CN1407824A - 多频带多模式移动电话的发送/接收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动终端的发送/接收系统，该系统可以在多个频带下进行传送和接收。该系统包括多个串接的双工器(410，415)，第一个双工器(410)的公共信道与所述移动终端的天线(400)相连，后面各个双工器的公共信道与其前面的双工器的第一信道相连，每一个双工器的第二信道以及最后的双工器(415)的第一信道与临时双向设备或常用双向设备(430，440，450，)相连，该设备保证在其中所述的一个频带下传送和接收。

Description

多频带多模式移动电话的发送/接收系统
总的来讲，本发明涉及一种多频带发送/接收系统。具体地说，本发明涉及可以在压缩UMTS模式下运行的多频带无线电通讯终端。
因为考虑到成本，所以UMTS(Universal Mobile TelecommunicationSystem)移动电话系统只能逐步发展。由于UMTS没有全面覆盖，因此就要求在UMTS和现行系统之间确保可移动性，所述的现行系统主要有GSM(Global System for Mobile communication)系统和DCS1800(下面简单用DCS表示)系统。这种系统内部的可移动性可以让用户从UMTS系统到GSM或DCS系统，反之也然，不仅可以用夜间模式(重新选择)，而且可以在通讯期间进行(系统内部移交)。上述系统所用的频带示于图1中。这样，GSM移动终端的传送(上行信道)频带为890-915MHz，接收(下行信道)频带为935-960MHz，双工通讯的间隔为45MHz。同样，DCS终端的传送频带为1710-1785MHz，接收(下行信道)频带为1805-1880MHz。最后，UMTS/FDD(Frequency Division Duplex)的上行信道占据的频带为1920-1980MHz，其下行信道占据的频带为2110-2170MHz。
选择与这种系统的连接时要假设移动终端能够在多个接收频带下进行测量。为此，在UMTS/FDD中，在下行信道上的数据传送中设置一些“空洞”，以便移动终端在用UMTS/FDD模式通讯时能够在GSM或DCS频带下进行测量。这种特定的传送模式称作压缩模式。由于靠近DCS(RxDCS)接收频带和UMTS(Tx UMTS)传送频带，所以也要在UMTS的上行信道上设置压缩模式。在这种情况下，传送空洞同时对两个信道产生影响。图2表示的是被压缩成UMTS/FDD的传送模式及其用于在GSM接收时的测量。根据该模式，在UMTS帧中产生具有1-7个传送间隔(IT)的传送空洞，所述UMTS帧包括15个间隔。图2中的标号140表示一个传送空洞，标号120表示一个正常帧。通过在短时间内压缩一个正常帧，例如对于所述的帧来讲减少传播系数(Spreading Factor)，也就获得一个传送空洞。为了保持通讯质量，如图2所示，发送一个用标号130表示的压缩帧，该发送功率大于正常帧的发送功率。
在压缩模式中，系统在传送空洞期间测量一个GSM单元的BCCH(Broadcast Control Channel)通道的高度。因为GSM的各帧100与UMTS的各帧不同步，所以不能对每一个传送空洞进行测量。我们用黑箭头表示在临时通讯期间对GSM帧110和传送孔洞之间的BCCH通道的测量。
在压缩帧期间，发送功率的增加会产生非常不利的后果。首先，功率增加使蜂窝内的相互干扰增加，这不利于通讯质量。其次，功率增加使得移动终端的功率发送控制回路受到影响，并会使功率不稳定，产生波动。因而在下行信道上有传送孔洞时，就要求上行信道上的传送(Tx-UMTS)不得中断。既然UTMS条例只能允许这样运行，那么现有技术的多频带发送/接收系统就不能完全满足这种条例。特别是在后面我们将会看到，这些发送/接收系统不能按照UMTS模式同时在DCS接收频带和传送频带下进行测量。换句话说，实际上在DCS频带下的测量必须以上行信道也按压缩模式运行为前提。
