專利名稱：用于碼分多址系統(tǒng)的時(shí)分雙工中繼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，特別是，涉及RF信號(hào)中繼器。
相關(guān)技術(shù)描述在無(wú)線電話通信系統(tǒng)中，許多用戶通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行通信，以連接有線電話系統(tǒng)。多址技術(shù)為有限頻譜中的大量用戶提供方便。在無(wú)線信道中的通信可以是多種多址技術(shù)中的一種。這些多址技術(shù)包括時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)。CDMA技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，而且在美國(guó)專利第4,901,307號(hào)中描述了CDMA系統(tǒng)范例。該專利在1990年2月13日批準(zhǔn)給K.Gilhousen等，發(fā)明名稱是“采用衛(wèi)星或地面中繼器的擴(kuò)展頻譜多址通信系統(tǒng)”，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，列入于此，以作參考。
在上述專利中，揭示一種多址技術(shù)，其中，各自備有收發(fā)機(jī)的大量移動(dòng)電話系統(tǒng)用戶采用CDMA擴(kuò)展頻譜通信信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星中繼器或地面基站進(jìn)行通信。采用CDMA通信時(shí)，可以多次重復(fù)使用頻譜，從而提高系統(tǒng)用戶容量。
在第’307號(hào)專利中所揭示的CDMA調(diào)制技術(shù)提供許多勝過(guò)在運(yùn)用衛(wèi)星或地面信道的通信系統(tǒng)中用到的窄帶調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。地面信道對(duì)任一通信系統(tǒng)都提出了特殊的問(wèn)題，特別是多路徑信號(hào)方面采用CDMA技術(shù)可以通過(guò)減輕多路徑的不利影響(例如，衰落)，同時(shí)還利用了它的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)克服地面信道的特殊問(wèn)題。
在CDMA蜂窩狀電話系統(tǒng)中，所有的基站內(nèi)都能用相同的頻帶進(jìn)行通信。在接收機(jī)處，可分隔的多條路徑(諸如，一條區(qū)站路徑和從建筑物反射的另一條路徑)能通過(guò)分集接收加以組合，以改進(jìn)調(diào)制解調(diào)器性能。CDMA波形性能提供區(qū)分占用相同頻帶的信號(hào)用的處理增益。假設(shè)路徑延遲差大于PN碼片(籌元)持續(xù)時(shí)間，則高速偽隨機(jī)噪聲(PN)調(diào)制可使相同信號(hào)的許多不同傳播路徑分開(kāi)。如果在CDMA系統(tǒng)中采用大約為1MHz的PN碼片速率，就能對(duì)延遲相差大于1微秒的路徑采用全擴(kuò)展頻譜處理增益(等于擴(kuò)展帶寬與系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率之比)。1微秒路徑延遲差與大約為300米的路徑距離差相對(duì)應(yīng)。城市環(huán)境一般提供超過(guò)1微秒的路徑延遲差。
信道的多路徑特性會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰落。這種衰落是多路徑信道的相位變化造成的。當(dāng)多路徑矢量破壞性相加時(shí)，會(huì)發(fā)生衰落，所得接收信號(hào)比各矢量都小。例如，如果通過(guò)第一條路徑的衰落因子為χdB、時(shí)間延遲為δ且相移為θ弧度，第二條路徑的衰落因子為χdB、時(shí)間延遲為δ但相移為θ+π弧度的多路徑信道傳送正弦波，則在信道的輸出端，不能接收到該信號(hào)。
在CDMA系統(tǒng)中，通過(guò)控制發(fā)射機(jī)功率，能進(jìn)一步把衰落的不利影響控制在一定范圍內(nèi)。美國(guó)專利第5,056,109號(hào)(發(fā)明名稱是“在CDMA蜂窩狀移動(dòng)電話系統(tǒng)中控制發(fā)射功率的方法和裝置”，在1991年10月8日被批準(zhǔn)，同樣被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中揭示基站和移動(dòng)單元功率控制系統(tǒng)。
在上述第’307號(hào)專利中所描述的CDMA蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)中，每個(gè)基站都覆蓋有限的地理區(qū)域，并通過(guò)蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)交換機(jī)把在它的覆蓋區(qū)內(nèi)的移動(dòng)單元鏈接到公用電話交換網(wǎng)(PSTN)上。當(dāng)移動(dòng)單元移到新基站的覆蓋區(qū)時(shí)，把用戶呼叫的路由轉(zhuǎn)移到新基站。把基站至移動(dòng)單元的信號(hào)傳輸路徑稱為正向鏈路，而把移動(dòng)單元至基站的信號(hào)傳輸路徑稱為反向鏈路。
