CN1471765A - 同频中继器中的智能增益控制 - Google Patents

Abstract

一种增益控制器，用于控制宽带上行链路和宽带下行链路信号路径中的增益。利用下变频器和检测器检测各个宽带信号路径中的微弱预期信号，并由微控制器监视这些预期信号。基于这些监控的信号，微控制器在实现自适应控制算法的软件的控制下，调节各个上行链路和下行链路路径中的增益，以动态地优化性能。

Description

同频中继器中的智能增益控制

技术领域

本发明涉及无线接入网络，特别涉及一种在同频中继器(on-frequency repeater)中实现智能增益控制(IGC)的方法和系统。

背景技术

在现代通信领域，无线接入网络越来越普及，这主要得益于其使用户可以不必限制于固定的有线通信设备而访问通信服务。传统的无线接入网络设施(例如基站)通常是由网络服务提供商采用网络中心的方式进行“扩建”。因此，这种扩建通常是利用位于交叠覆盖区域或“小区”中心的基站，从主城市服务区(MSA)开始的。这种扩建以及相应的无线通信服务随之从MSA向低人口/服务密度的地区(例如从城市到郊区到农村，等等)扩展。这里，通常由于经济的原因，这种扩建可能放缓和/或质量不一，导致很多无线用户无法获得可靠的服务，或得不到服务。

同频中继器是一种本领域中公知的能够改善无线网络的特定区域(例如，建筑物或建筑区域)内无线服务的方法。这类同频中继器通常由无线网络提供商提供，用以提高强噪声或衰减环境中的信号质量。否则在这种环境下信号电平会太弱而无法实现满意的服务。有些情况下，无线网络提供商会在基站覆盖区域的边界处安装中继器以改善服务，这样可以有效地扩大基站的覆盖范围。

目前的中继器都是无线网络空间的网络中心视野的一部分，它们是网络提供商所提供的相当大的系统，以改善有限区域内众多用户的无线服务。因此，中继器也成为了网络提供商扩建计划的一部分。这些系统的缺点是除非用户恰好处于中继器的覆盖范围内，否则无法获得中继器所提供的优质服务。但是很多情况下，无线用户可能居住或工作在无线网络的覆盖区域不可靠的地方。常见的情况包括移动用户和位于郊区和农村的用户。另外，即使在MSA范围内，由于建筑物的大小、位置和结构和/或其它障碍，室内覆盖也会不可靠。在这些情况下，网络提供商通过扩建网络来提供足够的覆盖区域是不经济的，从而这些用户所获得的无线服务会存在问题。

因此，申请人2001年3月16日提交的未决美国专利申请No.09/809,218“自适应个人中继器”(在此引入其内容作为参考)提出了一种方法和设备，可以使用户无论身处在什么位置都可以获得低成本、高质量的无线通信服务。

“自适应个人中继器”(APR)对用户无线通信设备(WCD)与无线通信网络的收发机(基站)之间的信令进行透明的传递。此中继器包括定向施主单元(DDU，Directional Donor Unit)和用户覆盖单元(SCU)。DDU维持与无线通信网络的基站之间的网络链路。SCU维持与APR的个人无线空间中的WCD的本地链路。

在DDU和SCU之间划分总系统增益，并集成在一起，这样就不需要分别的增益和系统控制单元。这种系统增益划分也使得可以无需采用昂贵的元件和构建模块而提高同频中继器的性能。

如美国专利申请09/809,218号中所述，APR提供了一种用户中心的解决方案，提高了一个或多个用户所需无线服务的质量，同时对于网络是透明的。但是，为了提供此项功能，中继器必须在各个上行和下行路径中提供足够的系统增益，以补偿这些路径中的传输损失。另一方面，无论在上行或下行路径中，如果增益过高，则中继器会向用户WCD和/或基站发射不必要的强信号功率。当一个以上的APR同时工作时，下行路径中多余的信号能量会导致对其它用户的干扰(覆盖区域多次重叠的形式)。单个APR在下行路径中发射多余的能量也会导致对该个人无线空间以外的其它用户产生干扰。类似的，向基站发射多余的信号能量也会导致与其它基站和/或其它无线通信网络的用户间的干扰。

能够控制信号增益的自动增益控制器(AGC)是本领域所公知的。通常，AGC实现为模拟RF或IF电路，其中采用压控可变增益放大器(VGA)来放大模拟信号。VGA一般由控制信号的电压来控制，通常该信号是通过将一个测量参数(例如，接收信号功率、或者比特故障率)与预定的门限进行比较而生成的。

这类AGC能够在VGA的线性工作范围内稳定地工作。一般而言，当超出了VGA的线性工作范围时，AGC的工作稳定性会迅速下降，因此AGC的性能通常受限于VGA的线性范围。然而正常工作的中继器，无论对于下行链路还是上行链路，都需要120dB的系统增益控制范围。这个工作范围肯定会超出一般VGA的线性范围。

同频中继器的另一个难点是两个天线之间没有良好的隔离而产生的系统振荡。

传统的同频中继器一般要求总系统增益必须比天线隔离低10～15dB，以防止出现振荡。

通常，天线隔离和系统增益是由技术服务人员在安装和调试过程中调节的，以获得理想的性能。但是，这是一项耗费人力的工作，需要熟练的技术工人，并采用特殊的设备。从而会增加成本和中继器的安装复杂度。结果是个人用户不愿意使用个人中继器。

由此可见，急需一种成本不高的方法和设备，它能在广泛的工作范围内进行自动增益控制，以补偿传输损耗和不良的天线隔离。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够解决以上所提到的现有技术中的不足的设备。

本发明的一个目的是提供一种在较大的工作范围内自动控制增益的设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种智能增益控制器(IGC)，用于控制第一和第二宽带信号路径的增益。该IGC包括：位于各个宽带信号路径中的自动增益控制(AGC)模块和从属可变增益放大器(VGA)、窄带检测器和微控制器。各个AGC用于选择性地放大各个宽带信号路径中的RF信号。窄带检测器用来检测第一个第二宽带信号路径中的RF信号。微控制器利用检测到的RF信号控制各个AGC模块。一个宽带信号路径的从属可变增益放大器根据另一宽带信号路径中RF信号的信号功率选择性地放大该宽带信号路径中的RF信号。优选的，每一宽带信号路径都具有对应于网络系统带宽的带宽。例如，在北美，各个宽带信号路径可适当地选择25MHz的带宽。