图3表示现有技术公知的三带式发送/接收系统。该系统可以交替地以GSM模式、DCS模式或UMTS模式运行。一个与天线300连接的双工器310将GSM频带(890-960MHz)与DCS及UMTS(1710-2170MHz)频带分开。我们知道双工器是一种能够让两个不同的发送/接收系统在分开的频带下运行的装置，所述分开的频带同时使用同一个天线。双工器主要包括两个带通滤波器，这两个带通滤波器分别对应于两个系统的传送频带和接收频带。通常，因为这些频带彼此离开，所以不需要精心选择这些滤波器。例如，在目前的情况下，GSM频带离DCS频带及UMTS频带为750MHz以上。双工器的与较低频率的频带对应的输出312，也就是说对应于GSM信号的输出与第一转换器350的公共点连接，该转换器称作“一个输入/两个输出的转换器”或SPDT(对于Single Pole DoubleThrow)。实际上该转换器是临时双工器：根据转换器的情况，该公共点或是与GSM接收器的输入(表示成Rx GSM)相连，或是与GSM发射器的输出(表示成Tx GSM)相连。当GSM发射时，转换器350可以消除GSM接收电路的影响。
双工器310的与高频频带对应的输出311，也就是说对应于DCS和UMTS信号的输出与第二转换器320的公共点连接，该转换器也是“一个输入/两个输出的转换器”。根据转换器320的情况，该输出311与双工机330的公共点322相连，或是与第三转换器340的公共点321相连。我们知道双工器是一种能够让传送信道和接收信道同时享用同一个天线(此处通过转换器320和双工器310)的装置。双工器可以在频率域(例如双工机330)或时间域(例如转换器340)中运行。双工机330同时确保将天线的信号传送到UMTS接收器的输入中，以及将UMTS发射器的输出信号(表示成Tx UMTS)传送到天线上。另一方面，第三转换器340的公共点根据该转换器的情况或是与DCS接收器的输入(表示成Rx DCS)相连，或是与DCS发射器的输出(表示成Tx DCS)相连。
所述的发送/接收系统可以同时在GSM频带下接收和在UMTS频带下传送。因为，当转换器320和350处于该图所示的位置时，一方面可以在UMTS频带下通过双工机330、转换器320和双工器310传送信号，另一方面在GSM频带下通过双工器310和转换器350接收信号。反之，转换器320的存在不能使发送/接收系统同时在UMTS频带下进行传送和在DCS频带下进行接收。
本发明的目的在于提出一种发送/接收系统，该发送/接收系统就像在DCS频带下一样在UMTS频带下运行，而且不必中断在UMTS上行信道上的传送就可以在DCS接收频带下测量。
总的来讲，本发明的目的是提供一种多标准发送/接收系统，它能够在一个标准传送频带下和另一个标准接收频带下进行传播。
该目的由一种移动终端的发送/接收系统实现，该系统可以在多个频带下进行传送和接收，该系统包括多个串接的双工器，第一个双工器的公共信道与所述移动终端的天线相连，后面各个双工器的公共信道与其前面的双工器的第一信道相连，每一个双工器的第二信道以及最后的双工器的第一信道与临时双向设备或常用双向设备相连，该设备保证在其中所述的一个频带下传送和接收。
所述双工器中的至少一个为其第一信道和第二信道中的至少一个最好具有可转换的传输功能。
根据一个实施例，该系统包括两个串接的双工器，将第一双工器的第一信道与第二双工器的公共信道连接，将第二双工器的第一信道与第一双向设备连接，该设备保证在第一频带下同时进行传送和接收，将第二双工器的第二信道连接到第二双向设备上，该设备保证在第二频带下交替地进行传送和接收，第一双工器的第二信道与第三双向设备相连，该设备保证在第三频带下交替地进行传送和接收。
例如第一频带是UMTS传送/接收频带，第二频带是DCS传送/接收频带，第三频带是GSM传送/接收频带。
这样，第二双工器在其第一信道上就有可转换的传输功能，它在让UMTS频带通过的第一带通滤波器的传输功能和只让UMTS上行信道的分频带通过的第二带通滤波器的传输功能之间转换。同样，对于其第二信道来讲，它具有可转换的传输功能，它在让DCS频带通过的第三带通滤波器的传输功能和只让DCS下行信道的分频带通过的第四带通滤波器的传输功能之间转换。
当移动电话只在UMTS模式下运行时第二双工器在其第一信道上的传输功能就是第一带通滤波器的传输功能，而当移动电话按压缩UMTS模式运行时，第二双工器在其第一信道上的传输功能就是第二带通滤波器的传输功能。