如上所述，PN碼片間隔規(guī)定要組合的兩條路徑必須具有的最小間距。在可以解調(diào)不同路徑之前，必須首先確定在接收到的信號(hào)中路徑的相對(duì)到達(dá)時(shí)間(或者偏移)。信道單元調(diào)制解調(diào)器通過(guò)搜索一系列潛在路徑偏移并測(cè)量在每一潛在路徑偏移處接收到的能量，來(lái)執(zhí)行這種功能。如果某一潛在偏移的能量超過(guò)某一門限值，那么可把該偏移賦予該解調(diào)單元。進(jìn)行解調(diào)后出現(xiàn)在該路徑偏移的信號(hào)，可與其他解調(diào)單元在各自偏移處的解調(diào)結(jié)果相加。在共同待批美國(guó)專利申請(qǐng)第08/144,902號(hào)(發(fā)明名稱是“在能夠接收多個(gè)信號(hào)的系統(tǒng)中的解調(diào)單元分配”，在1993年10月28日申請(qǐng)，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中，描述基于搜索單元能量電平的解調(diào)單元分配方法和裝置。由于所有的路徑必須一起衰落組合信號(hào)才會(huì)顯著劣化，所以這種分集接收機(jī)(或稱搜索接收機(jī))提供健全的數(shù)字鏈路。
在蜂窩狀或個(gè)人通信電話系統(tǒng)中，極為重要的是在能處理的同時(shí)電話呼叫數(shù)方面，使系統(tǒng)的容量最大。如果控制每個(gè)移動(dòng)單元的發(fā)射功率，從而到達(dá)基站接收機(jī)的每個(gè)發(fā)射信號(hào)都處于相同電平，擴(kuò)頻系統(tǒng)的容量就能最大。在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)移動(dòng)單元會(huì)發(fā)射產(chǎn)生數(shù)據(jù)復(fù)原所容許信-噪比的最小信號(hào)電平。如果由移動(dòng)單元發(fā)射的信號(hào)以非常低的功率電平到達(dá)基站接收機(jī)，那么來(lái)自其它移動(dòng)單元的干擾會(huì)使誤碼率太高以至于不能進(jìn)行高質(zhì)量的通信。另一方面，當(dāng)基站接收到來(lái)自從移動(dòng)單元發(fā)射的信號(hào)時(shí)，如果該信號(hào)的功率電平太高，那么與該移動(dòng)單元可以進(jìn)行通信，但是這個(gè)高功率信號(hào)卻干擾其它移動(dòng)單元。這種干擾又反過(guò)來(lái)影響與其它移動(dòng)單元的通信。
因此，為了在典范CDMA擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中使容量最大，在與基站通信的過(guò)程中，由基站控制每個(gè)移動(dòng)單元的發(fā)射功率，以在基站處產(chǎn)生相同的標(biāo)稱接受信號(hào)功率。在理想的情況下，在基站接收到的全部信號(hào)功率等于從每個(gè)移動(dòng)單元接收到的標(biāo)稱功率與在基站覆蓋區(qū)內(nèi)發(fā)射的移動(dòng)單元數(shù)量的相乘，再加上在基站處接收到的來(lái)自位于鄰近基站覆蓋區(qū)內(nèi)的移動(dòng)單元的功率所得到的和。
由兩個(gè)獨(dú)立現(xiàn)象表明了無(wú)線電信道中的路徑損耗的特性平均路徑損耗和衰落。正向鏈路(從基站到移動(dòng)單元)以與反向鏈路(從移動(dòng)單元到基站)不同的頻率進(jìn)行工作。然而，由于正向鏈路和反向鏈路的頻率在相同的頻帶中，所以兩個(gè)鏈路的平均路徑損耗之間存在明顯的相關(guān)性。另一方面，對(duì)于正向鏈路和反向鏈路，衰落是一種獨(dú)立現(xiàn)象，并隨著時(shí)間變化而變化。然而，正向鏈路和反向鏈路，由于頻率在相同的頻帶內(nèi)，所以在信道上的衰落特性是相同的。因此，兩個(gè)鏈路在時(shí)間上的平均衰落一般是相同的。
在典范CDMA系統(tǒng)中，每個(gè)移動(dòng)單元根據(jù)移動(dòng)單元的輸入端的總功率，估算正向鏈路的路徑損耗?？偣β适且苿?dòng)單元察覺(jué)時(shí)來(lái)自所有相同頻率賦值下進(jìn)行工作的基站的功率總和。
由一個(gè)或多個(gè)基站控制移動(dòng)單元發(fā)射功率。與移動(dòng)單元進(jìn)行通信的每個(gè)基站都測(cè)量從移動(dòng)單元接收到的信號(hào)強(qiáng)度。在基站，對(duì)特定移動(dòng)單元比較所測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度與所需的信號(hào)強(qiáng)度。每個(gè)基站都產(chǎn)生功率調(diào)節(jié)命令，并在正向鏈路上傳送給移動(dòng)單元。響應(yīng)于基站功率調(diào)節(jié)命令，移動(dòng)單元使其發(fā)射功率增加或減小一個(gè)預(yù)定量。
對(duì)于移動(dòng)單元從一個(gè)基站轉(zhuǎn)接到另一個(gè)基站(稱為“切換”)，存在許多種方法。一種方法是稱為“軟”切換，其中從原基站到后一個(gè)基站的最后切換不會(huì)中斷移動(dòng)單元和終端用戶之間的通信。由于在終止與原基站之間的通信之前已建立與后一個(gè)基站之間的通信，所以認(rèn)為這種方法是軟切換。當(dāng)移動(dòng)單元與兩個(gè)基站進(jìn)行通信時(shí)，由蜂窩網(wǎng)或個(gè)人通信系統(tǒng)控制器根據(jù)來(lái)自每個(gè)基站的信號(hào)，只產(chǎn)生一個(gè)終端用戶用的信號(hào)。美國(guó)專利第5,267,261號(hào)(列入于此，以作參考，而且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)揭示一種在切換過(guò)程中通過(guò)多于一個(gè)的基站提供與移動(dòng)單元進(jìn)行通信的方法和裝置(即，提供軟切換)。