在一些实施例中，AGC模块包括AGC可变增益放大器(VGA)和AGC反馈环。AGC可变增益放大器(VGA)响应于增益控制信号可控地放大宽带信号路径中的RF信号。AGC反馈环向VGA提供反馈信号作为增益控制信号。从而，VGA根据AGC反馈环提供的反馈信号控制宽带信号路径中的RF信号。

AGC反馈环包括一个装置，用于利用来自微控制器的AGC控制设置信号控制提供给AGC VGA的反馈信号的功率电平。这个控制反馈信号功率电平的装置包括一个可变对数放大器(VLA)，用于接收来自微控制器的AGC控制设置信号。

在一些实施例中，AGC反馈环还包括一个向窄带检测器提供宽带信号路径中RF信号样本的耦合器。

在一些实施例中，窄带检测器包括：合成器；利用合成器信号来对一选定宽带信号路径中的RF信号进行信道化(channeling)的装置；以及检测器单元。合成器生成具有选定频率的合成器信号。所述用于对RF信号进行信道化的装置对选定的RF信号进行处理，使得位于合成器信号频率之上或之下的RF信号可以在中频左右的窄带宽进行信道化。检测器单元检测中频的隔离RF信号的功率电平。

优选的，合成器利用微控制器的合成器控制信号来选择合成器信号的频率。这使微控制器可以逐渐改变合成器信号的频率，同时监视检测到的RF信号功率电平，以扫描各个宽带信号路径的整个带宽。

在一些实施例中，用于对RF信号进行信道化的装置具有切换单元和滤波器。切换单元用于从第一和第二宽带信号路径中之一选择RF信号，滤波器对中频(IF)周围的窄带通之外的选定RF信号部分进行衰减。

在本发明的优选实施例中，微控制器具有：和各个AGC及窄带检测器相连的微处理器；定义了自适应控制算法的软件，用于控制微处理器的操作。

该软件具有软件代码，用于：监视由窄带检测器检测到的RF信号功率电平；将监视的功率电平与至少一个门限值进行比较；根据比较结果确定各个自动增益控制(AGC)模块中的最优增益。

用于监视RF信号功率电平的软件代码可具有用于以下作用的软件代码：监视窄带检测器所检测到的RF信号功率电平的变化；利用监视到的变化，识别检测到的RF信号的信号格式。软件可以利用识别出的信号格式来从预定的一组门限值中选择所述的门限值。

用于监视RF信号功率电平的软件代码还可以包括用于在各个宽带信号路径中把预期RF信号从不希望的泄漏信号中解相关的软件代码。这个软件代码也可设计为：在选定的一个宽带信号路径中注入一预定的唯一代码；在所监视的RF信号中检测该预定唯一代码的功率电平；利用所监视的RF信号中所述预定唯一代码的检测功率电平，确定所监视的RF信号中泄漏信号所占比率。然后可以利用泄漏信号在所监视的RF信号中所占比率来调节各个自动增益控制(AGC)模块的最优增益。

附图说明

由以下的详细说明，结合附图，可以更清楚地理解本发明的特征及优点，附图中：

图1是一个示意框图，显示了可以采用本发明的示例性自适应个人中继器的主要部件；

图2是一个示意框图，显示了根据本发明一个实施例的示例性智能增益控制器(IGC)的主要部件；

图3是一个示意框图，显示了图2所示IGC中可使用的示例性上行链路AGC的主要部件；

图4是一个示意框图，显示了图2所示IGC中可使用的示例性下行链路AGC的主要部件；以及

图5是一个示意框图，显示了图2所示IGC中可使用的示例性下变频器和微控制器模块的主要部件。

需要注意的是，在所有的附图中，同一部件用同一数值标注。

优选实施方式

以下利用示例性的功率电平、功率范围、信道频率以及带宽来解释本发明的各种特征。但是，本领域技术人员可以理解，本发明不限制于这些值。相反，本领域技术人员可以理解，本发明可以应用于任何无线通信网络中，并且相关的功率电平、功率范围、信道频率和带宽可根据相关的无线通信网络的需要而调节。这样的修改对于本领域技术人员是显而易见的，并处于所附权利要求的范围内。

本发明提供了一种用于同频中继器，例如，本申请人的未决美国专利申请No.09/809,218中所描述的自适应个人中继器(APR)，的智能增益控制器(IGC)。

通常，同频中继器用于中转无线通信网络的收发器之间的RF信号业务。从而APR建立一个容纳一个或多个移动收发器(例如用户的无线通信设备)的本地无线空间，并和一个固定收发器(例如基站)保持可靠的固定无线链路，以恢复无线通信网络的可靠覆盖区域，从而在网络的低质量服务区域中提供高质量的无线服务。IGC在减少潜在干扰的同时，控制中继器的增益，以实现用户的无线通信设备和网络之间的可靠通信。图1是一个示意框图，显示了可以采用本发明的示例性自适应个人中继器的主要部件。

如图1所示，中继器2位于无线通信网络(未示出)的基站4和用户的无线通信设备(WCD)6之间。中继器2是一个“同频中继器”，通过中继器2传送上行和下行链路RF信号，而不改变各信道频率。中继器2选择性地接收和控制(即，放大和/或衰减)RF信号，而不执行任何信号格式化或协议转换，因此，中继器2对于基站4和WCD6都是透明的。用户WCD6可采用多种无线通信设备的形式，如个人数字助理(PDA)、无线电话、寻呼机、单向和双向无线消息收发设备。

可以理解，用户可能拥有多个WCD6，并可能同时使用一个或多个WCD6。同样，多个用户可能处于一个中继器2的无线空间中。但是，为了便于描述，所描述的实施例中包含中继器2限定的无线空间中的一个WCD6。

在图1的实施例中，中继器2包括一个定向施主单元(DDU)8和一个用户覆盖单元(SCU)10。DDU10和SCU10可以互相连接，例如，如图1所示，两者通过同轴电缆12相连。

定向施主单元(DDU)8在中继器2和基站4之间建立并保持网络链路14。优选的，DDU8在低至-120dBm的功率电平下从基站4接收下行链路信号，并在高至+37dBm的有效辐射功率下，把上行链路信号发送至基站4。DDU8的这种发送和接收功能使得它可以保持和基站4之间的网络链路14，即使DDU8处于传统的小区和/或网络覆盖区域之外。在所描述的实施例中，DDU8作为单端口有源天线，包括与收发器双工器(TRD)18集成在一起的定向施主天线(DDA)16。双向端口20通过同轴电缆12把DDU8和SCU10连接起来。

