CN1781260A - 用于双向无线电链路的终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于双向无线电链路的终端设备。依照本发明，用于在同时执行广播和接收操作的双向无线电中继链路中进行传送和接收的全部频率带宽可以减少一半，由此每一个终端设备(TA)包括第一广播器(EA1)，其中所述广播器借助第一天线(AA1)而在第一使用频带(BF1)上广播第一数据信号(S1)，所述第一使用频带与第一接收机(RA1)借助第二天线(AA2)接收第二数据信号(S2)时的频带相等，第二接收机(RA2)借助第一天线(AA1)接收具有第二使用频带(BF2)的第三数据信号(S3)，而第二广播器(EA2)则借助第二天线(AA2)来广播具有第二使用频带(BF2)的第四数据信号(S4)。

Description

用于双向无线电链路的终端设备
技术领域
本发明涉及用于双向无线电链路的终端设备。
这种无线电链路主要用于在从几公里到大约100公里的距离上沿着两个相反方向传送比特率从几比特/秒到几百兆比特/秒的两个数字数据信号。用于传送这些信号的使用频带是从大约1GHz到100GHz的范围。并且举例来说，这些数据信号支持复用的数字电话信道或是数字电视信号。
背景技术
在现有技术中，每一个终端设备都包含了用于发射和接收的单一天线。该天线经由具有第一通带的带通滤波器以及环行器而与发射机输出端相连，并且经由环行器以及另一个具有第二通带的带通滤波器而与接收机输入端相连。发射机将第一数据信号从中频转置到与第一通带相对应的第一预定有用频带中的第一发射载频。而天线则可以选择具有第二载频并且具有与第二通带相对应的第二有用频带的第二数据信号，然后，所述第二数据信号会在接收机中转置到中频。
为了防止在两个数据信号之间产生干扰，载频是各不相同的，更为特别的是，分别用于第一和第二数据信号的第一和第二频带是由保护频带并置和分离的。
双向无线电链路通常是对称的。两个数据信号通常具有相同比特率，并且一个终端设备的发射机与另一个终端设备的接收机是配对的，反之亦然。
在法国专利申请2744308所公开的另一种双向无线电链路中，在每一个终端设备中，数据信号分别是在交叉极化的情况下由两个天线发射和接收的，其中这两个天线处于由某个空频带分隔的分离频带中。在两个设备中，根据两个传输方向，导频频率将会充当用于频率变换的公共本地频率。在下行链路方向，导频是作为单纯的频率发射的，由此可以充当上行链路方向上的频带的中心调制载频。
在以上的所有现有技术中，由双向无线电链路占用的频谱至少与用于各个传输方向的两个频带的总和是相等的。
为了减小在用于双向无线电链路的终端设备中执行发射和接收操作的全局有用频率带宽，美国专利5,691,978提出了用于同时执行双向无线电链路发射和接收操作的终端设备；其中每一个设备都具有第一发射机和第一接收机。第一发射机在第一载频上发射第一数据信号，其中所述第一载频与第一接收机用以接收第二数据信号的载频相等。终端设备则包括单一的发射-接收天线，或是一个发射天线和一个接收天线。
发明内容
本发明的目的是提供一种在不使用先验的四个频带的情况下发射四个数据信号的双向无线电链路的终端设备，以及减少有用频带并降低终端设备的成本。
相应地，在这里提出了一种用于同时执行发射和接收操作的双向无线电链路的终端设备，其中该设备具有用于在第一有用频带上发射第一数据信号的第一发射机，并且所述第一有用频带与第一接收机用以接收第二数据信号的频带相等，其特征在于，所述终端设备包括：
第二接收机经由第一天线、第一环行器以及以第二有用频带作为通带的滤波器来接收第二有用频带中的第三数据信号，所述第一发射机则经由以第一有用频带作为通带的滤波器、第一环行器以及第一天线而发射第一有用频带中的所述第一数据信号，以及