當(dāng)移動(dòng)單元與多于一個(gè)的基站進(jìn)行通信時(shí)，從每個(gè)基站發(fā)出功率調(diào)節(jié)命令。移動(dòng)單元按照這多個(gè)基站功率調(diào)節(jié)命令進(jìn)行工作，以避免發(fā)射功率電平不利地干擾其它移動(dòng)單元通信，而且提供足夠的功率以支持從移動(dòng)單元到至少一個(gè)基站的通信。通過(guò)只有當(dāng)與移動(dòng)單元進(jìn)行通信的每個(gè)基站要求增加功率電平時(shí)才使移動(dòng)單元增加它的發(fā)射信號(hào)電平，來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功率控制機(jī)理。如果與移動(dòng)單元進(jìn)行通信的任何一個(gè)基站要求減小功率，移動(dòng)單元就減小它的發(fā)射信號(hào)電平。在上述美國(guó)專利第5,056,109號(hào)中揭示基站和移動(dòng)單元功率控制系統(tǒng)。在美國(guó)專利第5,265,199號(hào)(發(fā)明名稱是“用于在CDMA蜂窩狀移動(dòng)電話系統(tǒng)中控制發(fā)射功率的方法及裝置”，在1993年11月23日被批準(zhǔn)，并被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中詳細(xì)描述基站和移動(dòng)單元功率控制系統(tǒng)。
在移動(dòng)單元對(duì)基站進(jìn)行分集接收是軟切換處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。當(dāng)移動(dòng)單元與每個(gè)基站聯(lián)系，從而可進(jìn)行通信時(shí)，上述功率控制進(jìn)行最佳操作。這樣，移動(dòng)單元避免基站接收該移動(dòng)單元電平過(guò)高的信號(hào)，但因?yàn)樵谒鼈冎g沒(méi)有建立通信，不能把功率調(diào)節(jié)命令傳遞該移動(dòng)單元，從而不利地干擾通信。
也希望根據(jù)每個(gè)移動(dòng)單元發(fā)出的控制信息，控制基站發(fā)送每一數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)用的相對(duì)功率。提供這種控制的主要原因是為了適應(yīng)某些位置正向信道鏈路可能非常不利的情況。除非增加發(fā)射到不利的遠(yuǎn)端單元的功率，否則信號(hào)質(zhì)量會(huì)變得不可接受。這樣位置的一個(gè)例子是，在該位置處，一個(gè)或兩個(gè)鄰近基站的路徑損耗與和遠(yuǎn)端單元進(jìn)行通信的基站的路徑損耗是一樣的。在這種位置上，使總干擾增加到遠(yuǎn)端單元在離它的基站相對(duì)較近的位置上所觀測(cè)的干擾的三倍。此外，與來(lái)自工作基站的干擾的情況不同的是，來(lái)自鄰近基站的干擾不會(huì)與來(lái)自工作基站的信號(hào)一起衰落。在這種情況下的遠(yuǎn)端單元會(huì)要求來(lái)自工作基站的信號(hào)功率增加3至4dB，以獲得足以勝任的工作性能。
在其它時(shí)候，遠(yuǎn)端單元可能處于信擾比非常好的位置。在這種情況下，基站可以運(yùn)用低于正常的發(fā)射機(jī)功率發(fā)射所需的信號(hào)，減小對(duì)系統(tǒng)發(fā)射的其它信號(hào)的干擾。
為了達(dá)到上述目的，可在移動(dòng)單元接收機(jī)內(nèi)測(cè)量提供信擾測(cè)的性能。通過(guò)把所需信號(hào)的功率與總干擾和噪聲功率相比較，進(jìn)行這種測(cè)量。如果所測(cè)比值小于預(yù)定值，那么移動(dòng)單元把增加正向鏈路信號(hào)功率的要求發(fā)送到基站。如果該比值超過(guò)預(yù)定值，那么移動(dòng)單元發(fā)出減小功率的要求。遠(yuǎn)端單元接收機(jī)能監(jiān)測(cè)信擾比的一種方法是，監(jiān)測(cè)所得信號(hào)的幀差錯(cuò)率(FER)。
基站接收來(lái)自每個(gè)移動(dòng)單元的功率調(diào)節(jié)要求，并通過(guò)以預(yù)定值來(lái)調(diào)節(jié)分配給相應(yīng)正向鏈路信號(hào)的功率作為答復(fù)。調(diào)節(jié)通常很小，一般為0.5dB至1.0dB左右，或者大約為12％。功率變化率可以低于反向鏈路所用的功率變化率，可能每秒變化一次。在較佳實(shí)施例中，一般把調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)范圍限制為諸如從低于額定發(fā)射功率4dB到高于額定發(fā)射功率約6dB。
所有蜂窩狀無(wú)線電話系統(tǒng)的工作都借助于在一地理區(qū)域遍設(shè)基站，從而每個(gè)基站的工作為位于基站的有限地理覆蓋區(qū)內(nèi)的移動(dòng)單元提供通信。對(duì)CDMA系統(tǒng)的初期部署來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在CDMA系統(tǒng)必須在由AMPS或TDMA系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)工作，而且該區(qū)域內(nèi)兩種系統(tǒng)疊置。AMPS和TDMA基站位置和相應(yīng)的覆蓋區(qū)可以是分開(kāi)的，而且與CDMA基站位置以及覆蓋區(qū)不同。同樣，在特定的技術(shù)系統(tǒng)(AMPS、CDMA或TDMA)中，在給定的區(qū)域內(nèi)一般有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性的業(yè)務(wù)提供者，通常稱之為A和B通信公司。這些業(yè)務(wù)提供者一般選擇與它們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象不同的基站位置。在上述各種情況下，采用第一種載頻或技術(shù)進(jìn)行通信的移動(dòng)單元可能遠(yuǎn)離正與其通信的基站，同時(shí)又靠近不與其通信的另一基站。這時(shí)，所需的接收信號(hào)十分微弱，在出現(xiàn)強(qiáng)勁的多信號(hào)音干擾的情況下，會(huì)給移動(dòng)單元帶來(lái)問(wèn)題。
