PL173528B1

PL173528B1 - Urządzenie radiowe w wielodostępnym systemie radiokomunikacyjnym z podziałem czasu kanałów radiowych

Info

Publication number: PL173528B1
Application number: PL93304341A
Authority: PL
Inventors: Den Heuvel Anthony P. Van; Stephen T. Valentine; Dragan Boscovic
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1998-03-31
Also published as: RO119672B1; GB2272133A; IL107253A0; AU664497B2; GB2272133B; SE9402325L; RO119671B1; BR9305710A; DE4395427T1; NL194188B; MY110064A; HU218633B; WO1994010765A1; DK79394A; SE9402325D0; PL304341A1; CA2126987A1; FI943189A7; RU2109403C1; CN1051417C

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie w wielodostępnym systemie radiokomunikacyjnym z podziałem czasu kanałów radiowych.

Znane systemy radiokomunikacyjne pracujące z wielodostępem z podziałem czasu (TDMA), na przykład według projektu normy europejskiej dla cyfrowej radiokomunikacji dalekosiężnej, wymagają stosowania wzmacniaczy mocy o bardzo dobrej liniowości w celu zminimalizowania przenoszenia produktów modulacji na kanały sąsiednie. Osiągnięcie niezbędnej liniowości we wzmacniaczu mocy opiera się na stosowaniu wstępnej sekwencji lmearyzacyjnej, ujawnionej w opisie patentowym USA nr 5 066 923. Wadą znanego sposobu linearyzacji wzmacniaczy mocy jest to, że występuje potrzeba przydzielania stałej ilości czasu dla nadawanej sekwencji przygotowawczej. W systemach wielodostępnych z podziałem czasu przydzielenie stałej ilości czasu antenowego na przygotowanie jest związane z dużymi stratami, powodującymi zmniejszenie sprawności ogólnej systemu radiokomunikacyjnego.

Jedno z rozwiązań, pozwalające na uniknięcie potrzeby przydzielania nadmiernej ilości czasu antenowego dla przygotowania, pisane jest w zgłoszeniu patentowym Wielkiej Brytanii nr 9204496.5. W opisanym w tym zgłoszeniu patentowym rozwiązaniu, przygotowanie odbywa się poza anteną, przy użyciu cyrkulatora z przełącznikiem antenowym i obciążeniem, przy czym sekwencja nadawana jest do obciążenia dzięki selektywnemu działaniu przełącznika antenowego.

W międzynarodowym zgłoszeniu patentowym nr PCT/US91/07012 opisany sposób i urządzenie do linearyzacji wzmocnienia nieliniowego wzmacniacza mocy w cyfrowym nadajniku-odbiorniku pracującym z podziałem czasu (TDM). Funkcja przenoszenia wzmacniacza mocy opisuje zależność pomiędzy jego sygnałem wejściowym i sygnałem wyjściowym. Sygnał wyjściowy jest demodulowany selektywnie, zgodnie z istniejącymi elementami odbiornika, podczas nadawania przedziału czasowego ramki czasowej sygnału TDM. Odwrotna funkcja przenoszenia jest określona przez wzmocnienie nominalne wzmacniacza mocy i funkcję przenoszenia. Wartość poprawki, odpowiadająca funkcji przenoszenia i jej odwrotności, jest określona w tablicy wektorów'. Wartość poprawki jest mnożona z sygnałem wejściowym dając skorygowany sygnał wejściowy. Wzmocniony skorygowany sygnał wejściowy tworzy zmienny sygnał wyjściowy, który jest zależny liniowo od sygnału wejściowego. Ponadto w publikacji autorów: Matsa Johansona i Thomasa Mattsssona pt. Linearyzacja nadajnika wykorzystująca kartezjańskie sprzężenie zwrotne dla liniowej modulacji TDMA jest opisane działanie układu linearyzacji nadajnika z kartezjańskim sprzężeniem zwrotnym.

Istotą urządzenia radiowego w wielodostępnym systemie radiokomunikacyjnym z podziałem czasu kanałów radiowych, według wynalazku, zbudowanego z odbiornika do odbioru sygnałów synchronizacyjnych dla zsynchronizowania się z kanałem, nadajnika zawierającego wzmacniacz mocy dołączony do obwodów linearyzacji oraz z dołączonego do odbiornika i nadajnika procesora do generacji linearyzacyjnego sygnału przygotowawczego i odbioru rozkazu nadawania pozostałych sygnałów, przy czym nadajnik nadaje te pozostałe sygnały po otrzymaniu rozkazu, jest to, że kanał zawiera wyznaczone z góry linearyzacyjne przedziały czasowe do nadawania linearyzacyjnych sygnałów przygotowawczych, przeplecione z innymi przedziałami czasowymi do nadawania pozostałych sygnałów, przy czym procesor stanowi obwód generacji sygnału przygotowawczego podczas trwania linearyzacyjnego przedziału czasowego i linearyzacji wzmacniacza mocy podczas trwania tego przedziału czasowego, niezależnie od rozkazu nadawania pozostałych sygnałów.

