CN1469559B - 具有高频稳定性的传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种利用参考副载波以同步本地振荡器104的传输系统。可以在分配给运营商的频带的多个位置放置参考副载波。接收设备的外部单元1包括可以选择同步副载波的频率方面的选择装置107。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高频稳定性的传输系统。更具体地,本发明涉及放置在用户侧的外部单元。
背景技术
通过最初的MMDS(微波多点分配系统)、LMDS(本地多点分配系统)和MVDS(多点视频分配系统),本领域的技术人员可以了解点-多点型的无线电传输系统。这些用于节目广播的系统提供允许用户与接收到的节目相互作用的用于用户终端的返回链接。
在欧洲,已经做准备来实现LMDS型的系统,所述系统包括具有33MHz带宽的24个广播频道(也称为下行链路),以及具有2MHz带宽的25个返回频道(或上行链路),这些频道位于40.5和42.5GHz之间(对于关于频道分配的更多细节,本领域的技术人员可以参考MPT-1560-RA标准)。实现的系统必须与ETSI标准301199相互兼容,更好地作为DVBLMDS来了解ETSI标准301199,其中针对上行链路,为正或负200kHz的振荡器频率漂移预先采取措施,这种频率漂移主要由于气候条件产生。对于关于系统的更多信息,本领域的技术人员可以参照例如专利申请WO2002/33855。
已经增加分配用于这类应用的带宽,而所述带宽当前对应于位于40.5和45.5GHz之间的频带。也对分割这个频带进行了准备,使得将其分配给几个运营商。
图1描述了为运营商配置这类系统的示例性分配网络。在给定的区域上配置基站ST。基站ST覆盖有限大小的一到四部分A、B、C和D。每个部分利用不同的频带和/或偏振,从而减少在相邻部分间干扰的问题。
图2示出了第一运营商配置三个基站ST以及第二运营商配置他自己的基站ST’的结构。只要分配给运营商的频率完全不同,两个运营商更多的配置都不会引起任何干扰的问题。
这种系统与如卫星、电缆或电话等其他分配网络相竞争。但是,希望扩展其网络而没有必要完全敷设给定区域的有线电视运营商可以利用这些系统。由于这个目的,运营商希望放在用户侧的解码器与用于电缆的解码器相同,从而避免发展开支成本。此外,想要的是,这类网络能够起到用于有线网络的无线桥的作用。
图3描述了起到有线网络中继作用的分配网络系统。基站ST装备有发射机,及可能装备有接收机,以广播去往多个用户的信息。在用户侧,外部单元1与有线网络2相连。用户可以借助于用做到一个或多个用户设备4的接口的内部单元3连接到有线网络2上。外部单元包括天线、用于将接收到的信号转换为与有线网络2兼容的频带的装置以及用于转换要传输到基站ST的信号的装置。例如,内部单元3是将用于有线网络2的电视解码器或调制解调器。例如,用户设备4是电视、电话或计算机。
外部单元的制造需要与一方面与无线电波路径相关而另一方面与有线路径相关的传输条件相兼容。与有线网络相关的DOCSIS标准针对上行链路允许32kHz的频率漂移,以及针对下行链路允许30kHz的频率漂移。如果这个频率漂移转换为所用的无线电频率,应当注意的是,位于外部单元1中的振荡器的稳定性必须小于百万分之一。但是外部单元1受到温度和气候约束,使得获得这样的稳定性非常困难并因此非常昂贵。
已知的解决方案在于利用基站发送的参考副载波,从而同步外部单元。例如,在美国专利号为5,844,939的专利中描述了这种解决方案。图4代表与所述专利公开的电路类型相对应的电路。由混频器5转换接收到的信号。从转换后的信号中,滤波器6选择其中应该只有参考副载波的部分频带。相位/频率比较器7比较滤波后的频率与参考振荡器8,以及操作向混频器5提供转换频率的振荡器9。这样执行的频率反馈控制对应于锁相环,从而能够获得等于参考振荡器8中的误差的振荡器9的频率中的绝对误差。此外,这种技术还补偿了基站的频率漂移。此外,如果返回链路利用同一振荡器来转换上行链路和下行链路,同样补偿了返回链路中的误差。