同样，当移动电话只按DCS模式运行时，第二双工器在其第二输出上的传输功能就是第三带通滤波器的传输功能，而当移动电话按压缩UMTS模式运行时，第二双工器在其第二输出上的传输功能就是第四带通滤波器的传输功能。
最好至少使第二双工器由表面波滤波器或介电滤波器构成。
根据一种变型实施方案，所述双工器中的至少一个装有转换器，转换器可以断开其第一和/或第二信道和/或其公共信道的连接。此外，所述双工器中的至少一个装有一个转换器，该转换器可以将其公共信道与其第一信道和第二信道中的一个短路。
通过阅读下面结合附图对实施例的描述以后将会更加清楚地理解本发明的上述特征以及其它特征，其中：
图1是GSM、DCS、和UMTS系统的频带的示意图；
图2表示当移动终端按照压缩UMTS模式运行时在GSM频带下的测量；
图3是现有技术公知的多频带发送/接收系统的示意图；
图4是根据本发明第一实施方案的多频带发送/接收系统；
图5表示本发明不同实施方案的一个双工器的特征；
图6是根据本发明第二实施方案的多频带发送/接收系统；
图7是现有技术公知的双工器的结构图；
图8表示用于实施本发明的双工器的一种变型；
图9A示出的是一个在其不同的信道上装有转换器的双工器，该双工器用于本发明的一种变型实施方案；
图9B示出的是装有图9A的转换器的双工器的实施例。
本发明的基本思想是在发送/接收系统中提供多个双工步骤，第n行的某一级双工信道的通带含有第n+1行的信道的通带。正如下面将会看到的那样，这种结构可以将多频带发送/接收系统的不同运行频带分开。
本发明第一实施方式的GSM/DCS/UMTS多频带发送/接收系统示于图4中。该系统包括一个与天线400相连的第一双工器410，双工器的作用在于将GSM频带与DCS/UMTS频带分开。正如上面已经看到的那样，因为GSM频带与DCS/UMTS频带均彼此远离，所以不需要精心选择该双工器的带通滤波器。双工器410的低频信道412与“一个输入/两个输出”式的转换器450的公共点(或输入)相连，转换器450的各输出分别与GSM接收器(Rx GSM)的输入和GSM发射器(Tx GSM)的输出相连。双工器410的高频输出411与第二双工器415的公共信道414相连。该双工器的作用在于将DCS频带UMTS分频带彼此分开。由于靠近DCS频带(1710-1880MHz)和UMTS频带(1920-2170MHz)，所以要通常精心选择双工器的带通滤波器的频率。这些带通滤波器最好用表面滤波器或SAW(Surface Acoustic Waves)构成，这样可以得到高精度滤波器。另外，也可以用公知技术将这些带通滤波器做成介电滤波器形式。双工器415的低频信道417与“一个输入/两个输出”式的转换器440的公共点(或输入)相连。转换器的各“输出”分别与DCS接收器的输入(RxDCS)和DCS发射器的输出(Tx DCS)相连。而双工器415的高频输出416连接到UMTS发射器的输出。
将双工器415的高频信道416连接到一个双工机430的公共点上，该双工机保证同时将天线接收的UMTS信号发送到UMTS接收器(RxUMTS)以及将UMTS发射器(Tx UMTS)发送的UMTS信号传送到该天线上。
根据一种优选的变型实施方案，第一和第二双工器的信道411，412和416，417或只是它们其中的一个均有简单的“工作/停止”式转换器，这和上面所述的一样。这样就可以在给定运行模式下将系统的某些部件隔离开，并防止因双工器中的泄漏所造成的损失。例如，假定系统只在GSM模式下运行，则在信道411上的转换器就打开，在信道412上的转换器就关闭。假定系统只在DCS模式下运行，则在信道412和416上的转换器就打开，在信道411和417上的转换器就关闭。最后，假定系统只在UMTS模式下运行，则在信道412和417上的转换器就打开，在输出411和416上的转换器就关闭。另外，如果有一个双工器不需使用，则用“工作/停止”式转换器将该双工器短路，以便进一步减少损失。这样，例如只在DCS模式下时，就可以直接将公共信道414连接到信道417上，而只在UMTS模式下时，就可以直接将公共信道414连接到信道416上。
