CN1427555A - 用于无线通信系统的中继器 - Google Patents

Abstract

一种用于往来于受到山或建筑物等阻碍的区域发送和接收RF信号的中继器系统。一个天线链接到例如蜂窝式网络中的单元区的基站天线，另一天线被引向障碍区。信号由一个天线从基站天线接收并数字分离为数个不同的频道。然后分离的频道由另一天线发送到障碍区至移动用户。而且，来自移动用户的信号由一个天线接收，并类似地数字分离为不同的频道，并发送给基站天线以向通信网络提供。

Description

用于无线通信系统的中继器

本发明的领域

本发明一般涉及中继器设备领域，用于例如在大障碍物诸如山区或甚至大建筑物干扰信号情形下使用的射频(RF)通信信号。更具体来说，本发明涉及用于把宽带RF信号数字化分离为各信道的那种中继器内的数字信道化器设备。

本发明的背景

无线通信系统，诸如蜂窝式电话系统，现在在世界各地普及。作为一例，广泛用于世界各地的一种这样的蜂窝式电话系统是先进移动电话服务(AMPS)。

AMPS于1983年发布，使用800-MHz到900-MHz频带，每信道30-kHz带宽，并作为全自动移动电话服务提出。AMPS是世界上第一个标准化蜂窝式服务，并可能是最广泛使用的蜂窝式通信标准。AMPS原来设计用于城市中，然而后来扩展到农村地区。AMPS通过降低射频功率输出最大扩展了频率重用的蜂窝式概念。

AMPS在全设计同用，并在美国、南美、中国、及澳大利亚尤为普遍。AMPS使用调频(FM)进行无线传输。在美国，从移动单元向单元区站点或基站传输使用不同于从基站向移动单元传输的频率。

例如，825-845MHz频带用于上行链路服务，即用于从移动用户向单元区站点发送信号，而870-890MHz频带用于下行链路服务，即用于从单元区站点向移动用户发送信号。从上行链路带宽选择的一个30kHz频带和从下行链路选择的一个对应的30kHz频带组成单一信道，实现移动用户与单元区站点之间的通信。因而，理论上存在666(20MHz/30kHz)个单一信道对于移动用户与对于站点的双向通信可用。换言之，假设没有频率能够同时由一个以上移动用户使用，则在任何给定的时间在移动用户与对于站点之间只能保持666个不同的连接。这个限制的数目显然对当前移动无线通信的普及显然是不够的。

于是为了增加潜在的移动用户，发展了频率重用的概念，由此每一上行链路和下行链路信道频带能够同时由不同用户使用。然而为了这样重用频率，往/来于一个用户的信号必须不能干扰往/来于任何其它用户的信号。为此，地理区域被划分为较小的“单元区”，每一单元区由“单元区站点”或天线服务。这种想法在于，对一个单元区内的每一用户分配可用的用于向接收单元区站点发送信号的上行链路频率，及可用的用于从接收单元区站点接收信号的下行链路频率这两者。在进行移动通话时分配上行链路和下行链路频带，并且这时每一单元区理论上可重用整个20Mhz带宽。只要在该特定单元区内没有其它用户在该信道(或频率集)通信，就不会出现来自其它通话者信号的干扰。

然而，如果移动用户使用一频率集行进到充分靠近相邻单元区的单元站点，他/她的信号将潜在干扰相邻单元区中另一用户的信号，假设这另外的用户正在使用相同的频率集。因而，结果是给定的单元区将不能使用与相邻单元区相同的频率。于是，例如被称为“簇”的七个单元区的组被排布。例如排布正六边形单元区的簇，一个单元区在其六边的每一边由六个其它单元区围绕。往来避免干扰，簇中七个单元区每一个都不使用簇中任何其它单元区相同的信道。

因而，在上述例子中，每单元区不是有666个可用信道，而只是每单元区接近95个信道(666信道/7单元区)。用户在单元区之间穿越时，它们发送或接收各自信号的信道或频率以一种方式改变，以避免使用由其它用户已经使用的频率。理论上如果使单元区足够小，对所有潜在的用户能够提供足够的容量。