这种系统不能被用在与图1和图2相对应的单元式分配网络中。对于整个分配网络使用固定频率将引起在利用同一频率的区域之间的干扰。
发明内容
本发明提出了一种传输系统,其中可以将同步副载波的位置放置在分配给运营商的频带的多个位置。接收装置的外部单元包括额外的转换装置,它能够将同步副载波减少到独立于它在传输频带中的位置的预定频带范围。
本发明是一种传输系统的放置在用户侧的外部单元,所述传输系统利用位于传输频带中的至少一个参考副载波,所述传输频带还包括至少一个数据载波下行链路频道。所述外部单元包括:本地振荡器,用于将传输频道转换为转换后的频带,所述转换后的频带包括转换后的参考副载波;同步装置,用于借助于参考副载波同步本地振荡器。所述同步装置包括选择装置,将转换后的参考副载波转换为想要的同步频带范围。
更好地,所述选择装置包括用于产生可编程频率的信号的装置。
在利用了非常有选择性的滤波的具有低相位噪声的应用中,所述单元包括位于本地振荡器和同步装置之间的锁存设备,从而所述锁存设备驱动本地振荡器,直到参考副载波的转换后的图像出现在想要的同步频带范围中。
为了最小化返回链路的频率误差,所述单元包括用于转换并放大返回频带的上行链路装置,所述返回频带包括从低频带到返回链路传输频带的至少一条上行链路频道,以及所述上行链路装置使用本地振荡器执行第一频率转换。
为了最小化与返回链路的滤波和频率误差相关的约束,上行链路装置执行第二频率转换,以及在一种情况下以低外差法(infradyne)方式而另一情况下以高外差法(supradyne)方式进行第一和第二转换。
本发明同样是包括至少一个基站和至少一个用户设备的射频传输系统,所述基站利用单一振荡器以执行朝向无线电传输频带的信号下行转换,以及从无线电接收频带的信号的可能上行转换,用户设备包括如上确定的内部单元以及由电缆链接的外部单元。
附图说明
通过阅读以下参照附图进行的描述,将更好地理解本发明,以及其他特征和优势将变得清楚,其中:
图1和图2代表利用本发明的传输单元的网络,
图3代表利用本发明的分配网络,
图4代表按照本领域的描述关于副载波同步的示例性的装置,
图5到图7代表本发明的多种实现方式,以及
图8代表按照本发明应用的示例性的基站。
具体实施方式
在本说明书中,使用同一组字母的图中的标签表示相同或相似的元件。
图5代表按照本发明第一实施例的外部单元。天线100用于接收起源于基站的信号,以及用于向同一个基站传输信号。传输频带由两个不相交的频率段组成,一个用于下行信号,而另一个用于上行信号。作为示例,下行信号位于40.5和41GHz之间,而上行信号位于41.5和41.6GHz之间。
对于下行链路,连接于天线的带通滤波器101选择如40.5到41GHz频带等有用的频带。放大器102放大离开滤波器101的信号。混频器103将起源于放大器102的信号与起源于振荡器104的具有转换频率的信号进行混频。例如,振荡器104是具有用于调整电压控制的介质谐振器。例如,振荡器的频率是41.35GHz,从而转换后的有用频带位于350和850MHz之间。允许位于350和850MHz之间的信号通过的带通滤波器105将混频器103的输出连接到电缆2,所述电缆进行给放在用户住宅中的一个或多个内部单元3的分配。
为了能够调整振荡器104的频率,将监控信号插入到有用频带中,并由基站传输。例如,监控信号是转换为850MHz的频率40.5GHz的副载波。例如与滤波器105相同的滤波器106分离出用于选择设备107的转换后的监控信号。频率合成器108提供例如等于750MHz的频率转换信号。按照已知的技术,借助于锁相环产生合成器108,以及例如它由VCO109、分频器110以及与参考振荡器112耦合的相位/频率比较器111组成。混频器113将来自滤波器106的信号与起源于合成器108的信号进行混频,从而将监控信号减少到大约100MHz的频率。中心位于100MHz的带通滤波器114从离开混频器113的信号中选择监控信号。相位/频率比较器115将起源于滤波器114的监控信号与起源于参考振荡器112的参考信号进行比较,例如,参考振荡器112是与合成器108的参考振荡器相同的参考振荡器112。相位/频率比较器115操作振荡器104,并执行振荡器104的频率反馈控制,从而在相位/频率比较器115的输入端将监控信号设置为相同的频率。执行频率反馈控制的元件的部件构成包括混频器103、滤波器106、选择设备107、相位/频率比较器115和振荡器104的锁相环。