在移动站以压缩UMTS模式进行通讯时，所述发送/接收系统可以在DCS接收时进行测量。更确切地说，双工器415在允许通过转换器440进行DCS模式的接收的同时，还通过双工器430进行UMTS模式的传送。这样既可以在DCS接收时进行测量，而且继续正常地在UMTS的上行信道上进行传送。因而压缩模式不影响UMTS的下行信道。如果双工器410的信道装有转换器，则通过打开输出412处的转换器就可以有效地减少该运行模式中的损失。
另外，与现有技术一样，在移动站以压缩UMTS模式进行通讯时，该发送/接收系统可以在GSM接收时进行测量。在这种情况下，如果双工器415的输出装有转换器，则在输出417上的转换器就被打开。
图5表示双工器415的带通滤波器的特性。用实线I表示连接到输出416(UMTS频带)上的滤波器的特性，实线和II表示连接到输出417(DCS频带)上的滤波器的特性。
我们知道很难同时得到频率选择性又好带通特性又平整的带通滤波器。为了克服该困难，在第二个变型实施方案中，使与输出416和417相连的带通滤波器具有可转换的性能。如果系统只以UMTS模式或只以DCS模式运行，则有关滤波器的特性就分别是I和II示出的特性。反之，如果希望在UMTS压缩模式下进行DCS的接收测量，则使滤波器进行重组，以便将其滤波特性变成虚线I’，II’表示的特性。这样既可以在压缩模式下保证必需的选择性(特性I’和II’)，又可以只在UMTS模式或只在DCS模式下对传输性能进行很好的调节(特性I和II)。根据一个变型实施例，从I向I’或II向II’的特性转换经过一个极点数的减少。例如特性I和II可以是三极点滤波器的特性，特性I’和II’可以是两极点滤波器的特性。在后一种情况下，特性I’和II’比特性I和II突出。
图6表示带通滤波器的第二种变型实施方案。所示的该系统与图4的系统区别在于它还包括一级附加双工。将双工器610，620和625串接，一个双工器的一个信道与下一级双工器的公共信道连接，另一个输出与一个转换器的公共点或一个常用双工机的公共信道连接。这样，例如模块630是一个常用双工机，模块635，640和650是临时双工机(“一个输入/两个输出”式的转换器)。选择一个双工机是临时的还是常用的这要取决于移动电话S1，...S4。双工器610，620和625具有交错的通带。具体地说，与信道611相连的滤波器的通带含有与信道621和622相连的滤波器的通带，与信道621相连的滤波器的通带含有与信道626和627相连的滤波器的通带。另外，双工器的各个不同信道上可以装有转换器，从而对于确定的运行模式来讲，使各不工作的分支隔离，这样也就减少了损失。与第一实施方案一样，各个双工器的带通滤波器的特性可以转换，特别是在特定运行模式需要很高的选择性的情况下更是如此。不管怎样，所示系统可以在一个信道TxSi上传送，并可以同时在信道RxSj上接收，其中j等于或不等于i。双工器的级数(此处为3级)通常可以为任意级。但是，实际上所述级数受一连串双工器的损失的限制。
所用的双工器，特别是应当保证具有好的选择性的双工器(例如双工器415)最好采用表面波带通滤波器(SAW)或介电滤波器。图7示意性地表示出这种双工器。用虚线闭合线限定出的滤波器731和732，例如是SAW滤波器(这里表示成同样的电路形式)，它们的共振频率分别是f1和f2。此外，双工器包括第一四分之一波长线721和第二四分之一波长线722，以便使点710上方的支路的频率f1的阻抗和该点下方的支路的频率f2的阻抗很高。
为了改变双工器的滤波器的特性，我们可以用并联或串联的方式为SAW滤波器添加电容器和/或可转换的电感器。所用的转换器可以用其电压可以控制的二极管PIN构成。可替换的是，可以为SAW滤波器添加其电压可以控制的电容器或变容二极管。图8示出的是等同于SAW滤波器的电路图，它并接有一个变容二极管。二极管810的容量受反向控制电压Vcontrol的控制，并根据k/(V0+Vcontrol)α的关系式变化，其中k，V0和α均是常数。电容器820可以断开极化电流。共振电路图包括容量可变的二极管810，电容器820和840以及电感器830。由于可以使Vcontrol变化，因而就可改变滤波器的共振频率。同样，如果变容二极管与SAW滤波器串接，则通过改变其极化电压，就能改变滤波器的抗共振频率。这样就可以构成传输功能可转换的带通滤波器。