移動(dòng)單元所遇到的來(lái)自窄帶AMPS或TDMA信號(hào)的多信號(hào)音干擾會(huì)在移動(dòng)單元內(nèi)形成失真。如果失真產(chǎn)物產(chǎn)生落在移動(dòng)單元所用CDMA頻帶內(nèi)的雜散信號(hào)，就會(huì)降低接收機(jī)和解調(diào)器的性能。
當(dāng)在接收機(jī)中注入兩種信號(hào)音時(shí)，發(fā)生三階失真產(chǎn)物。例如，如果把在頻率為f1、功率電平為P1下的一個(gè)信號(hào)音，和在頻率為f2下的第二個(gè)信號(hào)音注入接收機(jī)，那么分別在頻率為2xf1-f2和2xf2-f1、功率電平為P12和P21下產(chǎn)生三階失真產(chǎn)物。例如，在蜂窩網(wǎng)頻帶內(nèi)，假設(shè)指定在從880兆赫(MHz)到881.25MHz的頻率下，進(jìn)行CDMA操作。還假設(shè)操作AMP系統(tǒng)以提供在881.5MHz下的FM信號(hào)，和在882MHz下的第二個(gè)FM信號(hào)。注意，在2x881.5-882＝881MHz頻率下，發(fā)生雜散三階產(chǎn)物，該頻率直接落在CDMA頻帶范圍內(nèi)。
所產(chǎn)生的雜散三階產(chǎn)物的功率電平依賴于產(chǎn)生該產(chǎn)物的兩個(gè)信號(hào)的功率電平和移動(dòng)單元的互調(diào)性能。由失真三階產(chǎn)物所產(chǎn)生的失真量依賴于總CDMA功率與總失真三階產(chǎn)物功率之比。顯然，有兩種限制三階產(chǎn)物所產(chǎn)生的失真的方法限制由移動(dòng)單元所產(chǎn)生的失真第三階產(chǎn)物，或者增加與所產(chǎn)生三階產(chǎn)物有關(guān)的CDMA信號(hào)電平。提高移動(dòng)單元的互調(diào)性能會(huì)增加移動(dòng)單元的價(jià)格和功率損耗，當(dāng)然，這是人們所不希望的。一種更有效的解決方法是，增加接近冒犯基站時(shí)的CDMA信號(hào)電平。
增加給定地理區(qū)域內(nèi)的信號(hào)電平而無(wú)需提供附加信號(hào)產(chǎn)生裝置的一種方法是提供中繼器。中繼器是一種裝置，它接收單向或雙向通信信號(hào)并傳送放大、整形或者二者兼而有之的相應(yīng)信號(hào)。中繼器用于將物理媒體的長(zhǎng)度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，或者互連性擴(kuò)展到超過(guò)單段所施加的范圍。中繼器一般接收由第一個(gè)遠(yuǎn)端通信單元產(chǎn)生的信號(hào)，并把該信號(hào)重發(fā)送到第二個(gè)遠(yuǎn)端通信單元，在那里處理信號(hào)。
中繼器的一個(gè)主要問(wèn)題在于，它們往往穩(wěn)定。如果中繼器向中繼信號(hào)提供較大的增益，那么它會(huì)不穩(wěn)定。如果發(fā)射信號(hào)反饋到中繼器的接收部分，那么中繼器會(huì)振蕩。如果中繼器振蕩，它就停止提供中繼信號(hào)，而且提供雜散信號(hào)，實(shí)際上損壞了系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明是提供在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中使用的可靠的中繼器用的方法及裝置。本發(fā)明可以向經(jīng)中繼信號(hào)提供高增益，而沒(méi)有振蕩的危險(xiǎn)。
本發(fā)明是在CDMA系統(tǒng)中用到的時(shí)分雙工(TDD)中繼器。在CDMA系統(tǒng)中，用高速偽隨機(jī)噪聲(PN)碼來(lái)調(diào)制具有第一碼元速率的信息碼元。在CDMA接收機(jī)處，運(yùn)用與基站用來(lái)調(diào)制信息信號(hào)相同的高速PN碼解調(diào)入局信號(hào)。解調(diào)過(guò)程包括把入局信號(hào)與高速PN碼中的PN碼片序列逐一碼片相乘。每個(gè)碼元在碼元周期內(nèi)積累能量。
本發(fā)明的中繼器向RF信號(hào)提供高增益，而不振蕩。中繼器通過(guò)使開(kāi)關(guān)、延遲器件(諸如，聲駐波(SAW)濾波器)和一系列放大器級(jí)聯(lián)來(lái)進(jìn)行操作。開(kāi)關(guān)以高于碼元速率的速率進(jìn)行通斷切換。延遲器件提供大約等于一半切換周期的延遲。延遲器件作為模擬存儲(chǔ)器件以存儲(chǔ)后面要發(fā)射的信號(hào)。放大器放大來(lái)自延遲器件的經(jīng)延遲的信號(hào)輸出。當(dāng)中繼器發(fā)射經(jīng)延遲的信號(hào)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，不接收信號(hào)，從而在發(fā)射和接收天線之間無(wú)需提供大量隔離。于是，中繼器通過(guò)周期性地交替發(fā)射和接收，以時(shí)分雙工方式工作。
在接收機(jī)處，以通常方式解調(diào)中繼器的切換信號(hào)。與在相同信號(hào)功率下作為連續(xù)信號(hào)接收的信號(hào)的信噪聲比相比較，信噪比減小了將近3dB。但是，以遠(yuǎn)高于不用中繼器時(shí)的電平接收信號(hào)。
