带中作为频率函数的信号电平。
应该理解，定向耦合器和开关是以这样的方式连接的：可以分析在相应的传输线路5，6中的任何输入或者输出信号(该系统的输入或者输出)。
本发明的概念是基于正如在图2和3中表示的中继器的简化模型。输入RF信号I(来自移动电话机，未表示)在微波载波上在空中传播并且碰撞图2中的第一天线1，于是信号通过由放大器11表示的上行链路转移给第二天线2。不可避免地，该信号的(正常地很小)部分B通过由泄漏路径12表示的空气反馈。在图3中，中继器R和两个天线1，2表示为示意的标准化的控制系统，其具有一个求和单元S，一个主放大器11，一个延迟元件13和相应于在两个天线之间的漏泄路径的一个反馈环路12。该延迟元件相应于在滤波器和正常地包括在上面指出的类别的中继器的放大器链中的其它部件中出现的不可避免的延迟。
由于该延迟元件13，图3的系统的有效放大取决于该频率。正如可以由系统的Laplace变换表示法表示的，使用频域而不是使用时域，在图3的系统中在输出和输入信号之间的比率(或者传递函数，如控制理论中正常地表示的)可以表示为 g 1 e - ds 1 - g 1 g 2 e - ds
在这里g1是放大器11的增益，g2是在反馈环路12中的该(示意的)放大器14的增益，而d是在延迟元件13中的延迟。从这个公式，这是清楚的：该放大是该频率的谐波函数。
接收器中的信号的输出功率的频率响应图表示在图4中。该曲线表示作为频率f函数的功率P的谐波变化的型式。通过实际的测量，已经证实这样的变化的幅度是一个度量，虽然在该稳定边际的反比关系中。因此，当例如波峰到峰值的变化的幅度减小时，稳定边际将增加，反之亦然。
图5说明隔离或者稳定边际SM(水平轴或者横坐标以dB为单位)和波峰到波峰值或者放大变化的幅度MA(垂直轴或者纵坐标以dB为单位)之间的关系。
因此，使用图1表示的装置，可能建立输入和输出信号之间的函数关系并利用图5表示的函数的关系相对于可能的自激振荡计算该稳定边际。
当输入信号的频谱的属性是预先已知的，测量作为频率f的函数的输出功率电平P是足够的，正如图4表示。
当然，稳定边际的计算值可以形成控制中继器增益的控制信号的基础，以致在期望电平上保持该稳定边际基本上恒定。为此目的，测量接收机60可以连接到适合于实现这样的控制的控制器70。如果需要的话，例如可以通过电话机调制解调器80或者其它的电信链路从操作与监视中心(未表示)远离地开始测量和控制。

Claims (10)

1.在以输入(5)和输出(6)之间的预定的延迟操作并且在所述输出和所述输入之间具有反馈路径的射频中继器中相对于可能的自激振荡确定稳定边际的方法，包括步骤：
建立作为在一个频带中的频率的函数的中继器的放大，和
观察在作为频率函数的所述放大中的波形变化的幅度(MA)，所述幅度构成稳定边际的度量，使得增加的幅度对应于减少的稳定边际。
2.根据权利要求1的方法，其中输入信号的频谱属性是已知的，和其中：
通过测量作为所述频带中的频率(f)的函数的输出信号(P)执行建立作为频率函数的放大的步骤，和
根据第一步骤的结果计算所述波形变化的所述幅度(MA)和所述稳定边际(SM)。
3.一种控制射频中继器的方法，该中继器以在输入和输出之间的预定的延迟工作并且在所述输出和所述输入之间具有反馈路径，包括步骤：
根据权利要求1或者2确定该中继器的稳定边际，并且
响应确定的稳定边际控制该中继器的增益。
4.在以输入(5)和输出(6)之间的预定的延迟操作并且在所述输出和所述输入之间具有反馈路径的射频中继器中相对于可能的自激振荡确定稳定边际的装置，包括连接到该中继器的至少一个所述输入和所述输出的至少一个检测元件(30、40)，和连接到所述至少一个传感元件、用于测量来自所述中继器的至少一个输出信号的至少一个测量接收机(60)，在此基础上计算稳定边际(SM)。
5.根据权利要求4的装置，其中所述至少一个检测元件包括至少一个定向耦合器。
6.根据权利要求5的装置，其中两个定向耦合器通过一个开关(50)连接到单个测量接收机，用于分别交替测量在该输出和该输入的信号。
7.根据权利要求4的装置，其中：
所述测量接收机(60)连接到一个控制单元(70)，用于控制所述中继器的增益。
8.根据权利要求4的装置，其中：
所述测量接收机通过一个调制解调器(80)可连接到一个中心操作监视单元，因此可以通过遥控进行确定所述稳定边际的测量和计算。
9.根据权利要求4的装置，其中：
一个带通滤波器(32、42)插入在所述检测元件和所述测量接收机之间。
10.一个中继系统，包括具有两个天线(1、2)和它们之间的两条链路的那种类别的射频中继器，所述两条链路包括用于放大从移动电话机到基站的信号的上行线路(10)和用于放大从所述基站到所述移动电话机的信号的下行链路(20)，所述中继系统装备有在权利要求4-9的任何一个权利要求定义的装置。
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