第二发射机经由以第二有用频带作为通带的滤波器、第二环行器以及第二天线发射第二有用频带中的第四数据信号，所述第一接收机则经由第二天线、第二环行器以及以第一有用频带作为通带的滤波器来接收第一可用频带中的第二数据信号。
由于第一有用频带是第一和第二数据信号共有的，并且第二有用频带是第三和第四数据信号共有的，因此，用于该链路的全局有用频带是现有技术的二分之一。与现有技术相比，这种借助本发明所实现的频带节约措施能在指定有用频带上发送两倍之多的信号。
如本说明书的剩余部分所示，在第一公共频带中发射和接收的第一和第二数据信号以及在第二公共频带中发射和接收的第三和第四数据信号都是由相应的独立发射和接收天线分隔的，在恰当情况下，这些信号是由两个在终端设备的第一和第二接收机输入端提供的信号消除器分离的。
附图说明
通过阅读下文中关于本发明的描述以及本发明的多个实施例，可以清楚了解本发明的其他特征和优点，这些描述是作为实例并且参考附图给出的，并且在附图中：
图1是具有包含信号消除器的终端设备的现有技术中的双向无线电链路的示意性框图；
图2是用于说明在图1所示的终端设备中发射和接收的数据信号具有相同频带的图示；
图3和图4分别是终端设备中的发射机和接收机的示意性框图；
图5是连接在图1所示的终端设备中的发射机与接收机之间的信号消除器的示意性框图；
图6是双向无线电链路的示意性框图，其中本发明的每一个终端设备都会在不同的频带中发射两个信号，并且在两个相同频带中接收另外两个信号；
图7是垂直天线杆的示意图，其中该天线杆支持那些用于本发明的终端设备并在垂直面上进行发射的天线以及在垂直面上进行接收的天线；以及
图8是用于本发明的每一个终端设备的两个不同频带的图示。
具体实施方式
图1显示的是在美国专利5,691,978中描述的用于同时执行发射和接收操作的双向无线电链路，该链路在其相应端部包括终端设备TA和TB。
每一个终端设备TA、TB实质上都包括发射机EA1、EB1，接收机RA1、RB1，三端口环行器CA1、CB1，发射/接收天线AA1、AB1以及信号消除器ASA、ASB。
举个例子，如图3所示，发射机EA1、EB1包含用于对即将发射的数据信号Se进行调制并具有四相状态的差分调制器MD。在发射机EA1、EA2中，信号是在中频FIe上调制的，然后，该信号将会在放大器AM中放大并在混频器ME中在发射频率f1附近转置，在这里为所述混频器馈送来自本地振荡器电路OSE并处于频率f1e的本地信号。在恰当情况下，在馈送到环行器CA1、CB1的输入端口并由天线AA1、AB1发射之前，载波f1上的数据信号将会在输出放大器AS中放大，并在带通滤波器FE中进行过滤。
如图2所示，发射机EA1、EB1发射的信号S1将会占用以发射载频f1为中心的有用频带BF1。举例来说，载频f1等于23GHz，并且有用频带宽度BF1是28MHz，换言之，对速率为155Mbit/s的数据信号而言，有用频带是从22.986GHz到23.014GHz，其中所述数据信号是根据具有128种状态的QAM调制来进行调幅和调相的。
参考图4，举例来说，接收机RA1、RB1包括混频器MR，以便转置处于载频f1的数据信号S2的频率，其中所述数据信号是经由天线AA1、AB1接收并且是从环行器CA1、CB1的输出端口经由信号消除器ASA、ASB施加的，在恰当的情况下，所述信号也可以经由接收带通滤波器FR，此外，在恰当的情况下，所述信号还可以经由低噪声放大器。混频器MR将接收频率f1转置到中频FIr＝f1±f1r，其中f1r是本地振荡器电路OSR产生的本地信号频率。然后，举例来说，在实施四相状态解调的解调器解调之前或之后，中频信号将会由自动增益控制放大器ACG、低通或带通滤波器FPB以及具有误差校正器的均衡器EG进行处理，以便产生基带数字信号Sr。
此外，如图2所示，与发射信号S1相似，对经由天线AA1，AB1接收并且经由信号消除器ASA、ASB施加到接收机RA1的信号S2而言，其频谱同样包含在载频f1周围的频带BF1中。