通过将参考振荡器112的误差和合成器108的误差求和来计算这种设备的误差。如果参考振荡器112以10-5的精确度提供100MHz的信号,在滤波器114的输出的监控信号中的最大频率误差为1kHz。此外,频率合成器具有与参考振荡器相同的精确度,即10-5,但是针对750MHz,这表示7.5kHz的最大误差。对于此示例,针对41.35GHz的转换,总误差为8.5kHz,即,大约2.1×10-7。
如上所述,此系统的好处在于可以根据地理区域具有不同的监控信号而不改变硬件。为了应用设置为40.7GHz的监控信号,足以改变合成器108的频率,并提供550MHz频率的转换信号。与前一示例相比,对于40.2GHz,则误差变为6.5kHz,即,大约1.6×10-7。本领域的技术人员可以注意到,借助于混频器113进行的频率转换具有混叠频谱的效应,以及可以使用监控信号重叠频道。产生的这种效应对于监控信号是额外的噪声,以及可能在振荡器104中引起相位噪声,实质上应当得到注意。
至于考虑到改变合成器108的频率,几种解决方案都是可能的。在安装期间,运营商存储要使用的频率。可以通过编程位于外部单元中的非易失性存储器或通过设置on/off开关来进行这种存储。
外部单元1也包括上行链路。在电缆2上出现的信号通过滤波器150,滤波器150允许与上行链路频道相对应的,如位于150和250MHz之间的频带通过。混频器151借助于振荡器104将上行链路频道转换到41.5到41.6GHz的范围内。放大器152和连接到天线100的滤波器153执行上行链路频道的放大和传输。
关于上行链路的转换误差与关于下行链路的相同。但是,此误差与通过下行链路传输的信号相关。为了使误差相同,在基站中应该使用相同的振荡器以转换上行信号和下行信号。
如前所述,频道和监控信号的重叠在监控信号上加上噪声,并在振荡器104的电平引起相位噪声。为了最小化这个缺点,足以利用非常有选择性的滤波器114,滤波器的选择性极大地减少了噪声。但是,如果极大地减少滤波器114的通带,噪声就变得可以忽略,但是监控信号可能位于滤波器114的通带之外,以及执行频率反馈控制的锁相环不锁定,引起系统的错误动作。
为了补救这个关于系统启动的闭锁问题,在图6的示意图中加入锁存设备130。加法器电路131将起源于斜坡发生器132的信号加到离开相位/频率比较器115的信号上。在锁相环未被锁定时,斜坡发生器提供可变电压。当锁相环被锁定时,相位/频率比较器115向斜坡发生器132发送信号,使后者将其输出电压保持在恒定电平。然后通过锁相环获得反馈控制。为了这个目的,相位/频率比较器115应该提供比斜坡发生器132提供的电压范围小的、由振荡器104指定的输出电压范围。
这样,当外部单元交付使用时,锁相环未被锁定。振荡器104提供其频率对应于如最小频率等极限频率的信号。斜坡发生器132提供在最小电压和最大电压之间逐渐改变的信号,使得振荡器104的频率逐步趋于振荡器104的如最大频率等另一极限频率。在这种频率变化期间,监控信号至少将有一瞬间位于滤波器114的通带内,以及锁相环将锁定在这个监控信号上。相位/频率比较器115停止由斜坡发生器132执行的漂移,并以反馈控制取代。
如果,当正在运行时,锁相环丢失了监控信号,斜坡发生器132将继续漂移直到达到最大电压,以及然后再次从最小电压开始,直到如上所述的锁相环的新的锁定为止。