用户覆盖单元(SCU)10在中继器2和用户通信设备6之间保持本地无线链路22，并限定容纳WCD6的无线空间(未示出)。可以理解，这个无线空间的覆盖区域要远远小于传统的无线通信网络的小区。例如，在某些实施例中，无线空间是从SCU10扩展25m(或更小)。另一些实施例中，可能会根据需要提供更大或更小的覆盖区域。

在所述的实施例中，用户覆盖单元(SCU)10作为单端口有源天线，包括与双向处理器(DDP)26集成在一起的用户覆盖天线(SCA)24。双向端口28通过同轴电缆12把SCU10和DDU8连接起来。

根据本发明，DDP26包括连接在SCA双工器32和端口双工器34之间的智能增益控制器(IGC)30。如图2所示，SCA双工器32和SCA24相连，端口双工器34和双向端口28相连。这些双工器32和34用于在SCA24和端口28处把上行和下行链路信号路径36和38分开。双工器32和34也用于定义和限制IGC30可稳定工作的频带。

如图2所示，IGC30作为能检测并选择性地控制(即放大和/或衰减)基站4和WCD6之间的RF信号业务的混合RF模拟及数字处理模块。使用这种混合处理模块使IGC30可以结合信号检测和系统行为的基于知识的(即，软件)控制，使用数学(即，模拟)信号调节和增益控制技术。

如图2所示，IGC30包括连接在双工器32和34之间的宽带上行链路信号路径36和宽带下行链路信号路径38，以及IF下变频器和窄带检测器40，所有这些部件都是由微处理器42根据自适应控制算法(ACA)进行控制的。上行和下行链路路径36和38用于控制、调节并处理各宽带上行和下行链路信道中的RF信号。

通常，宽带信号路径36和38的带宽是由通信网络决定的，特别是根据公开的标准决定的。例如，在北美，公共接入蜂窝通信网络使用836.5Mz和881.5MHz周围25MHz带宽的上行和下行链路信道。相应的，在北美的实施中，上行和下行链路信号链路36和38可以适当地设计为处理相应的25MHz带宽信道中的RF信号。但是可以理解，根据需要，也可以使用不同的带宽和中心频率。

通常，由窄带下变频器和检测器40来检测SCU10从用户WCD6接收到的RF信号业务，微处理器42利用这些信号，通过获得适当的上行和下行链路信道频率，从而使中继器2适应WCD6的RF特性。此后，IGC30选择性地控制这些上行和下行链路信道频率中的RF信号。

具体而言，本发明的IGC30控制从WCD6接收到的、接收功率剧烈变化(如，在0～60dBm之间)的上行链路信道RF信号，以大致恒定的中继器上行链路有效辐射功率(ERP)发送至基站4。在这一方面，中继器上行链路ERP也可根据链路性能和防止系统振荡的需要调节到一个最小值。然而，在网络无线链路14建立之后，至少在通信对话期间，可能需要对中继器上行链路ERP进行调节。可以预见，对于大多数情况，大约-23dBm至大约+37dBm(主要取决于中继器2和基站4之间的距离)之间的中继器上行链路ERP可以带来满意的性能。

在下行链路路径中，IGC30控制从基站4接收到的、具有大致恒定的接收功率的下行链路信道RF信号，通过改变中继器下行链路ERP而发送至WCD6。通常在建立网络无线链路14时确定从基站4接收到的下行链路RF信号的功率，此后不会有很大幅度的改变，至少在一个通信对话期间。可以预见，从基站4接收到的下行链路RF信号的功率通常在约-120dBm到约-60dBm之间，这主要取决于基站4的ERP和基站4与中继器2之间的距离。(IGC30)根据本地链路22的满意性能连续地把中继器下行链路ERP调节到一个最大值，从而实现自适应覆盖范围缓变(ACB)。可以预见，对于大多数情况，大约-20dBm的中继器下行链路ERP可以提供满意的性能。

如图2所示，上行链路路径36包括宽带上行链路自动增益控制器(AGC)44和从属可变增益放大器(VGA)46。

上行链路AGC44和下变频器40、微处理器42相连，以下会进行详细描述。在优选实施例中，上行链路路径36在整个上行链路RF工作频带上接收、处理和传输RF信号。这个工作带宽仅受网络系统带宽的限制。例如，北美800MHz蜂窝网络使用836.5MHz周围的25MHz上行链路频带。

优选的，上行链路路径36在变化范围较大的输入范围下提供大致恒定的输出。从而发送到基站4的上行链路RF信号的ERP基本上独立于从WCD6接收到的上行链路信号的信号功率。在图3的实施例中，上行链路AGC44是一个极快速的、宽动态范围、高度线性的模块，包括一个VGA级46、与带通滤波器50级联的固定增益放大器48a和48b、以及定向耦合器52。还可以包括用于优化性能的级间衰减器54a-54c。微处理器42按照与上行链路RF信号的接收功率的相反关系，控制上行链路AGC44的总增益。因此，如果接收到的上行链路RF信号功率减小，则上行链路AGC44的增益增大。

优选的，VGA46有大约60dB的增益变化，并与固定增益放大器48级联，以增强系统的线性。VGA46之后的BPF50限制VGA的噪声进入上行链路频带中，从而避免频带外信号进入上行AGC44并加重上行链路输出放大器的负担。

定向耦合器52可以是17dB定向耦合器，其对VGA46的上行链路RF信号流进行采样。把采样信号提供给反馈路径56，反馈路径56包括RF可变对数放大器(VLA)58和反馈定向耦合器60，反馈定向耦合器60对反馈路径56中的RF信号进行采样，并把采样信号提供给下变频器40。RF VLA58是由微控制器42控制的可变检测放大器。RF VLA58的输出端给上行链路AGC VGA46和下行链路从属VGA68提供增益控制信号，也可以提供给微控制器42。