然而，作为较小的单元区的结果，所使用的功率电平必须对应地低，以避免例如一个用户信号无意中由不同单元区其它单元站点(天线)收到。而且，作为相对低的功率电平的结果，并因为信号波长短，诸如可能存在于单元区站点与单元区中各种方位的用户之间的建筑物和山等障碍物，能够引起信号电平的显著降低，在某些区域降低到不能使用的电平。增加信号功率可用把它们提高到在这些区域或单元区可接收的电平，但是功率电平提高得太高能够引起几个其它的问题。特别是在相邻单元区避免使用与给定单元区中所使用的相同信道时，至少某些次靠近的单元区使用相同的信道。这样，在某些单元区提高的功率电平会引起在那些单元区的干扰。此外，一个信道中提高的信号功率可能引起相邻单元区中相邻信道之间的干扰。

在任何情形下，增加从单元区站点发送的信号功率电平将增强单元站点从移动单元接收的信号。确实，由于移动单元能够处于单元区任何地方，包括单元区的周边附近，移动单元能够发送的功率量至少以移动单元信号不干扰附近单元区中的信号的准则为限。由于例如位于单元区周边的移动单元比它所在的单元区的单元站点更靠近相邻的单元区，对来自移动单元信号的信号功率限制比对来自单元站点信号限制更明显。

在明显情形下，能够使用自动增益控制电路补偿接收的信号强度变化，但是这种电路还可能放大噪声，其结果是如果接收的信号明显降低可能造成很大噪声的音频信号。此外，如果信号太微弱而不能检测到，则系统可能确定通话已经终止，并解除另一方或信号出错状态。由于在移动单元穿越单元区时这可能出现无数次，希望能够增强信号电平以及由单元区中的单元设备接收的信号，否则它们将会受到阻碍。

对上述问题一种解决方案已在U.S.Patent Number4,849,963(“963”)中建议，其中公开了一种蜂窝式无线电话增强电路。在‘963专利’中所提出的增强电路中，提供了“上游”天线系统和“下游”天线系统。上游天线系统指向单元区站点并用来接收从单元站点发送的信号，并向单元站点发送从移动单元发送的信号的放大版本。下游天线系统指向单元区内的障碍区，并用来辐射来自单元站点放大的信号，并接收来自位于障碍区中移动用户的信号。

然而，与‘963专利’中所公开的系统相关的一个问题是所有系统的组件是模拟的。因而，在使用多信道的系统中，必须复制许多组件部件，增加了系统的尺寸和成本。例如，需要多个滤波器，对每一频率或信道调谐一个。

虽然AMPS广泛使用，但当前的趋势是趋向数字化调制技术。例如，时分多路访问(TDMA)是一种数字传输技术，通过在每一信道向每一用户分配唯一时间片，允许数个用户无干扰访问信号射频(RF)信道。当前对于蜂窝式TDMA标准把信号信道划分为六个时间片，每一信号使用两个时间片，在提供优于AMPS的3比1的容量上增益。每一蜂窝被指定一特定时间片用于传输。

然而当使用诸如以上‘963专利’中所述的模拟中继器传输数字调制RF信号时，又增加了问题。例如，当使用模拟滤波器在中继器中分开信道时，滤波器响应的边缘并不很尖锐。如果数据以数字传输，这意味着位于特定滤波器频带边缘的“一”与“零”有较高的可能性丢失，这严重降低了通信质量。

本发明的概述

本发明通过提供一种包含用于计算、测量和优化系统性能的数字信道化器的数字信道无线通信系统中继器，寻求消除上述先有技术系统问题。

根据本发明，提供一种用于发送和接收射频(RF)信号的方法和装置，包括从基站天线接收下行链路RF信号，并使下行RF信号指向数字信道化器。在数字信道化器中，RF信号被数字化滤波为数个子频带，每一子频带各包含数个信道。在RF信号分离到信道之后，信号发送到因为障碍物基站不能直接传输信号的区域。然后所传输的信号由一个或多个移动通信单元接收。

另外，根据本发明，来自移动通信单元的上行链路信号由另一通信接收并在另一数字信道化器中被数字化滤波为数个上行链路子频带。然后每一上行链路子频带被发送到基站天线，由此它被发送到通信网络。