Korzystne jest, gdy według wynalazku odbiornik stanowi obwód odbioru rozkazu w pierwszym kanale, umożliwiający urządzeniu nadawanie w drugim kanale, przy czym procesor stanowi obwód generacji linearyzacyjnego sygnału przygotowawczego i linearyzacji wzmacniacza mocy na początku nadawania w pierwszym wybranym przedziale czasowym drugiego kanału oraz wyłączania sygnału przygotowawczego, przy nadawaniu przynajmniej wyznaczonej z góry liczby kolejnych przedziałów czasowych w tym kanale.

Dalsze korzyści z wynalazku uzyskuje się, gdy procesor stanowi następnie obwód dostrojenia odbiornika do drugiego kanału, dla odbioru sygnałów w drugim kanale, w

173 528 którym procesor pomija pierwszą część pierwszego wybranego przedziału czasowego w drugim kanale, oraz gdy odbiornik stanowi obwód odbioru rozkazu w pierwszym kanale i dostrojenia do drugiego kanału, dla odbioru sygnałów w drugim kanale, przy czym procesor stanowi następnie obwód automatycznej generacji sygnału przygotowawczego w następnym dostępnym linearyzacyjnym przedziale czasowym w drugim kanale i linearyzacji wzmacniacza mocy podczas trwania tego przedziału czasowego.

Korzystne jest także, gdy zgodnie z wynalazkiem zawiera co najmniej jeden obwód kontroli warunków pracy urządzenia, przy czym procesor stanowi obwód ponownej generacji sygnału przygotowawczego podczas trwania linearyzacyjnego przedziału czasowego i linearyzacji wzmacniacza mocy podczas trwania tego przedziału czasowego wyłącznie w odpowiedzi na rozkaz z co najmniej jednego obwodu kontroli warunków pracy urządzenia.

Następnie korzystne jest, gdy zgodnie z wynalazkiem urządzenie zawiera, dołączony do nadajnika i odbiornika, przełącznik antenowy do selektywnej redukcji nadawania sygnałów radiowych podczas generacji linearyzacyjnego sygnału przygotowawczego, oraz gdy procesor stanowi następnie obwód zezwalania na odbiór przez odbiornik sygnałów w kanale radiowym podczas trwania wybranych, wykorzystywanych przedziałów czasowych oraz pomijania sygnałów w kanale radiowym podczas trwania wyznaczonych z góry przygotowawczych przedziałów czasowych.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zapewnienie linearyzacji wzmacniacza mocy w urządzeniu radiowym bez stosowania dodatkowych układów i przy minimalnym czasie antenowym przydzielanym na przygotowanie. Ponadto rozwiązanie według wynalazku zapewnia minimalizację opóźnienia między żądaniem nadawania i osiągnięciem liniowości przed nadawaniem i/lub ograniczenie nadawania w przypadku niepełnego zlinearyzowania wzmacniania mocy, tylko do małego odsetka wszystkich realizowanych transmisji.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy końcowego urządzenia radiowego i stację bazową, fig. 2 - wykres czasowy struktury wieloramkowej kanału sterującego i eksploatacyjnego, fig. 3 - wykres czasowy podprzedziału kanału sterującego, a fig. 4 - wykres czasowy pierwszego przedziału czasowego logicznego kanału eksploatacyjnego.

W niniejszym opisie słowa kanał” używa się na określenie fizycznego kanału radiowego, to znaczy danego pasma widma radiowego. Wyrażenie kanał logiczny” wykorzystywane jest do określenia wyznaczonego z góry szeregu przedziałów czasowych w kanale fizycznym wspólnie tworzącym łącze telekomunikacyjne, Wyznaczone z góry linearyzacyjne przedziały czasowe można uważać za kanał logiczny, a na określenie tego kanału będzie używany termin wspólny kanał lineaiyzacyjny, czyli kanał CLCH (common linearization channel).