为了与DOCSIS标准完全兼容,在电缆2上,上行链接应该位于5和65MHz之间。直接转换到40GHz量级的频率需要非常有效的滤波以滤去处于有用频带的10MHz的转换图像。为了补救这个问题,已知的是利用一个或多个中间转换。图7的示意图示出了按照本发明的外部单元1,选择指定给振荡器和滤波器的多种数值,从而部分补偿在上行链路上多种转换的误差。
上面描述的元件的修改本质上与数值相关。在滤波器114和相位/频率比较器115之间放置分频器116,从而使10MHz频率的振荡器112更容易实现。由于分频器116将频率除以10,滤波器114的通带保持中心在100MHz的频率上。由于成本的原因,更好地是使用比转换频率更低频率的振荡器104。为了这个目的,在振荡器104和混频器103和151之间放置倍频器117、118和119,这样使振荡器104的频率能够被4除。
用于下行信号的传输频带位于40.5到41GHz之间,这对应于滤波器101的通带。在频率为40.2GHz时进行转换,振荡器104提供可以电调整+/-0.1%的10.05GHz标称频率的信号。滤波器105和106的通带对应于位于300和800MHz之间转换后的有用频带(DOCSIS标准规定位于91和857MHz之间的频带)。频率合成器108可以产生例如位于200和700MHz之间、步长为10MHz的频率。
下行链路以上述相同的方式进行操作。根据监控信号的位置,频率误差位于3和8kHz之间,即,在7.5×10-8到2×10-7之间的误差。
就上行链路而言,加上了两个转换设备160和170,从而减少滤波约束。上行链路经历三次频率转换。方便地,以低外差法和高外差法方式进行转换,从而部分补偿在转换频率中的误差。术语“低外差法”和“高外差法”在本说明书中表示从转换得到的信号。当以低外差法方式执行转换时,这表示本地振荡器的频率比从转换得到的有用信号低。但以高外差法方式执行转换时,这表示本地振荡器的频率比从转换得到的有用信号高。
滤波器150允许在5和65MHz之间的信号通过。
转换设备160包括分频器161,该分频器将参考振荡器112的频率除以2,从而将具有与参考振荡器112相同精确度,即,10-5的5MHz参考信号提供给相位/频率比较器162。相位/频率比较器162比较参考信号与离开分频器电路163的信号,分频器电路163提供以47去除由所述比较器162提供的相位差控制的振荡器164的频率得到的频率信号,从而由振荡器164提供的信号的频率为235MHz。转换设备160还包括混频器165,用于将起源于滤波器150的信号乘以起源于振荡器164的信号。滤波器166允许结合转换设备160的其他装置,以低外差法方式执行转换的位于240和300MHz之间的频带通过。
转换设备170包括相位/频率比较器171,接收起源于参考振荡器112的10MHz参考信号。相位/频率比较器171比较参考信号与离开分频器电路172的信号,分频器电路172提供以210去除由所述比较器171提供的相位差控制的振荡器173的频率得到的频率信号,从而由振荡器173提供的信号的频率为2.1GHz。转换设备170还包括混频器174,用于将起源于滤波器166的信号乘以起源于振荡器173的信号。滤波器175允许结合转换设备170的其他装置,以高外差法方式执行转换的位于1.8和1.86GHz之间的频带通过。
混频器151将起源于滤波器175的信号乘以起源于振荡器104、通过倍频器117和119的40.2GHz频率的信号。放大器152放大由混频器151提供的信号,随后由通带位于42和42.06GHz之间的滤波器153进行滤波。滤波器153,结合混频器151,以低外差法方式实现频率转换。
在误差方面,以最大频率误差2.35kHz进行由转换设备160实现的转换。以最大频率误差21kHz进行由转换设备170实现的转换,以及以最大频率误差在3和8kHz之间进行由混频器151实现的转换。误差属于同一参考振荡器112的频率中的误差。使用以低外差法方式的转换引入与由以高外差法方式的转换引入的误差相反方向的误差,因为当起源于同一参考振荡器112时,频率漂移具有相反的频谱。作为监控信号位置的函数,最大误差的总和位于10.65和15.65kHz之间,即,总是小于4×10-7的误差。