附图的简要说明

图1是包含根据本发明的数字多信道信道化器的中继器系统的框图表示。

图2是根据本发明的数字多信道信道化器的单一信道的框图表示。

本发明的详细说明

图1是表示本发明一个实施例基本结构的系统图。根据本发明这一实施例的系统理想上位于这样一个位置，即能够往来于基站天线，并往来于障碍物诸如山和一系列建筑物等阻挡从基站天线发送的信号直接进入的区域，发送并接收射频(RF)信号。根据这一实施例的系统包括下行链路通路，用于向优化可能位于的障碍区发送从基站天线接收的放大的信号，及上行链路通路，用于向基站天线发送从障碍区内的移动用户接收的放大的信号。

将首先讨论根据本实施例下行链路通路的一例。如图1所示，系统5包括天线10，接收来自位于单元区站点的基站天线15的RF信号。从基站天线15接收的信号被引导向双工器20，它只向双工器的输出引导通过天线10接收的RF信号。

从双工器20的输出RF信号被提供给低噪声放大器(LNA)30，该放大器增加一定频带，例如851-866mHz频带，内的信号以及与被接收的信号一同接收的任何噪声，以及由天线10和/或双工器20引入的任何噪声之间的信号噪声比。在LNA 30中增加了接收的信号的信号噪声比之后，信号的频带被引入数字信道化器60，其细节将在以下更详细说明。数字信道化器60接收来自LNA 30的信号频带，不把该频带数字划分为数个信道，例如12个不同的信道，每一个包含一30kHz子频带。

在由信道化器60分离各信道之后，每一信道被引导到功率放大器70以便增加信号强度。放大器70的输出提供给双工器80，它向天线90引导从放大器70接收的信号。天线90向移动用户95₁-95_n所在的障碍区域发送该信号。

现在讨论根据本实施例的上行链路。天线90从障碍区内移动用户95₁-95_n接收不同频率的各种信号。然后由天线90接收的信号提供给把信号移动向LNA 100的双工器80，LNA 100增加一定频带，例如806-821mHz频带内的信号以及与被接收的信号一同接收的任何噪声，以及由天线90和/或双工器80引入的任何噪声之间的信号噪声比。在LNA 100中增加了接收的信号的信号噪声比之后，信号频带被引入数字信道化器120，其细节与信道化器60相同并在以下更详细说明。数字信道化器120接收来自LNA 100的信号频带，并数字划分该频带为数个信道，例如12个不同信道，每一个包括一30kHz子频带。

在由信道化器120分离各信道之后，每一信道被引导到功率放大器40以便增加信号强度。放大器40的输出提供给双工器20，它向天线10引导从放大器40接收的信号。天线10把该信号发送到基站15，然后信号从基站15被路由向通信网络(未示出)。

根据本发明实施例的两个信道化器60和120都是使用数字滤波器等数字化实现的，以便隔离所希望的频率的信号。例如如图2所示，信道化器60和120(图1)通过输入端口(未示出)接收中间频率(IF)信号200的宽带，并把整个IF信号频带引导到数字转换器(ADC)210，在此信号从模拟被转换为数字格式。

在IF频带信号已经转换为采样数字表示之后，数字信号提供给数个数字下变频器(DDC)220₁-220_n。DDC_s220₁-220_n每一个能够隔离至少一个IF频带可由来自其中的数字输入信号表示的子频带或信道，例如，每一信道化器信道可被构成为隔离一不同的30kHz子频带。能够与本发明实施例结合使用的DDC的一个例子是通过部件号AD6624的模拟装置的装置。

因为根据本实施例的DDC_s采用数字滤波器，每一DDC工作的一个频率或多个频率能够通过选择数字滤波器内适当的系数被隔离。为了帮助系数的适当选择，在与每一DDC连接的信道化器装置内提供了数字信号处理器(DSP)230。DSP通过用户接口235接收控制数据，并处理数据以确定每一DDC应当工作的子频带。

在每一DDC隔离了其选择的频率信号后，它输出“同相位”信号以及正交信号，即与同相位信号有相同频率和振幅但相位转90度的信号。同相位及正交信号作为一系列“I”和“Q”采样输出。I和Q采样提供给对应的数个上变频器(DUC)240₁-240_n。能够与本实施例结合使用的DUC的一例是由部件号AD6622的模拟装置表示的装置。DUC从数字I和Q采样再生输出信号，并将输出的数字信号提供给数字模拟转换器(DAC)250。然后DAC 250输出由DDC滤波的信号的IF表示。