对信号消除器来说，以终端设备TA中的信号消除器ASA为例，所述信号消除器将会清除发射信号S1中的某个部分K1S1，而所述部分将会重新注入终端设备TA的接收机RA1中，并且与经由环行器CA1接收的信号S2相混合。
正如本领域已知的那样，如图5所示，信号消除器ASA可以包括自适应数字横向滤波器FTA以及减法器SUA。横向滤波器FTA产生的是在发射机EA1的输出端采样得到的发射数据信号S1与横向滤波器FTA的系数的卷积乘积，它表示的是经由环行器CA1并用于重新注入发射信号部分K1S1的发射-接收耦合路径的脉冲响应。横向滤波器FTA对合成的发射信号部分K2S1进行估计，其中所述信号部分是以一个与已注入的发射信号部分KlSl相反的相位施加到连接在环行器CA1的输出端口与接收机RA1的输入端之间的减法器SUA的。
系数K1和K2均为复系数，也就是说，系数K2是依据横向滤波器FTA的幅度和相位估计的。此外，系数K2是自适应的，也就是说，它可以随时间而改变，由此可以在任何时间使总和K1S1-K2S1会聚为零。
信号消除器ASA可以是全模拟的，也可以是全数字的，此外，所述信号消除器可以将用于局部消除信号K1S1的模拟部分与用于粗略估计横向滤波器FTA的系数的数字部分相组合，也可以将所述模拟部分与通过更准确地估计系数来细化校正结果的数字部分相组合，从而消除与接收信号S2相组合的已注入发射信号部分K1S1。相应地，减法器SUA的输出将会传递那些从发射信号部分K1S1中释放的接收信号S2。为了在横向滤波器FTA的输出端估计系数K2，在终端设备TB中可以暂时和周期性地中断发射接收信号S2，以使信号部分K1S1仅仅施加于减法器SUA的正输入端，并使减法器SUA产生并施加于横向滤波器FTA的误差信号减至最小，进而会聚为零。
现在参考图6，每一个终端设备TAa、TBa都包括第一发射机EA1、EB1以及第一接收机RA1、RB1，以便发射第一信号S1、S2和接收第二信号S2、S1，其中在图6中结合图2所显示的第二实施例中，这两个信号具有公共频带BF1。终端设备TAa、TBa还包括第二发射机EA2、EB2以及第二接收机RA2、RB2，由此终端设备TAa与终端设备TBa之间的双向无线电链路是加倍的。因此，这种加倍的双向无线电链路包括：
同时执行发射和接收操作的第一双向无线电链路，其中处于第一频带BF1并具有载频f1的第一调制数据信号S1从发射机EA1经由定向天线AA1与AB2发射到接收机RB1，处于第二频带BF2的第三调制数据信号S3由发射机EB2发射并且经由天线AB2以及AAl而被接收机RA2接收，以及
同时执行发射和接收操作的第二双向无线电链路，其中发射机EA2经由定向天线AA2来发射处于第二频带BF2并具有载频f2的第四调制数据信号S4，并且该信号经由定向天线ABl而被接收机RB2接收，而第一频带BF1中的第二调制数据信号S2由发射机EB1经由天线AB1发射并且经由天线AA2而被接收机RA1接收。
如图8所示，两个有用频带BFl和BF2与保护频带是并置的，其间间距约为10MHz～1000MHz，并且在每一个终端设备TAa、TBa中，其中都会借助两个单独天线AA1和AA2、AB1和AB2并且使用所述频带来同时发射和接收两个信号S1和S2、S3和S4。
如图7所示，在每一个终端设备TAa、TBa中，天线AA1和AA2都部署在一个与所发射的两个信号以及所接收的两个信号的平行传播方向相垂直的平面上。
在电信天线杆PY的顶端，天线AA1和AA2、AB1和AB2可以叠加在沿着垂线的平面上。作为选择，处于天线杆顶部的天线AA1和AA2、AB1和AB2是水平并置在地面上方的相同高度上的。