反馈路径56提供了25MHz带宽路径，通过提供即时RF AGC反馈而保证系统的稳定性。

反馈路径56闭合了上行链路AGC环路，从而在DDA16和SCA24隔离不充分时，自动调节VGA46的增益，限制系统的振荡。反馈路径56也提供了一种手段，使微控制器42可以把上行链路AGC44和下行从属VGA68的增益调节到一个较低的水平，在系统初始化时保持系统的稳定性，从而可以在下行链路路径38中检测微弱的预期信号，而无需初始的最大系统隔离和/或在发生重大故障时禁用系统。

优选的，上行链路从属VGA46有大约60dB的增益变化，并接受下行链路AGC66的增益控制，以提供一种硬件手段，使上行链路信道输出功率最小，从而减少对其它基站4的潜在干扰。可以理解，在本发明的其它实施例里，从属VGA46可以由微控制器40直接控制以完成同样的工作。

如图2所示，上行链路路径36还可以包括输出放大器级62，和一个或多个级间滤波器64a、64b。上行链路输出放大器62提供固定的增益，以补偿同轴电缆12中的损耗，级间滤波器64a、64b则限制级联噪声。

下行链路路径38包括宽带下行链路自动增益控制器(AGC)66和从属可变增益放大器(VGA)68。下行链路AGC66和下变频器40及微控制器42相连，后面会加以详细描述。在实施例中，下行链路路径38接收、处理并传输整个下行链路RF信道工作频带。例如，北美800MHz蜂窝网络的下行链路频带为以881.5MHz为中心的25MHz。

优选的，下行链路AGC66在很宽的输入范围下提供基本上稳定的输出。如图4所示，优选的，下行链路AGC66是由一个VGA级70、与一对带通滤波器74a、74b级联的固定增益放大器72、定向耦合器76构成的极快速、宽动态范围、高线性的模块。也可包括级间衰减器78a-78c以优化性能。

优选的，下行链路AGC VGA70具有大约60dB的增益变化，它同固定增益放大器72级联，以提高系统的线性度，同时使级联噪声最小。BPF74a和74b限制对25MHz下行链路带宽的VGA噪声，从而防止频带外信号进入下行链路AGC66，加重下行链路输出放大器90的负担。

定向耦合器76，如17dB定向耦合器，对VGA70的下行链路RF信号进行采样。把采样信号提供给反馈路径80。反馈路径80包括级联的RF放大器82和对数放大器84，以及反馈定向耦合器86。反馈定向耦合器86对反馈路径80中的RF信号进行采样，并把采样信号提供给下变频器40。

优选的，RF对数放大器84是一个由微控制器42控制的可变检测对数放大器。RF对数放大器84的输出端向下行链路AGC VGA70和上行链路路径从属VGA46提供增益控制信号，也可以提供给微控制器42。优选的，反馈路径80提供25MHz的带宽，通过提供大致即时的RF AGC反馈来保证系统的稳定性。反馈路径80闭合了AGC环，从而在DDA16和SCA24之间出现隔离不够的情况下，通过自动地调节VGA70的增益来限制系统振荡。反馈路径80也提供了一种手段，使微控制器42可以把下行链路AGC66的增益限制在一个较低的水平，从而在出现重大故障时禁用系统。

优选的，下行链路从属VGA68有60dB的增益变化，其接受上行链路路径AGC44的增益控制，从而提供了一种硬件手段，适应性地使下行链路输出功率最小。例如，随着上行链路RF信号接收功率的增加，下行链路从属VGA68减少下行链路路径38中的增益，从而减小用户个人无线空间的覆盖范围。在本发明的其它实施例中，从属VGA68可以由微控制器42直接控制而达到同样的效果。

如图2所示，IGC下行链路路径38还可以包括前置放大器88和输出放大器级90。这些部件与带通滤波器(BPF)92和级间衰减器94a、94b级联，以减少级间噪声并优化性能。前置放大器88保留DDU8设置的S/N比值，并在端口双工器34和BPF92之间充当缓冲。

BPF92和端口双工器34一起把下行链路带宽限制在25MHz，消除镜像和频率交叉噪声以及频带外信号，包括上行链路路径36中的RF信号。输出放大器90提供固定的增益，以给SCA24提供必要的功率输出。

如图5所示，下变频器40包括切换输入端96、有源混频器98、可选带通滤波器100、对数放大检测器102，以及合成器104，合成器104可以由微控制器42进行选择性的调节。微控制器42控制切换输入端96，以把来自上行和下行链路AGC44和66中选定的一个的RF信号提供给有源混频器98。同样，合成器104也由微控制器42进行控制，以提供RF合成器信号给混频器98。RF采样信号和合成器信号由混频器98按照传统的方式进行处理，产生中频(IF)信号。可选BPF100通过选择性地衰减位于该IF周围的一个窄带通(例如30KHz的带宽)之外的RF采样信号，以对RF采样信号进行信道化。把可选BPF100的输出提供给检测对数放大器102，检测对数放大器102检测上行和下行链路(取决于切换输入端96的状态)信道中的预期RF信号(和功率电平)。把检测对数放大器102的输出提供给微控制器42，用于根据自适应控制算法(ACA)来进行判决。

当切换输入端96把来自上行链路AGC44的RF信号提供给混频器98时，可选BPF100和检测对数放大器102检测上行链路信道36中预期RF信号的功率电平和数量，微控制器42可根据这些信息来决定信号的格式，设定上行链路路径36中的适当功率(即增益)，并且，对于每个检测到的预期RF信号，如果需要，把合成器104调谐至相应的下行链路信道频率(例如，检测到的信号频率上45MHz)。

同样，当切换输入端96把来自下行链路AGC66的RF信号提供给混频器98时，可选BPF100和检测对数放大器102检测下行链路信道38中微弱的预期信号，微控制器42可根据这些信息决定下行链路信号格式，设定下行链路路径38的适当功率，并且，对于每个检测到的预期RF信号，把合成器104调谐至相应的上行链路信道频率(例如，检测到的RF信号频率下45MHz)。

下变频器40的设计使得微控制器42可以检测位于高电平有用信号和/或相邻载波信号，或25MHz带宽内的系统噪声平台之下的微弱的预期信号。微控制器42可对AGC44和66进行数字校正，从而对弱信号进行弥补。这种安排使得IGC30(然后是中继器2)可以对中继器2的无线空间范围内的基站4和任何数目的WCD6之间的信号业务进行中转。