Na figurze 1 przedstawiono radiowe urządzenie końcowe 5 i stację bazową 6'. W skład urządzenia 5 wchodzi linearyzator 10, konwerter podwyższający 11, wzmacniacz mocy 12, pętla sprzężenia zwrotnego 13, konwerter obniżający 14, detektor fazy 15 i regulator fazy 16. Linearyzator 10 i regulator fazy 16 są sterowane z mikroprocesora 20. Urządzenie 5 zawiera również antenę 21, dołączoną do przełącznika antenowego 22 oraz odbiornik 24.

Urządzenie 5 działa w następujący sposób. Przełącznik antenowy 22 selektywnie dołącza antenę 21 do wzmacniacza mocy 12 nadajnika lub do odbiornika 24. Przy pracy z nadawaniem, wzmacniacz mocy 12 połączony jest z anteną 21, a kwadraturowe sygnały wejściowe pasma podstawowego doprowadzane są do linearyzatora 10 i równocześnie są poddane detekcji w detektorze fazy 15. Po konwersji i wzmocnieniu, część wzmocnionego sygnału podawana jest przez pętlę sprzężenia zwrotnego 13 do konwertera obniżającego 14. Zależnie od fazy wykrytej przez detektor fazy 15, mikroprocesor 20 steruje regulatorem fazy 16 i linearyzatorem 10 w celu odpowiedniego dostrojenia fazy i amplitudy w pętli utworzonej przez elementy 10 do 14. Dla osiągnięcia optymalnej sprawności niezbędne jest, aby pętla fazowa pracowała w punkcie optymalnym dla stabilności i maksymalnego wzmocnienia, bez obcinania. W celu znalezienia tych parametrów optymalnych, do

173 528 linearyzatora 10 doprowadza się sekwencję przygotowawczą. Dokładny czas nadawania tej sekwencji sterowany jest przez mikroprocesor 20.

Wszystkie elementy 10 do 24 radiowego urządzenia końcowego 5 stanowią powtórzenie elementów 10' do 24' stacji bazowej 6'. W przypadku stacji bazowej 6', mikroprocesor 20' steruje synchronizacją i periodycznie wprowadza sekwencje synchronizacyjne do linearyzatora 10', z którym synchronizowane będzie urządzenie końcowe 5.

W przypadku urządzenia końcowego 5, na przykład przenośnej lub przewoźnej stacji radiowej, mikroprocesor 20 spowoduje, że położeniem spoczynkowym przełącznika antenowego 22 będzie położenie odbiorcze, w którym odbiornik 24 będzie odbierał sekwencje synchronizacyjne ze stacji bazowej 6' i na ich podstawie będzie wyznaczana synchronizacja.

Na figurze 2 przedstawiono korzystną strukturę wieloramkową. Struktura wieloramkowa składa się ogółem z 18 ramek, z których każda podzielona jest na przedziały. Pierwsza ramka ma etykietę SACCH’s (wolne współpracujące kanały sterujące - slow associated control channels). Każda z pozostałych 17 ramek zawiera cztery przedziały czasowe 110, 111112,113, jak to pokazano w prawej części tej figury. Trzy z przedziałów czasowych 110, 111, 112, 113 zawierają po 508 bitów, jak to pokazano u dołu fig. 2, oznaczonych etykietą normalny kanał eksploatacyjny. Czwarty rozdzielony jest między dwa podprzedziały czasowe, jak to pokazano na figurze 3.

Figura ukazuje strukturę przedziałów czasowych kanału sterującego, który stanowi jeden z przedziałów 110, 111, 112, 113. Podprzedział kanału sterującego ma tę samą długość, co przedział eksploatacyjny. Wewnątrz przedziału czasowego kanału sterującego znajdują się dwa podprzedziały kanału sterującego o swobodnym dostępie takie, jak podprzedział przedstawiony na dole fig. 3.

Jak pokazano po lewej stronie fig. 2, kanały ramki SACCH wyznaczone są w czterech przedziałach 115,116,117,118. Na początku ramki SACCH przed pierwszym przedziałem czasowym stosuje się linearyzacyjny przedział czasowy 120 jako czas przygotowawczy przy nadawaniu wynoszący 4 ms. Ten przedział 4 ms stanowi wspólny kanał linearyzacyjny.

Inne kanały fizyczne, podzielone są między wieloramki, jak to pokazano na fig. 2, z ramkami SACCH i przedziałami czasowymi kanału SLCH, lecz pozostałe kanały zawierają przedziały eksploatacyjne, pokazane na fig. 2, w miejscu przedziałów sterujących przedstawionych na fig. 3.