注意，無(wú)需使在中繼器處的切換與PN碼或碼元邊界同步。如果需要級(jí)聯(lián)一系列這種中繼器，那么可以級(jí)聯(lián)這些中繼器，不必使切換同步。級(jí)聯(lián)兩個(gè)中繼器時(shí)，第二個(gè)中繼器僅需以高于或低于第一個(gè)開(kāi)關(guān)的速率進(jìn)行切換。于是，如果第一個(gè)TDD中繼器以碼元速率的20倍進(jìn)行操作，那么第二個(gè)TDD中繼器可以碼元速率的10倍進(jìn)行操作。


圖1示出示例蜂窩狀覆蓋區(qū)結(jié)構(gòu)；圖2示出包括根據(jù)另一種技術(shù)進(jìn)行操作的基站的示例蜂窩狀覆蓋區(qū)結(jié)構(gòu)；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的TDD中繼器的方框圖；圖4是示出包括增益平衡電路的雙向TDD中繼器的方框圖；圖5是示出TDD工作的時(shí)序圖；圖6示出級(jí)聯(lián)中繼器結(jié)構(gòu)。
較佳實(shí)施例的描述圖1示出示例基站覆蓋區(qū)結(jié)構(gòu)的一個(gè)范例。在這種示例結(jié)構(gòu)中，六角形的基站覆蓋區(qū)以對(duì)稱鋪蓋排列相互鄰接。每個(gè)移動(dòng)單元位于一個(gè)基站的覆蓋區(qū)內(nèi)。例如，移動(dòng)單元10位于基站20的覆蓋區(qū)內(nèi)。在碼分多址(CDMA)蜂窩網(wǎng)、無(wú)線本回路或個(gè)人通信電話系統(tǒng)中，采用共用頻帶與系統(tǒng)中的所有基站通信，允許一個(gè)移動(dòng)單元與一個(gè)以上基站同時(shí)進(jìn)行通信。移動(dòng)單元10的位置非?？拷?0，因此接收到的基站20的信號(hào)最強(qiáng)，而周圍基站的信號(hào)相對(duì)較弱。然而，移動(dòng)單元30位于基站40的覆蓋區(qū)內(nèi)，但是接近基站100和110的覆蓋區(qū)。移動(dòng)單元30接收到的基站40的信號(hào)相對(duì)較弱，而且從基站100和110接收到的信號(hào)具有相同的大小。如果每個(gè)基站40、100和110能夠進(jìn)行CDMA工作，那么移動(dòng)單元30則處在與基站40、100和110的軟切換中。
在討論中，為了說(shuō)明起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)“移動(dòng)單元”一般是指遠(yuǎn)端用戶站。然而，要注意移動(dòng)單元可能位置固定。移動(dòng)單元可以是多個(gè)使用者的集中用戶系統(tǒng)的一部分?？梢杂靡苿?dòng)單元載送話音、數(shù)據(jù)或者不同類型信號(hào)的組合。術(shù)語(yǔ)“移動(dòng)單元”是技術(shù)用語(yǔ)，并不意味著限制該單元的范圍或功能。
圖1和2所示的示例集中覆蓋區(qū)結(jié)構(gòu)是高度理想化的。在實(shí)際蜂窩網(wǎng)或者個(gè)人通信環(huán)境中，基站覆蓋區(qū)的大小及形狀可以改變。基站覆蓋區(qū)往往重疊，同時(shí)覆蓋區(qū)邊界規(guī)定的覆蓋區(qū)形狀與理想六邊形不同。此外，還可把基站分成扇區(qū)(諸如，分成在現(xiàn)有技術(shù)中已知的三個(gè)扇區(qū))。
圖1中的基站60代表一個(gè)理想化的三扇區(qū)基站。基站60有三個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)覆蓋基站覆蓋區(qū)中的120度以上。扇區(qū)50具有實(shí)線55所表示的覆蓋區(qū)，它與扇區(qū)70的覆蓋區(qū)相重疊，扇區(qū)70具有粗虛線75所表示的覆蓋區(qū)。扇區(qū)50也與扇區(qū)80重疊，扇區(qū)80具有細(xì)虛線85所表示的覆蓋區(qū)。例如，由X表示的位置位于扇區(qū)50和扇區(qū)70的兩個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi)。
通常，為了降低來(lái)自和對(duì)于位于基站覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)單元的總干擾功率，同時(shí)增大能夠與基站通信的移動(dòng)單元的數(shù)目，對(duì)基站劃分扇區(qū)。例如，扇區(qū)80不會(huì)向位置90處的移動(dòng)單元發(fā)射信號(hào)，因此，扇區(qū)80中沒(méi)有移動(dòng)單元明顯地受位置90處的移動(dòng)單元與基站60的通信的干擾。對(duì)于位于位置90處的移動(dòng)單元，總的干擾來(lái)自扇區(qū)50和70，以及基站20和120。位置90處的移動(dòng)單元可以同時(shí)處在對(duì)基站20和120以及扇區(qū)50和70的軟切換中。
雖然，本發(fā)明考慮到許多用戶，但是圖2示出本發(fā)明具有顯著優(yōu)點(diǎn)的一種情況。此外，圖2中，假設(shè)基站40、100和110提供采用CDMA信號(hào)的通信信號(hào)。又假設(shè)第二個(gè)通信公司在相同地理區(qū)域內(nèi)運(yùn)營(yíng)AMPS基站，例如，如圖2所示的具有實(shí)際上不規(guī)則覆蓋區(qū)的基站115。注意，在移動(dòng)單元30工作必須遵循的信號(hào)條件。如上所述，移動(dòng)單元30接收來(lái)自基站40的相對(duì)較弱信號(hào)，而且接收來(lái)自基站100和110的大小相同的信號(hào)。移動(dòng)單元30十分接近基站115，因而接收大量干擾能量。基站40、100和110用在第一頻帶中的CDMA信號(hào)來(lái)提供通信信號(hào)，而AMPS基站115提供在鄰近頻帶中的信號(hào)。