微控制器42包括在实现自适应控制算法(ACA)的软件控制下操作的微处理器106、一个或多个数模转换器(DAC)108和模数转换器(ADC)110。数模转换器和模数转换器按照本领域公知的方式进行操作，在数字和模拟信号格式之间进行转换，从而使微控制器42可以和IGC30的其它部件实现接口。以下进行进一步的介绍，自适应控制算法使得在安装系统后，可在不干扰系统的情况下对IGC的操作进行必要的进程控制。

也可以在系统建立时控制操作，以简化中继器2的安装。

如图5所示，微控制器也可包括一个配置开关112，使用户可以控制微控制器42的操作配置(或模式)。配置开关112可以是传统的DIP开关，可以有一或多个设置，使用户可以选择微控制器42的操作配置。一个示例性的配置开关可包括：一个“建立”设置，可在安装中继器2的过程中使用，例如，微控制器42减小AGC增益(从而减小发射功率电平)，以使用户可以调节DDU8和SCU10的位置；一个“运行”设置，可在中继器2的日常运行中使用；一个“载波A/B频段选择”设置，用户可通过它选择所需的载波，载波A/B频段可单选，也可同时选；以及一个或多个用户可选择来定义用户个人无线空间的最大和/或最小覆盖区域的设置，例如，通过微控制器42来限定下行链路AGC66的增益。

如前所述，微处理器106是在实现自适应控制算法(ACA)的软件的控制下工作的。

通常，ACA为IGC30提供一种基于知识的控制，它比传统的RF信号处理技术(基于模拟数学)具有更大的通用性。通常，ACA可实现IGC30的如下功能：预期RF信号的选择性调谐和控制；自适应地减少用户个人无线空间的干扰；在DDA16和SCA24不完全隔离的情况下，无条件地保证系统稳定性(从而防止系统振荡)。

下面将对上述功能领域进行进一步的描述。选择性调谐

如上所述，上行和下行链路路径36和38是宽带RF信号路径，可控制上行和下行链路信道的整个带宽25MHz上的RF信号。相反，下变频器40检测宽带信号路径36和38中的各个预期RF信号。特别是，下变频器40在合成器信号和RF信号混合产生的IF频率周围的一个窄通带(如，带宽为30KHz)中检测RF信号。通过把合成器104调谐到连续的不同频率，微控制器42可以扫描每个信道中整个的25MHz带宽，以检测微弱的预期RF信号。微控制器42扫描整个信道(例如25MHz带宽)的速度随可选BPF100的带宽变化。可选BPF100的带宽越大，扫描速度越快，从而微控制器42也可以更快地分离离散RF信号。大多数情况下，这种速度的增加是以减少对微弱信号的敏感度为代价的。但是，通过把可选滤波器100动态地从宽带宽切换到窄带宽，并从而限制对中频周围的窄带进行检测(例如，通过减小可选BPF100的带宽)，下变频器40和微控制器42可以检测湮没在噪声中的微弱的预期RF信号。

更为具体的，下变频器40和微控制器42可协同实现一种数字偏移校正技术，其中对于未被AGC捕获的RF信号，设定宽带AGC的增益。本领域所公知的，宽带AGC会在所限定的带宽中趋向捕获AGC的最高信号。如果当前没有信号，AGC会趋向给定带宽的热和系统噪音。如果有微弱的预期(即上行或下行链路RF)信号，而且AGC带宽远远大于信号带宽(使噪声掩盖了微弱信号)时，普通AGC会被噪声捕获，而不是微弱的预期信号。在本发明中，使用下变频器40的窄带检测能力来检测包含在噪声中的弱信号。然后微控制器40利用这种对上行和下行链路中预期信号的检测，偏移各个AGC44和66所趋向的输出。同样的技术也可用来在有不希望的高电平信号出现时，对微弱的和中等的预期信号进行检测，否则不希望的高电平信号会捕获AGC并限制对于预期信号的系统增益。

另外，如果需要，ACA可实现各种信号评估技术。例如，通过控制可选BPF100的带宽并由检测器102监视检测信号输出，微控制器42可以检测到各个信号路径36和38中RF信号的变化。

这些变化可以用来识别用户ACD6所使用的RF信号格式。具体而言，上行链路路径37中信号电平的周期性脉冲状变化(与可选BPF100带宽无关)表示WCD6正在使用窄带脉冲信号格式(如时分多址TDMA)。由可选BPF100的带宽变化所引起的功率电平变化表示WCD6正在使用宽带信号格式(如码分多址CDMA)。如果这些变化都没有被检测到，则WCD6正在使用窄带连续信号格式(如AMPS)。一旦知道了信号的格式，ACA就可选择适当的参数来优化上行和下行链路路径36、38的增益。自适应干扰减缓

如同本领域所公知的，随着用户和WCD数目的增长，干扰的问题也变得更加严重。干扰的类型和程度随着网络而变化，并可能在网络中随着区域而变化。在多种应用中已经使用了所谓的“智能”天线技术来对抗干扰。这种智能天线技术可以有效地应用于基站4以减小下行链路通信路径的干扰问题(其它基站对WCD6的干扰)和上行链路通信路径的干扰问题(其它WCD对基站4的干扰)。但是，智能天线技术还未普遍用于减轻链路的WCD端出现的干扰。这主要是因为WCD的规模和功率的限制，以及需要WCD的天线必须是全向的，以成功地与基站4进行连接和通信。

根据本发明，中继器2实现了自适应干扰减缓，其中通过：物理天线分离；使用中继器2和基站4之间的窄波束网络链路14；以及自适应覆盖间歇缓变(ACB，Adaptive Coverage Breathing)中一个或多个的组合，来减缓用户个人无线空间中的RF干扰。DDA16和SCA24的物理分离减小了WCD6接收到DDA16向基站4发射的上行链路RF信号的可能性，从而基本上消除了WCD接收机被DDA的ERP压倒的可能性。利用DDA16的定向天线实现DDA16和WCD6之间的进一步隔离，这导致网络链路14的相对窄的波束传播路径。可以理解，通过适当地布置DDA16，可以减小(几乎为0)WCD6进入网络链路14的窄传播路径的可能性。

同样的，由其它基站传播而来的信号而导致的用户无线空间中的干扰也得以大大减小，因为DDA16仅接收到网络链路14的窄传播路径内的基站发射来的信号。因此，网络链路14之外的基站发射的信号不会由DDA16放大，并通过中继器2传输到用户的个人无线空间中。和相对于预期信号(或本身)而减缓干扰的普通干扰减缓方案不同，中继器2相对于干扰而选择性地检测并放大预期信号。