Korzyść ze stosowania kanału CLCH polega na tym, że ze wszystkich przedziałów czasowych usunięto nadmiar związany z linearyzacyjnym przygotowaniem nadawania. Czas przygotowania nadawania, wynoszący 4 ms, występuje teraz tylko raz na wieloramkę (w przybliżeniu raz na sekundę). Wszystkie przedziały z wyjątkiem pierwszej transmisji w kanale eksploatacyjnym (opisanej poniżej) mają teraz tylko części końcowe i nadmiary synchronizacyjne.

Praca z przedziałami czasowymi z kanałem CLCH przebiega w sposób następujący. Kiedy użytkownik włączy zasilanie radiostacji, pierwszą czynnością jest zgłoszenie się w systemie radiokomunikacyjnym. Przed dokonaniem jakichkolwiek transmisji urządzenie radiowe na początku synchronizuje się i rejestruje parametry systemu, na przykład częstotliwości kanałowe, łącznie ze szczegółami dotyczącymi kanału CLCH. Radiostacja następnie czeka aż do pojawienia się kanału CLCH i dokonuje czynności przygotowania swojego nadajnika w czasie trwania 5-cio milisekundowego przedziału czasowego kanału CLCH. W tym momencie radiostacja już jest gotowa do łączności.

Pierwszą transmisję w kanale eksploatacyjnym na zmienionej częstotliwości przedstawiono na fig. 4. W tym przypadku stosowany jest czas przygotowawczy 130 wynoszący 4 ms w celu dostosowania do procedury ponowienia przygotowania, wymaganej w związku ze zmianą częstotliwości kanałowej. Bez tego czasu przygotowawczego urządzenie, które żąda kanału eksploatacyjnego, i któremu kanał taki został przydzielony na innej częstotliwości, musiałoby czekać aż do następnego przedziału czasowego kanału CLCH na tej częstotliwości, przed osiągnięciem możliwości przeprowadzenia procedury przygotowania i nadawania. Mogłoby to wprowadzić przy nadawaniu opóźnienie sięgające 1 sekundy lub więcej, co jest opóźnieniem niedopuszczalnym.

173 528

Nadajnik zawiera obwody kontroli warunków pracy, to jest parametrów krytycznych, oddziałujących na liniowość jego pracy, takich jak na przykład napięcie zasilania, temperatura, współczynnik fali stojącej, moc nadawania itp. Po dokonaniu linearyzacji, nadajnik wymaga tylko korekcji linearyzacji przy takich zmianach warunków pracy, które znacznie oddziałują na wartości parametrów krytycznych. Zmiany te są stosunkowo powolne, i zwykle w okresie średnio 20 do 30 sekund nie występują istotne zmiany warunków pracy. Zatem ponowne przygotowanie nadajnika przeprowadzane jest zwykle z częstotliwością w przybliżeniu raz na minutę, a zatem wpływ pracy z kanałem CLCH na żywotność baterii jest minimalny.

Na przykład nadajnik radiowy w stanie jałowym będzie kontrolował, w miarę potrzeby, swoje parametry krytyczne i po wykryciu znacznych zmian w warunkach pracy radiostacja dokona ponownego przygotowania się w czasie następnego kanału CLCH. Nadajnik w stanie aktywnym generuje swoje własne decyzje dotyczące procedury ponownego przygotowania w następnym kanale CLCH podczas rozmowy, bez uruchamiania przycisku nadawania lub otrzymania rozkazu ze stacji bazowej i bez przerwy w transmisji.

Jeżeli któreś urządzenie ma nadawać znacznie poniżej pełnej mocy, określonej przez wartość sygnału wyjściowego, to może pominąć ogólną procedurę przygotowawczą.

W celu uniknięcia zakłóceń wzajemnych z sąsiednimi systemami radiokomunikacyjnymi stosuje się mechanizm, w którym mikroprocesor 20' stacji bazowej 6' wykrywa regularne zakłócenia wskazujące na istnienie systemu sąsiedniego z regularnymi przedziałami czasu kanału CLCH, i odpowiednio do tego mikroprocesor 20' przestraja swój zegar główny w przód lub w tył, w celu zmniejszenia krótszego przedziału czasowego między własnymi przedziałami kanału CLCH i przedziałami kanału CLCH systemu sąsiedniego, aż do pokrycia się tych przedziałów czasowych. W końcu wszystkie systemy radiokomunikacyjne na danym ciągłym obszarze geograficznym synchronizują się wzajemnie.

173 528 m

E

C i

cc π:

ZCM l/l □ 5 >-<·

ΙΜΙΟΞΪ

CCC

CLZ

z o C OO O <±

CT

LL_

C£ Ό O

Z. CM C 00 □

CC

X

m cń u_

173 528

WEJŚCIA . PASMA ¹ oP0DSTA-qoWOWEGO . FAZA ,10

LINEARYZATOR /11

KONWERTER

PODWYŻSZAJĄCY ,12

WZM.M.