在這類實(shí)際情況下，移動(dòng)單元30可以接收為-80dB左右的總CDMA能量電平，同時(shí)接收來(lái)自基站115的20個(gè)不同的AMP信號(hào)，每個(gè)信號(hào)具有-20dBm功率，因而總干擾功率為-7dBm。-80dBm的CDMA信號(hào)功率和-7dBm的總AMP信號(hào)能量之間的差是73dBm或大約20×106的比率。即使AMP信號(hào)對(duì)CDMA信號(hào)有頻率偏移，為了AMP信號(hào)不引起對(duì)于CDMA操作的干擾，也需要大量隔離。
在這種情況下，最具有破壞性的影響是移動(dòng)單元的互調(diào)性能的影響。一般，AMPS信號(hào)是窄帶FM信號(hào)，它們?cè)诮咏贑DMA工作頻帶的頻帶中間隔210kHz。在示范實(shí)施例中，以1.25MHz的PN碼片速率擴(kuò)展CDMA信號(hào)，從而具有1.25MHz帶寬的信號(hào)。因此，在這種情況下，在移動(dòng)單元內(nèi)產(chǎn)生的一些互調(diào)產(chǎn)物很有可能落在CDMA頻帶內(nèi)，與CDMA信號(hào)的能量電平相比它具有顯著的信號(hào)電平。
建立移動(dòng)單元而不在這些高信號(hào)電平下產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物是不現(xiàn)實(shí)的。一般，不需要這樣高的抗互調(diào)性能。例如，如果基站40、100和110提供AMPS通信能力，那么當(dāng)移動(dòng)單元移向或離開(kāi)基站時(shí)，CDMA信號(hào)電平就以與AMPS信號(hào)電平相同的方式增加或減小，因而任何互調(diào)產(chǎn)物與CDMA信號(hào)電平之比都不會(huì)是很顯著的。因此，僅在如圖2中的移動(dòng)單元30和基站115所示的情況下，需要高抗互調(diào)性能。為了提高移動(dòng)單元的互調(diào)性能，要求移動(dòng)單元在沒(méi)有對(duì)非所需信號(hào)進(jìn)行濾波的接收鏈的第一放大級(jí)中有較大RF信號(hào)電平的情況下提供高度線性。然而，可以全部時(shí)間只在這些放大級(jí)中提供線性以補(bǔ)償如圖2所示的相對(duì)較稀少的情況，但這是以較高功率損耗為代價(jià)的，會(huì)負(fù)面影響電話機(jī)中電池的壽命。
于是，希望找到一種減緩圖2中所產(chǎn)生的劣化情況，而不明顯地改變移動(dòng)單元性能的方法。改善圖2中的情況的一種方法是，在接近基站115的區(qū)域內(nèi)，增加CDMA信號(hào)的信號(hào)電平。在大多數(shù)情況下，運(yùn)營(yíng)CDMA系統(tǒng)的通信公司不會(huì)訪問(wèn)AMPS通信公司的基站115，這會(huì)使把附加CDMA工作基站與基站115設(shè)置的一起變得很困難。
在區(qū)域中增加信號(hào)電平而無(wú)需添加完全新的基站的一種方法是，運(yùn)用信號(hào)中繼器。信號(hào)中繼器用于擴(kuò)展覆蓋區(qū)，或修正拓樸結(jié)構(gòu)，使之大于單根天線所及的范圍。中繼器進(jìn)行基本信號(hào)處理，諸如，恢復(fù)信號(hào)幅度、波形或定時(shí)。在這種情況下，最基本的中繼器實(shí)施例只是接收、放大并重發(fā)射信號(hào)。一般把中繼器設(shè)置在需要增加覆蓋區(qū)的區(qū)域附近。例如，可以把中繼器設(shè)置在基站115附近的建筑物上。中繼器一般用于覆蓋孔(諸如，大建筑物的‘陰影’或高速公路隧道)。很明顯，中繼器的所需特性是，它能易于安裝并只需要連接電源就工作。提供有效增益的中繼器的一個(gè)設(shè)計(jì)難題是阻止發(fā)射信號(hào)正反饋到中繼器的接收輸入端。如果發(fā)射信號(hào)反饋到中繼器的接收輸入端，中繼器就會(huì)振蕩。因此，必須仔細(xì)設(shè)計(jì)典型的中繼器以在發(fā)射和接收端之間提供有效隔離。如本發(fā)明的較佳實(shí)施例那樣，如果天線把信號(hào)作為RF信號(hào)發(fā)射并接收，那么隔離度隨著發(fā)射和接收天線的布置而變化很大。本發(fā)明避免中繼器振蕩的問(wèn)題，并緩解小心安裝接收和發(fā)射天線的要求。
本發(fā)明的時(shí)分雙工(TDD)中繼器通過(guò)接收信號(hào)、延遲并存儲(chǔ)信號(hào)以及重發(fā)射信號(hào)，來(lái)利用在CDMA系統(tǒng)中用到的偽隨機(jī)噪聲(PN)調(diào)制?；コ獾剡M(jìn)行發(fā)射和接收步驟，從而中繼器不在發(fā)射期間接收信號(hào)。
本發(fā)明的示例實(shí)施例中，在發(fā)射站(即，基站或移動(dòng)單元)以每秒9.6千比特(kbps)數(shù)據(jù)流，產(chǎn)生CDMA信號(hào)。首先，以1/2率卷積編碼數(shù)據(jù)位，以產(chǎn)生19.2千碼元/秒(ksps)數(shù)據(jù)流。對(duì)此19.2ksps數(shù)據(jù)進(jìn)行均交織，并用同樣以19.2ksps運(yùn)行的長(zhǎng)PN碼掩蔽進(jìn)行加擾。用具有1.2288兆碼片/秒(Mcps)速率的Walsh函數(shù)進(jìn)一步調(diào)制所得的19.2ksps加擾數(shù)據(jù)流。由一對(duì)I和Q1.2288Mcps PN導(dǎo)頻序列正交調(diào)制1.2288Mcps Walsh調(diào)制序列，以進(jìn)行發(fā)射。