由这个差别，IGC30放大并调节预期RF信号，以传输到用户的个人无线空间中，从而WCD6接收到大致恒定的下行链路信号功率，而与其相对于中继器2的位置无关。因此，ACA实现了自适应覆盖间歇缓变(ACB)技术，从而自动地调节用户的个人无线空间的覆盖区域，以保证：本地链路22的上行和下行链路路径中可接受的信噪比；在WCD6中，接收到的下行链路信号功率保持大致恒定；以及，WCD6的发射(即上行链路RF信号)功率最小。

通常，自适应覆盖间歇缓变(ACB)包括：RF功率管理技术，其使用户的个人无线空间的覆盖区域可以“间歇缓变”；相对于SCA24适应性地扩展和收缩到WCD6的用户的位置。这使WCD6和SCA24可以仅在本地链路22上发射维持可靠信令所需的必要功率。随着WCD6相对于SCA24移动，个人无线空间的覆盖区域连续变化，以适应该移动。随着WCD6向SCA24移动，IGC30使覆盖区域收缩，从而个人无线空间限制为仅包含WCD6。这可以通过监视从WCD6接收到的上行链路RF信号的信号功率而实现，然后调节下行链路VGA68的增益，以相应控制下行链路RF信号的发射功率(即ERP)。如果同时使用了两个或多个WCD，则IGC30可以扩展覆盖区域以容纳离SCA26最远(或发射最弱的上行链路RF信号)的WCD。这可以通过测量从各个WCD6接收到的RF信号的功率，并根据测量到的最弱的RF信号的信号功率来调节下行链路发射功率而实现。

在操作中，可以在通信对话的开始与基站协商WCD6的最小可接受上行链路信号路径RF信号功率。然后WCD6保持这个上行链路信号路径RF信号功率大致恒定(在通信对话期间)。IGC30从WCD6接收宽泛变化的上行链路信号路径RF信号功率，并控制下行链路信号路径ERP以把WCD6接收到的下行链路RF信号功率维持为大致恒定，从而适应WCD6的位置变化。这样，接收上行链路信号路径RF信号功率中的变化可以高达50～60dB，主要取决于WCD6与SCA24的接近程度。

如上所述，可以通过下变频器40测量接收到的上行链路信道RF信号的功率电平，并用于微控制器42以控制下行链路信号路径RFERP。例如，如果上行链路RF信号的接收功率大于一个预定的最小门限，则可以减小下行链路RF信号发射功率(即，减小用户的个人无线空间的覆盖区域)，以提高频谱效率，节省能量，提高可靠性并减小系统增益。相反，如果接收上行链路RF信号的测量功率下降到低于该预定的最小门限，则提高下行链路RF信号ERP(即，扩展用户的个人无线空间的覆盖区域)，以提高信噪比。如果需要，ACA可以从一组预定的门限中选择该门限。例如，这个选择可以基于上述信号格式的确定。无条件的系统稳定性

正如本领域所公知的，如果系统增益超过总系统隔离(例如，DDA16和SCA24的前后比；极化损失；以及传输路径损失)，则同频中继器会发生振荡。因此，根据所需的链路性能，同频中继器的安装会非常困难。根据本发明，IGC30实现了自适应覆盖间歇缓变(ACB)和覆盖区域签名(CAS)，以防止在中继器2的安装和随后操作中由于系统不稳定而出现振荡。

如上所述，自适应覆盖间歇缓变(ACB)保证了在上行和下行链路路径中发射最小的功率以维持可靠的网络和本地链路14和22。因此，在两个路径36和38中系统增益仅为所需的那么高，这样，与把系统增益固定在大多数工作条件下都足够提供满意性能的高水平的情况相比，有更好的系统稳定性。

保证系统稳定性的一个困难是泄漏信号(即在DDA16和SCA24之间传播的信号)会与从基站4和WCD6接收到的预期信号相关。具体而言，因为以相同的频率从基站4和SCA24发射下行链路RF信号，SCA24和DDA16之间不完善的隔离会导致DDA16接收到来自基站4和SCA24的信号。因为这些信号与紧密相关(在时间上)，所以难以确定DDA16接收到的全部信号中哪一部分是来自基站4的预期下行链路RF信号，哪一部分是来自SCA24的不希望的泄漏信号。同样，SCA24和DDA16之间不完善的隔离会导致SCA24接收到来自WCD6和DDA16的上行链路RF信号。因为这些信号会紧密相关，所以难以确定SCA24接收到的全部信号中哪一部分是来自WCD6的预期上行链路RF信号，哪一部分是来自DDA16的不希望的泄漏信号。

根据本发明，ACA实现了覆盖区域签名(CAS)技术，以使泄漏信号和预期接收信号解相关。这个解相关使微控制器42从预期信号中区分出泄漏信号，并适应性地调节增益以维持预定的稳定性水平。

通常，CAS技术涉及到发射一个唯一的代码(或签名)作为具有预定功率的信号，然后监视接收信号以检测所发射的代码。把检测到的代码的信号功率与已知的发射功率进行比较，提供泄漏信号的功率电平，继而总系统隔离的指示。根据这个信息，微控制器42可以控制路径36和38中的增益，把泄漏信号功率限制在预定的可接受水平。

这个唯一的代码可以提供来作为可以在上行链路和下行链路RF信号业务中可靠检测的信号模式。优选的，以RF调制(幅度和/或相位变化的形式，这都可以立即影响整个系统的工作RF带宽)的形式发射这个唯一代码，这使得可以在所关心的频率上更精确地估计信号泄漏程度。但是，在这种情况下，选择这个唯一代码使其可以插入到上行和下行链路路径36和38中，而不干扰RF信号业务或干扰基站4和WCD6的运行是很重要的。因此，在优选实施例中，提供该唯一代码作为施加在各个路径36和38中的总RF信号业务上的低电平抖动(或衰落)。

例如，微控制器42可以控制下行链路从属VGA68以抖动下行链路路径增益，从而影响SCA24发射的下行链路RF信号的“幅度调制”。抖动模式(时间上的)确定了该唯一代码，并可以采取信号功率中周期性变化的形式，或可以对数据，例如预定的比特序列进行编码。在其它情况下，可以保持低的调制功率，以足够避免干扰WCD6，并且信号功率的变化不会影响下行链路RF信号的频率调制内容。