本发明的本实施例允许例如来自障碍区内的数个移动蜂窝式电话用户RF信号，能够从他们各移动单元分别往来于作为蜂窝式网络的特定单元区的基站天线发送并接收信号。进而，因为本实施例的系统使用数字滤波器技术，避免了与传统模拟中继器系统相关的问题。例如，在模拟中继器系统中，每一信道需要其自己的滤波器及分别调谐到特定频率的自己的混频级。然而，通过采用数字滤波器，数字混频器，及数字控制的振荡器(NSO)，根据本发明，每一NCO能够被数字化控制，使得只需改变系数即可改变“调谐的”频率，在数字信号控制器的控制下这能够快速进行。

本发明的上述说明已经通过例子给出。从给出的公开，业内专业人员不仅能够理解本发明及其相关的优点，而且还会发现对所公开的结构和方法有明显的各种改变和改型。因而发现它函盖了所有属于由所附权利要求及其等价物定义的本发明的精神和范围的这种变化和改型。

Claims (6)

1.一种用于无线通信系统的中继器系统，包括：

第一天线，可操作向基站发送上行链路射频(RF)信号，并从其接收下行链路RF信号；

第一双工器，连接到所述第一天线并可操作从所述第一天线接收下行链路RF信号，并向第一双工器输出引导下行链路RF信号，并进而可操作在第一双工器输入接收放大的上行链路信号，并向所述第一天线提供放大的上行链路信号以便向基站天线发送；以及

第一数字信道化器，可操作接收包含每一个具有不同频率的多个下行链路信号的宽带下行链路信号，并从多个下行链路信号之中数字化隔离单个下行链路信号，并在第一数字信道化器输出提供隔离的下行链路信号；

其中宽带下行链路信号包括比下行链路RF信号较窄的频带。

2.权利要求1中所述的一种中继器系统，还包括：

第二天线，可操作向移动通信单元发送下行链路射频(RF)信号，并从其接收上行链路RF信号；

第二双工器，连接到所述第二天线并可操作从所述第二天线接收上行链路RF信号，并向第二双工器输出引导上行链路RF信号，并进而可操作在第二双工器输入接收放大的下行链路信号，并向所述第二天线提供放大的下行链路信号以便向移动通信单元发送；以及

第二数字信道化器，可操作接收包含多个上行链路信号的宽带上行链路信号，并从多个上行链路信号之中数字化隔离单个上行链路信号，并在第二数字信道化器输出提供隔离的上行链路信号；

其中放大的下行链路信号是隔离的下行链路信号的放大版本，并且放大的上行链路信号是隔离的上行链路信号的放大版本。

3.权利要求2中所述的一种中继器系统，其中所述第一数字信道化器包括：

模拟到数字转换器，用于转换宽带下行链路信号从模拟格式到数字格式；

至少一个数字下变频器，可操作转换规定频率的数字宽带下行链路信号为规定频率的数字宽带下行链路信号基带正交版本；以及

数字信号处理器，用于控制所述至少一个数字下变频器工作在规定的频率。

4.权利要求3中所述的一种中继器系统，其中所述第一数字信道化器包括：

至少一个数字上变频器，可操作接收数字宽带下行链路信号的基带正交版本，并在规定频率产生再生宽带信号；以及

数字到模拟转换器，用于转换再生的宽带信号从数字格式到模拟格式；

5.一种用于发送和接收射频(RF)信号的方法，包括

从基站天线接收下行链路RF信号；

把下行链路RF信号引导到第一数字信道化器；

从下行链路RF数字滤波多个子频带，并把每一子频带各分离为数个信道；

向因障碍物基站不能直接发送信号的区域发送每一信道；以及

由移动通信单元接收至少一个信道。

6.如权利要求5中所述的方法，还包括：

从移动通信单元接收上行链路RF信号；

把上行链路RF信号引向第二数字信道化器；

从上行链路RF信号数字滤波多个子频带，并分别分离每一子频带为数个信道；以及

向基站发送每一信道。

Images