在CDMA接收機(jī)處，運(yùn)用相同的I和Q1.2288Mcps PN導(dǎo)頻序列對(duì)和用于在發(fā)射機(jī)處調(diào)制信息信號(hào)的相同的Walsh序列，來(lái)解調(diào)入局信號(hào)。調(diào)制過(guò)程包括把入局信號(hào)與相同的I和Q1.2288Mcps PN導(dǎo)頻序列對(duì)以及相同的Walsh序列逐一碼片相乘。然后，運(yùn)用相同的長(zhǎng)PN碼掩蔽來(lái)解擾去擴(kuò)展數(shù)據(jù)流。在碼元周期，累積碼片能量以產(chǎn)生總碼元能量。
本發(fā)明利用在碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)的能量積累。注意，在碼元的全部持續(xù)時(shí)間內(nèi)積累能量。如果信號(hào)只在一部分碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)衰落，那么在衰落期間只積累了很少的能量，但是在剩余的碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)可以積累大量的能量以提供可靠解碼。本發(fā)明利用實(shí)際上積累過(guò)程不要求信號(hào)連續(xù)出現(xiàn)，以提供可用的積累結(jié)果。
在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，碼元速率是19.2ksps，它等價(jià)于大約為52微秒(μsec)的碼元持續(xù)時(shí)間。因此，在較佳實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)切換速率比碼元速率快10倍左右。如下所示，希望相應(yīng)延遲是開(kāi)關(guān)切換速率的一半。例如，較佳實(shí)施例可以具有3μsec開(kāi)關(guān)切換速率和1.5μsec延遲。選擇開(kāi)關(guān)切換速率的主要因素是碼元速率。開(kāi)關(guān)切換速率需要比碼元速率塊，以免由于開(kāi)關(guān)切換過(guò)程而失去全部碼元。然而，一些其它因素也影響開(kāi)關(guān)切換速率的選擇。
選擇開(kāi)關(guān)切換速率的另一個(gè)因素是開(kāi)關(guān)切換速率越塊，在切換后的CDMA波形中所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物越高。CDMA波形頻譜類似帶限白噪聲。當(dāng)斷續(xù)進(jìn)行CDMA波形調(diào)制時(shí)，在鄰近頻帶中產(chǎn)生邊帶。換句話說(shuō)，開(kāi)關(guān)切換速率越塊，所產(chǎn)生的邊帶能量電平越高。
另一種考慮是可獲得可實(shí)現(xiàn)的延遲值。在蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信頻率下，SAW濾波器可以提供約幾百毫微秒至幾十微秒的RF延遲。由于SAW濾波器提供延遲這一事實(shí)，使得SAW濾波器在這類應(yīng)用中十分突出，其中平坦的群延遲意味著用幾乎相同的時(shí)間來(lái)延遲通過(guò)SAW的所有頻率。同樣，在較佳實(shí)施例中可將SAW器件的濾波效應(yīng)用于濾出不需要由中繼器放大的頻率(諸如，與AMPS發(fā)送相對(duì)應(yīng)的頻率)。
可以用許多不同的方法來(lái)延遲信號(hào)。例如，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換、由數(shù)字延遲單元延遲信號(hào)后，進(jìn)行數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換。在這種情況下，數(shù)字延遲器件中的延遲量可以隨著時(shí)間改變，因而TDC操作無(wú)需周期性開(kāi)關(guān)切換機(jī)構(gòu)，效率最高?？梢哉{(diào)節(jié)延遲以與當(dāng)前的開(kāi)關(guān)切換周期相匹配。
圖3示出本發(fā)明的簡(jiǎn)單方框圖。天線150接收RF信號(hào)。開(kāi)關(guān)152閉合時(shí)使信號(hào)通過(guò)，而斷開(kāi)時(shí)阻止信號(hào)通過(guò)。放大器154放大開(kāi)關(guān)切換后的信號(hào)。一般，SAW濾波器大量衰落通過(guò)它的信號(hào)。開(kāi)關(guān)切換操作本身減小所得信號(hào)的信噪比。然而，重要的是，限制由中繼器引起的劣化程度。通過(guò)在SAW濾波器之前插入一定量的放大，使信號(hào)電平提高到遠(yuǎn)大于噪聲基數(shù)，可以使信噪比的衰落損耗減至最小。在一些情況下，甚至在開(kāi)關(guān)152之前加入延遲也是有利的。延遲器件156提供等于開(kāi)關(guān)152的切換周期一半左右的延遲。如上所述，延遲器件進(jìn)行操作，以存儲(chǔ)接收到的信號(hào)，供以后發(fā)送之用。放大器158放大延遲器件156輸出的已延遲、切換的信號(hào)，以便由天線160發(fā)射。
圖5示出TDD中繼器的操作時(shí)間。時(shí)間線200示出TDD中繼器的狀態(tài)(或者發(fā)送，或者接收)。理論上說(shuō)，TDD中繼器的操作可以精確到負(fù)載周期比為50％，如時(shí)間線200所示。為了實(shí)踐(包括延遲器件精確時(shí)延的變化)，發(fā)射時(shí)間與總時(shí)間之比的負(fù)載周期比可以略小于50％。時(shí)間線202示出接收到的信號(hào)，把它們分成時(shí)間段，每個(gè)時(shí)段具有與由延遲器件導(dǎo)致的延遲相等的時(shí)間長(zhǎng)度。用數(shù)字標(biāo)注時(shí)段，而且時(shí)間線204示出延遲器件的相應(yīng)輸出。注意，只在接收過(guò)程中閉合把延遲器件耦連到天線上的開(kāi)關(guān)。因此，只有那些標(biāo)有奇數(shù)的時(shí)段才真正含有數(shù)據(jù)信號(hào)。同樣，要注意在延遲器件的輸出端，只把那些標(biāo)有奇數(shù)的時(shí)段與時(shí)間線200上表示的發(fā)射對(duì)準(zhǔn)。這樣，TDD中繼器只發(fā)射與奇數(shù)相對(duì)應(yīng)的那些時(shí)段。由于中繼器的TDD本質(zhì)，使得與偶數(shù)時(shí)段相對(duì)應(yīng)的信號(hào)能量丟失。