同时，微控制器42可以监视下行链路AGC66生成的检测信号，以检测通过DDA16接收到的下行链路RF信号的接收功率中的变化。可以把这些检测到的变化与下行链路路径增益抖动进行相关，以检测接收下行链路RF信号中的唯一代码。微控制器42然后可以把检测到的(接收下行链路RF信号中的)唯一代码的调制功率与下行链路从属VGA68引入的下行链路路径增益抖动进行比较，从而获得SCA24和DDA16之间信号泄漏的指示。

同样，微控制器42可以控制上行链路从属VGA46对上行链路路径增益进行抖动，从而在上行链路RF信号上施加一个“幅度调制”。这里同样可以保持低的调制功率，以足够避免干扰基站4，并且信号功率的变化不会影响上行链路RF信号的频率调制内容。同时，微控制器42可以监视上行链路AGC44生成的检测信号，以检测通过SCA24接收到的下行链路RF信号的接收功率中的变化。可以把这些检测到的变化与上行链路路径增益抖动进行相关(时间上)，以检测接收上行链路RF信号中的唯一代码。微控制器42然后可以把检测到的(接收上行链路RF信号中的)唯一代码的调制功率与上行链路从属VGA48引入的上行链路路径增益抖动进行比较，从而获得DDA16和SCA24之间信号泄漏的指示。

一旦知道了DDA16和SCA24之间的信号泄漏(上行和下行链路路径36和38)，微控制器42可以控制上行链路和下行链路AGC44和46和/或从属VGA46和68(需要的话)把信号泄漏维持在一个可接受的水平。例如，如果路径36或38中的信号泄漏超过了一个预定的门限，则微控制器42可以控制各个上行或下行链路AGC44和66减小路径增益。这个减小会缩小用户的个人无线空间的覆盖区域，但不会干扰网络或本地无线链路14和22的运行。

可以适当地选择预定的可接受信号泄漏门限水平，以提供系统稳定性(即抗振荡能力)和网络和本地无线链路14和22之间的平衡。当结合了SCA24和DDA16之间的其它隔离源后(例如DDA16和SCA24的前后比；极化损失和传播损失)，可以设定保证无条件系统稳定性，同时保留上行和下行链路路径36和38中足够的增益变化范围的门限水平，以提供网络和本地无线链路14和22的满意性能。现有技术的中继器通常需要10-15dB的隔离/增益余量。因为CAS原理是自适应的，所以6dB的隔离/增益余量就可以维持无条件的稳定系统，以及宽的增益和隔离变化范围。这个4-9dB的增益提高可以使覆盖区域扩大一倍，并且所有的中继器可以安装在两倍地远离于基站的距离。

因此可见，本发明提供了一种智能增益控制器，其可以控制各个宽带上行链路和下行链路信号路径中的增益。利用窄带下变频器和检测器检测微弱的预期信号，通过微控制器监视这些预期信号。微控制器在运行自适应控制算法的适当软件的控制下调节各个上行和下行链路路径中的增益。

上述的本发明实施例仅仅是示例性的。本发明的范围进行所附权利要求进行限定。

Claims (40)

1.一种用于控制中继器增益的增益控制器，所述中继器用于传递无线通信网络的第一和第二收发机之间的RF信号业务，所述增益控制器包括：

宽带信号路径，用于处理通信网络的各个信道内的RF信号；

窄带检测器，用于检测宽带信号路径内RF信号的功率电平；以及

控制器，用于根据检测到的宽带信号路径内RF信号的功率电平，控制宽带信号路径的增益。

2.根据权利要求1所述的增益控制器，其中，第一和第二宽带信号路径同时处理通信网络的上行和下行链路信道内的RF信号。

3.根据权利要求1或2所述的增益控制器，其中，第一和第二宽带信号路径共享所述的窄带检测器和微控制器。

4.根据权利要求1、2或3所述的增益控制器，其中，每个宽带信号路径具有对应于无线通信网络的上行链路信道带宽和下行链路信道带宽的带宽。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的增益控制器，其中，所述宽带信号路径包括：

第一增益控制模块，用于选择性地控制宽带信号路径的第一增益，选择所述第一增益以补偿中继器从第一收发机接收到的RF信号业务的衰减；以及

第二增益控制模块，用于选择性地控制宽带信号路径的第二增益，选择所述第二增益以补偿中继器从第二收发机接收到的RF信号业务的衰减。

6.根据权利要求5所述的增益控制器，其中，所述第一增益控制模块是自动增益控制AGC模块，用于根据从第一收发机接收到的RF信号业务的功率控制所述第一信号增益。

7.根据权利要求6所述的增益控制器，其中，所述AGC模块包括：

路径可变增益放大器VGA，响应于增益控制信号而控制宽带信号路径的增益；

AGC反馈环路，向路径VGA提供反馈信号作为增益控制信号；以及

反馈环路放大器，响应于来自控制器的AGC控制信号而控制提供给VGA的反馈信号的功率电平。

8.根据权利要求7所述的增益控制器，其中，所述反馈环路放大器包括一个可变放大器，用于接收来自控制器的AGC控制信号。

9.根据权利要求8所述的增益控制器，其中，所述可变放大器是可变对数放大器。

10.根据权利要求5所述的增益控制器，其中，所述第二增益控制模块包括一个从属可变增益放大器，用于根据从第二收发机接收到的RF信号的功率选择性地控制第二信号增益。

11.根据权利要求10所述的增益控制器，其中，所述从属可变增益放大器自动地随着从第二收发机接收到的RF信号的功率提高降低第二信号增益，并随着从第二收发机接收到的RF信号的功率降低提高第二信号增益。