Φ

REGULATOR

14\

	FAZY	KONWERTER OBNIŻAJĄCY
DETEKTOR
FAZOWY

iy

REGULATOR

FAZY

KONWERTER

PODWYŻSZAJĄCY

KWADRATUROWE

SPRZEZENIE

SPRZEZENIE ZWROTNE

	m i łćPnPDnrFęnD		PRZEŁĄCZNIK
	ł 11 łNiAUi itULL-JUn		ANTENOWY

WEJŚCIA PASMA ¹ o— PODSTA-noWOWEGO

FAZA

WEJŚCIOWA ,10'

LINEARYZATOR y

DETEKTOR

FAZOWY

15% ,16'

miκρπρρπΓρςηρ	ZWROTNE	PRZEŁĄCZNIK
1 11 F\ Γ\ U i r\U Lu-jUia		ANTENOWY

I -20'

22'

ODBIORNIK

24'

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie radiowe w wielodostępnym systemie radiokomunikacyjnym z podziałem czasu kanałów radiowych, zbudowane z odbiornika do odbioru sygnałów synchronizacyjnych dla zsynchronizowania się z kanałem, nadajnika zawierającego wzmacniacz mocy dołączony do obwodów linearyzacji oraz z dołączonego do odbiornika i nadajnika procesora do generacji linearyzacyjnego sygnału -przygotowawczego i odbioru rozkazu nadawania pozostałych sygnałów, przy czym' nadajnik nadaje te pozostałe sygnały po otrzymaniu rozkazu, znamienne tym, że kanał zawiera wyznaczone z góry linearyzacyjne przedziały czasowe (120) do nadawania linearyzacyjnych sygnałów przygotowawczych, przeplecione z innymi przedziałami czasowymi do nadawania pozostałych sygnałów, przy czym procesor (20) stanowi obwód generacji sygnału przygotowawczego podczas trwania linearyzacyjnego przedziału czasowego (120) i linearyzacji wzmacniacza mocy (12) podczas trwania tego przedziału czasowego (120), niezależnie od rozkazu nadawania pozostałych sygnałów.
2. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że odbiornik (24) stanowi obwód odbioru rozkazu w pierwszym kanale, umożliwiający urządzeniu (5) nadawanie w drugim kanale, przy czym procesor (20) stanowi obwód generacji linearyzacyjnego sygnału przygotowawczego i linearyzacji wzmacniacza mocy (12) na początku nadawania w pierwszym wybranym przedziale czasowym drugiego kanału oraz wyłączania sygnału przygotowawczego przy nadawaniu przynajmniej wyznaczonej z góry liczby kolejnych przedziałów czasowych w tym kanale.
3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że procesor (20) stanowi następnie obwód dostrojenia odbiornika (24) do drugiego kanału, dla odbioru sygnałów w drugim kanale, w którym procesor (20) pomija pierwszą część pierwszego wybranego przedziału czasowego w drugim kanale.
4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że odbiornik (24) stanowi obwód odbioru rozkazu w pierwszym kanale i dostrojenia do drugiego kanału, dla odbioru sygnałów w drugim kanale, przy czym procesor (20) stanowi następnie obwód automatycznej generacji sygnału przygotowawczego w następnym dostępnym linearyzacyjnym przedziale czasowym (120) w drugim kanale i linearyzacji wzmacniacza mocy (12) podczas trwania tego przedziału czasowego (120).
5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zawiera co najmniej jeden obwód kontroli warunków pracy urządzenia (5), przy czym procesor (20) stanowi obwód ponownej generacji sygnału przygotowawczego podczas trwania linearyzacyjnego przedziału czasowego (120) i linearyzacji wzmacniacza mocy (12) podczas trwania tego przedziału czasowego (120) wyłącznie w odpowiedzi na rozkaz z co najmniej jednego obwodu kontroli warunków pracy urządzenia (5).
6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zawiera, dołączony do nadajnika i odbiornika (24), przełącznik antenowy (22) do selektywnej redukcji nadawania sygnałów radiowych podczas generacji linearyzacyjnego sygnału przygotowawczego.
7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że procesor (20) stanowi następnie obwód zezwalania na odbiór przez odbiornik (24) sygnałów w kanale radiowym podczas trwania wybranych, wykorzystywanych przedziałów czasowych oraz pomijania sygnałów w kanale radiowym podczas trwania wyznaczonych z góry przygotowawczych przedziałów czasowych.

* * *

173 528