图9A示意性地示出了具有“工作/停止”式转换器的双工器，正如上面所描述的那样，该双工器可以转变运行模式。用标号915所示的双工器例如是图4的双工器415。在双工器的每个信道914，916，917上分别装有转换器924，926，927。另外，可以配置两个转换器936和937，以便使公共信道914分别与第一信道916及第二信道917短路。
图9B是装有图9A的转换器的双工器的实施例。所示的元件S1-S5是二极管PIN或三极管FET。转换器924，926，927均包括一个四分之一波长线和一个二极管PIN(或三极管FET)。当其中的一个二极管受到正向极化时，在阳极和接地壳体之间的较小阻抗就由四分之一波长线变成高阻抗。相应信道的阻抗也升高。当其中的一个二极管受到反向极化时，相应信道的输入阻抗较小。

Claims (12)

1.一种移动终端的发送/接收系统，该系统可以在多个频带下进行传送和接收，其特征在于该系统包括多个串接的双工器(410，415，610，620，625)，第一个双工器(410，610)的公共信道与所述移动终端的天线(400，600)相连，后面各个双工器的公共信道与其前面的双工器的第一信道相连，每一个双工器的第二信道以及最后的双工器(415，625)的第一信道与临时双向设备或常用双向设备(430，440，450，630，635，640，650)相连，该设备保证在其中所述的一个频带下传送和接收。
2.根据权利要求1所述的发送/接收系统，其特征在于所述双工器中的至少一个为其第一信道和第二信道中的至少一个具有可转换的传输功能。
3.根据权利要求1或2所述的发送/接收系统，其特征在于该系统包括两个串接的双工器，将第一双工器(410)的第一信道(411)与第二双工器(415)的公共信道(414)连接，将第二双工器的第一信道(416)与第一双向设备(430)连接，该设备保证在第一频带下同时进行传送和接收，将第二双工器的第二信道(417)连接到第二双向设备(440)上，该设备保证在第二频带下交替地进行传送和接收，第一双工器(410)的第二信道(412)与第三双向设备(450)相连，该设备保证在第三频带下交替地进行传送和接收。
4.根据权利要求3所述的发送/接收系统，其特征在于第一频带是UMTS传送/接收频带，第二频带是DCS传送/接收频带，第三频带是GSM传送/接收频带。
5.根据权利要求2～4之一所述的发送/接收系统，其特征在于第二双工器在其第一信道上具有可转换的传输功能，它在让UMTS频带通过的第一带通滤波器的传输功能(I)和只让UMTS上行信道的分频带通过的第二带通滤波器的传输功能(I’)之间转换。
6.根据权利要求2所述的发送/接收系统，其特征在于所述第二双工器对于其第二信道来讲，它具有可转换的传输功能，它在让DCS频带通过的第三带通滤波器的传输功能(II)和只让DCS下行信道的分频带通过的第四带通滤波器的传输功能(II’)之间转换。
7.根据权利要求5所述的发送/接收系统，其特征在于当移动终端只在UMTS模式下运行时第二双工器在其第一信道上的传输功能就是第一带通滤波器的传输功能，而当移动终端按压缩UMTS模式运行时，第二双工器在其第一信道上的传输功能就是第二带通滤波器的传输功能。
8.根据权利要求6所述的发送/接收系统，其特征在于当移动电话只按DCS模式运行时，第二双工器在其第二输出上的传输功能就是第三带通滤波器的传输功能，而当移动电话按压缩UMTS模式运行时，第二双工器在其第二输出上的传输功能就是第四带通滤波器的传输功能。
9.根据上述任一权利要求所述的发送/接收系统，其特征在于至少第二双工器由表面波滤波器构成。
10.根据权利要求3～8之一所述的发送/接收系统，其特征在于至少第二双工器用介电滤波器制成。
11.根据上述任一权利要求所述的发送/接收系统，其特征在于所述双工器中的至少一个装有转换器(924，926，927)，转换器可以断开其第一和/或第二信道和/或其公共信道的连接。
12.根据上述任一权利要求所述的发送/接收系统，其特征在于所述双工器中的至少一个装有一个转换器(936，937)，该转换器可以将其公共信道与其第一信道和第二信道中的一个短路。
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