12.根据权利要求1至11中任何一项所述的增益控制器，其中，所述窄带检测器包括：

合成器，用于生成具有选定频率的合成器信号；

输入端，用于从宽带信号路径接收采样信号；

混频器，基于所述合成器信号和RF采样信号生成中间频率；

信号分离器，用于从RF采样信号中分离出围绕所述中间频率的一个窄通带内的RF信号；以及

检测器单元，至少检测所分离的RF信号的功率电平。

13.根据权利要求12所述的增益控制器，其中，所述合成器利用来自微控制器的合成器控制信号而选择合成器信号的频率。

14.根据权利要求12所述的增益控制器，其中，所述输入端包括一个切换输入端，用于选择性地把来自第一和第二宽带信号路径之一的RF信号提供给混频器。

15.根据权利要求12所述的增益控制器，其中，所述信号分离器包括一个可选滤波器，用于选择性地衰减RF采样信号中落在所述窄通带之外的部分。

16.根据权利要求15所述的增益控制器，其中，所述可选滤波器响应于来自微控制器的控制信号调节所述窄通带的带宽。

17.根据权利要求5所述的增益控制器，其中，所述控制器包括：

微处理器，连接于第一和第二增益控制模块以及窄带检测器；以及

软件，定义了用于控制微处理器的操作的自适应控制算法。

18.根据权利要求17所述的增益控制器，其中，所述软件包含用于执行以下操作的软件代码：

监视所述窄带检测器检测到的RF信号的功率电平；

把监视的功率电平与至少一个门限值进行比较；以及

利用比较结果，至少确定宽带信号路径的第一增益的最优值。

19.根据权利要求18所述的增益控制器，其中，所述用于监视RF信号功率电平的软件代码还包含用于执行以下操作的软件代码：

监视窄带检测器检测到的RF信号的功率电平中的变化；以及

利用监视到的变化，识别检测到的RF信号的信号格式。

20.根据权利要求18所述的增益控制器，还包含利用所识别的信号格式，从一组预定门限值中选择所述门限值的软件代码。

21.根据权利要求18所述的增益控制器，其中，所述用于监视RF信号功率电平的软件代码还包含用于在宽带信号路径中把预期RF信号业务从不希望的泄漏信号中解相关出来的软件代码。

22.根据权利要求21所述的增益控制器，其中，所述用于把预期RF信号业务从不希望的泄漏信号中解相关出来的软件代码包含用于执行以下操作的软件代码：

向所述宽带信号路径中注入预定的唯一代码；

在所监视的RF信号中检测所述预定唯一代码的功率电平；以及

根据所监视的RF信号中预定唯一代码的检测功率电平，确定泄漏信号在监视的RF信号中所占的比率。

23.根据权利要求22所述的增益控制器，还包含利用所确定的泄漏信号在监视的RF信号中所占比率，至少调节宽带信号路径的第一增益的最优值的软件代码。

24.一种用于在无线通信网络的第一和第二收发机之间传递RF信令的中继器，所述中继器包含根据权利要求1至23中任何一项所述的增益控制器。

25.一种对用于在无线通信网络的第一和第二收发机之间传递RF信号业务的中继器的增益进行控制的方法，该方法包括以下步骤：

通过所述中继器的各个宽带信号路径接收通信网络的一个信道的RF信号；

检测所述宽带信号路径内的RF信号的功率电平；以及

根据检测到的宽带信号路径内RF信号功率电平，控制宽带信号路径的增益。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述控制宽带信号路径的增益的步骤包括以下步骤：

选择性地控制宽带信号路径的第一增益，所述第一增益被选择来补偿中继器从第一收发机接收到的RF信号业务的衰减；以及

选择性地控制宽带信号路径的第二增益，所述第二增益被选择来补偿中继器从第二收发机接收到的RF信号业务的衰减

27.根据权利要求25或26所述的方法，其中，所述选择性地控制宽带信号路径第一增益的步骤包括以下步骤：

对宽带信号路径中的信号进行采样以生成反馈信号；

响应于AGC控制信号控制反馈信号的功率电平以生成增益控制信号；以及

响应于所述增益控制信号控制宽带信号路径的增益。

28.根据权利要求25、26或27所述的方法，其中，AGC控制信号是由控制器生成的。

29.根据权利要求25至28中任何一项所述的方法，其中，所述选择性地控制宽带信号路径第二增益的步骤包括以下步骤：

随着从第二收发机接收到的RF信号的功率提高，自动地降低第二信号增益；以及

随着从第二收发机接收到的RF信号的功率降低，自动地提高第二信号增益。

30.根据权利要求25至29中任何一项所述的方法，其中，所述检测宽带信号路径内信号功率电平的步骤包括以下步骤：

生成具有一个选定频率的合成器信号；

基于所述合成器信号和采样信号生成一个中间频率；

从采样信号中分离出围绕所述中间频率的一个窄通带内的信号；以及

至少检测所分离的信号的功率电平。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，合成器信号频率是利用来自微控制器的合成器控制信号进行选择的。

32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述接收采样信号的步骤包括对一个切换输入端进行控制的步骤，所述切换输入端选择性地提供来自接收机的第一和第二宽带信号路径之一的采样信号。

33.根据权利要求30所述的方法，其中，所述从通带中分离信号的步骤包括选择性地衰减落在所述窄通带之外的采样信号部分的步骤。

34.根据权利要求30所述的方法，其中所述从通带中分离信号的步骤包括选择性地调节所述窄通带的带宽的步骤。

35.根据权利要求27所述的方法，其中，所述响应于AGC控制信号控制反馈信号功率电平的步骤包括以下步骤：

监视检测到的宽带信号路径内信号功率电平；

把监视的功率电平与至少一个门限值进行比较；

利用比较结果，至少确定宽带信号路径的第一增益的最优值；以及

根据所确定的最优值生成AGC控制信号。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述监视宽带信号路径内RF信号功率电平的步骤还包括以下步骤：

监视信号功率电平的变化；以及

利用监视到的变化，识别检测到的信号的信号格式。

37.根据权利要求36所述的增益控制器，还包括利用所识别的信号格式，从一组预定门限值中选择所述门限值的步骤。

38.根据权利要求35所述的方法，其中，所述监视宽带信号路径内RF信号功率电平的步骤还包括在宽带信号路径中把预期信号业务从不希望的泄漏信号中解相关出来的步骤。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述把预期信号业务从不希望的泄漏信号中解相关出来的步骤包括以下步骤：

向所述宽带信号路径中注入预定的唯一代码；

在所监视的信号中检测所述预定唯一代码的功率电平；以及

根据所监视的信号中所述预定唯一代码的检测功率电平，确定泄漏信号在监视的信号中所占的比率。

40.根据权利要求39所述的方法，还包括利用所确定的泄漏信号在监视的信号中所占比率，至少调节宽带信号路径的第一增益的最优值的步骤。

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