以发射信号S1、S4的部分K1S1以及终端设备TAa为例，为使所述部分不会对每一个终端设备接收机中的接收信号S2、S3的处理产生干扰，并且为使天线相对去耦，在这些信号的相应频率f1、f2变高的时候，天线AA1与AA2之间的距离d将会变小。对大于1GHz的频率f1、f2来说，距离d是几十厘米。通常，对大小为15cm的天线直径来说，距离d约为60cm，也就是说，该距离的范围是从几个波长到几十个波长。对小于1GHz的频率而言，距离d大于1米。并且在所有情况下，所关注的都是根据所需要的传输调制和传输质量而使那些由第一天线AA1横向发射并由第二天线AA2拾取的干扰信号能够提供满足需要的有用信号与干扰信号比值。
在恰当情况下，如果天线AA1和AA2、AB1和AB2紧靠在一起和/或并非高度定向，那么每一个终端设备TAa、TBa优选包含图6虚线所示的信号消除器ASA1和ASA2、ASB1和ASB2。信号消除器ASA1、ASA2与参考图5所描述的信号消除器相似，它会消除由天线AA1、AB1发射并由天线AA2、AB2拾取的信号S1、S2的一部分，并且信号消除器ASA2、ASB2与参考图5所描述的信号消除器相似，它会消除由天线AA1、AB1发射并由天线AA2、AB2拾取的信号S4、S3的一部分。
由此，在每一个终端设备TAa、TBa中都具有两个与图1所示的终端设备第一实施例中的发射机-接收机装置相类似的发射机-接收机-天线装置，但是所述发射机-接收机-天线装置附加具有带通滤波器。例如，在与两个定向无线电链路S1-S3、S4-S2相关的终端设备TAa的各个装置中，发射机EA1、EA2经由带通滤波器FA1、FA4，三端口环行器CA1、CA2以及定向天线AA1、AA2来发射调制数据信号S1、S4，而接收机RA2、RA1则经由环行器CA1、CA2以及带通滤波器FA3、FA2接收源自定向天线AA1、AA2的数据信号S3、S2。在终端设备TBa中，处于接收机RB1的输入端以及发射机EB1的输出端的带通滤波器FA1、FA2以及带通滤波器FB1、FB2具有与第一和第二数据信号S1、S2的第一频带BF1相同的通带。在终端设备TBa中，处于发射机EB2输出端以及接收机RB4输入端的带通滤波器FA3、FA4以及带通滤波器FB3、FB4具有与第三和第四数据信号S3、S4的第二有用频带BF2相同的通带。对终端设备TAa的这两个发射机-接收机装置而言，在其中的每一个装置中，两个带通滤波器FA1和FA3、FA4和FA2以及环行器CA1、CA2将会构成一个双工器。
相应地，发射机EA1、EA2，接收机RA2、RA1以及双工器FA1-CA1-FA3、FA4-CA2-FA2连同天线AA1、AA2一起构成了标准的成品终端设备，这种设备显著降低了图8中的双向无线电链路的成本，而后者则是将用于传送四个数据信号S1、S2、S3和S4的频谱减至两个频带BF1和BF2，而不是像现有技术中那样使用四个频带。

Claims (1)

1.一种用于同时执行发射和接收操作的双向无线电链路的终端设备(TAa)，其中该设备具有用于发射第一有用频带(BF1)中的第一数据信号(S1)的第一发射机(EA1)，所述第一有用频带(BF1)与第一接收机(RA1)用以接收第二数据信号(S2)的频带相等，其特征在于所述终端设备包括：
第二接收机(RA2)，经由第一天线(AA1)、第一环行器(CA1)以及以第二有用频带(BF2)作为通带的滤波器(FA3)来接收第二有用频带(BF2)中的第三数据信号(S3)，并且所述第一发射机(EA1)经由以第一有用频带(BF1)作为通带的滤波器(FA1)、第一环行器以及第一天线发射第一有用频带(BF1)中的所述第一数据信号(S1)，以及
第二发射机(EA2)，经由以第二有用频带(BF2)作为通带的滤波器(FA4)、第二环行器(CA2)以及第二天线(AA2)发射第二有用频带(BF2)中的第四数据信号(S4)，所述第一接收机(RA1)经由第二天线、第二环行器以及以第一有用频带(BF1)作为通带的滤波器(FA2)接收第一可用频带(BF1)中的第二数据信号(S2)。
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