图8代表了包括发射/接收元件200和通过用于下行链路的电缆202a和用于上行链路的电缆202b连接的处理元件210的示例性的基站ST。发射/接收元件包括:放大装置;转换装置,用于一方面转换上行链路信号,另一方面转换下行链路信号,所述转换装置包括单一振荡器201,用于实现在电缆202a和202b之间的转换;以及天线203。不需要电缆202a和202b负载的信号与DOCSIS标准兼容,由于这里具有处理可以通过几类介质进行通信的网络头。这样,频率约束就更加灵活,而且单一的转换就足够了。
处理元件210被放置例如在运营商可以很容易接入的密封箱体中。箱体能够对付与环境因素相关的约束。处理元件包括滤波器213,一方面与电缆202a或202b相连,而另一方面与从一个或多个源(未示出)形成下行频道的模块214相连,或者与在一个或多个介质(未示出)上接收上行频道并定向数据的模块215相连,以及也与提供监控信号的振荡器216相连。每个滤波器213都是其带宽只允许与其连接的模块214、215或216的信号传输的带通滤波器。
结合外部单元1的基站,可以注意到的是在振荡器201的稳定性方面的限制被限制在振荡器104的变化的允许范围(在示例中为0.1%,但是可以更大)。另一方面,由模块214和215实现的转换必须与振荡器216以能够与外部单元1相比的精确度进行同步。
已经结合与有线网络兼容的陆地传输设备描述了本发明。可以以通常的方式在需要高精确度传输的任意类型的无线传输中使用虽然特别好地适合这类应用的本发明,而不需要要求陆地和卫星与有线网络兼容。
本发明描述了一种包括也称为上行链路的返回链路的系统,因为其特别好地适合这类应用。但是,完全可以没有返回链路而利用本发明。
Claims (5)
1.一种放置在传输系统的用户侧的外部单元(1),其中所述传输系统操作于下行链路频带,利用位于所述下行链路频带中多个位置处的至少一个参考副载波,所述至少一个参考副载波是监控信号,所述下行链路频带还包括至少一个数据下行链路频道,所述外部单元包括:
本地振荡器(104),用于产生第一频率转换信号;
第一转换装置(103),用于利用所述第一频率转换信号将所述下行链路频带转换为第一转换后的频带,所述第一转换后的频带包括第一转换后的监控信号;
频率合成器(108),用于产生第二频率转换信号,所述第二频率转换信号的频率是可调的;
第二转换装置(113),用于利用第二频率转换信号将第一转换后的监控信号转换为第二转换后的监控信号;
带通滤波器(114),用于选择第二转换后的监控信号;
参考振荡器(112),用于产生具有预定频率的参考信号;以及
比较器(115),用于将所选的第二转换后的监控信号与参考信号相比较,并产生信号以调节本地振荡器(104)使得所选的第二转换后的监控信号具有与参考信号的频率相对应的频率。
2.按照权利要求1所述的外部单元,其特征在于所述外部单元还包括位于本地振荡器(104)和比较器(115)之间的锁存设备(130),从而锁存设备驱动本地振荡器(104),直到第二转换后的监控信号出现在与参考信号的频率相对应的频带范围中。
3.按照权利要求1所述的外部单元,其特征在于所述外部单元还被配置为操作于上行链路频带,并还包括:上行链路转换装置,用于将上行链路信号转换到所述上行链路频带并对上行链路信号进行放大,其中所述上行链路转换装置使用所述本地振荡器(104)执行第一频率转换。
4.按照权利要求3所述的外部单元,其特征在于所述上行链路转换装置还执行第二频率转换和第三频率转换,第二和第三频率转换分别以低外差法方式和高外差法方式进行。
5.一种包括至少一个基站(ST)和至少一个用户设备的射频传输系统,所述基站利用单一振荡器(201)以执行针对下行链路和上行链路的转换,用户设备包括通过电缆(2)连接的内部单元(3)和外部单元(1),其特征在于,外部单元(1)是按照权利要求1到4之一确定的。
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