在這里詳細(xì)描述的示范實(shí)施例中，用TDD中繼器來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)以供移動(dòng)通信環(huán)境使用。在移動(dòng)通信環(huán)境中，基站和移動(dòng)單元之間的通信是雙向的。上述示例CDMA系統(tǒng)中，每個(gè)移動(dòng)單元根據(jù)移動(dòng)單元輸入端處的總功率，估計(jì)正向鏈路的路徑損耗。根據(jù)平均正向鏈路路徑損耗的估計(jì)結(jié)果，移動(dòng)單元設(shè)置反向鏈路信號(hào)的發(fā)射電平。這樣，由移動(dòng)單元發(fā)射的功率與由移動(dòng)單元接收到的功率成正比。因此，如果在這類蜂窩狀系統(tǒng)中使用中繼器，必須進(jìn)行雙向操作，同時(shí)平衡增益。這就是說(shuō)，中繼器必須轉(zhuǎn)發(fā)正向鏈路信號(hào)和反向鏈路信號(hào)，而且中繼器插入正向鏈路包括開(kāi)關(guān)切換效應(yīng)的增益，也必須插入反向鏈路，以免功率機(jī)制結(jié)構(gòu)不平衡。
圖4示出具有雙向操作的中繼器。在圖4中，通過(guò)天線150接收正向鏈路頻率并由天線160發(fā)射所述頻率。從移動(dòng)單元到基站的反向鏈路信號(hào)由天線170接收，并經(jīng)開(kāi)關(guān)172切換，延遲器件176延遲，放大器162和178放大后，由天線180發(fā)射。注意，如果運(yùn)用SAW濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲器件，那么應(yīng)將它調(diào)節(jié)到反向鏈路頻帶，而應(yīng)將延遲器件156調(diào)節(jié)到正向鏈路頻帶。只要在中繼器有足夠的頻率隔離，使得一個(gè)方向的發(fā)射不會(huì)在與其相反方向上進(jìn)行接收期間，就無(wú)需使中繼器的正向鏈路和反向鏈路兩個(gè)部分同步進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換，甚至兩個(gè)方向無(wú)需使用相同的開(kāi)關(guān)切換頻率。
如上所述，為了使功率控制最佳操作，必須使中繼器平衡，以在正向鏈路和反向鏈路上產(chǎn)生相同的增益。一般把中繼器設(shè)置在室外環(huán)境中，經(jīng)受諸如溫度等各種環(huán)境變化會(huì)引起本來(lái)處于平衡的中繼器變得不平衡。因此，中繼器內(nèi)包含就正向鏈路增益自動(dòng)調(diào)節(jié)反向鏈路相對(duì)增益的機(jī)構(gòu)。這樣有好處。
在示例CDMA系統(tǒng)中正常操作期間，除了當(dāng)移動(dòng)單元在它所察覺(jué)的接收功率的基礎(chǔ)上建立發(fā)射功率時(shí)，由移動(dòng)單元進(jìn)行“開(kāi)環(huán)”功率控制之外，還在閉環(huán)操作中，由一個(gè)或多個(gè)基站控制每一移動(dòng)單元的發(fā)射功率。與移動(dòng)單元進(jìn)行通信的每個(gè)基站測(cè)量從移動(dòng)單元接收到的信號(hào)強(qiáng)度。在該基站處，對(duì)該移動(dòng)單元比較所測(cè)信號(hào)強(qiáng)度與所需信號(hào)強(qiáng)度電平。由每個(gè)基站生成功率調(diào)節(jié)命令，并在正向鏈路上傳送給移動(dòng)單元。響應(yīng)于基站功率調(diào)節(jié)命令，移動(dòng)單元綜合這些功率調(diào)節(jié)命令，以產(chǎn)生一般稱之為發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)的增益控制信號(hào)。根據(jù)發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)的值，移動(dòng)單元使它的發(fā)射功率增加或減小一預(yù)定量。注意，發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)表示移動(dòng)單元所處地點(diǎn)的正向鏈路信號(hào)和反向鏈路信號(hào)之間的平衡程度。
可將發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)用于保持本發(fā)明的TDD中繼器內(nèi)的平衡。圖4示出一個(gè)這樣的實(shí)施例，其中包括移動(dòng)單元166作為TDD中繼器的一部分。移動(dòng)單元166或者連續(xù)地或者間斷地參與基站的現(xiàn)行源呼叫，基站的信號(hào)正在轉(zhuǎn)發(fā)。移動(dòng)單元166在天線168上接收來(lái)自天線160的經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)的正向鏈路信號(hào)164，并在天線168上把反向鏈路信號(hào)182發(fā)送到天線170。移動(dòng)單元166在包括切換效應(yīng)的經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)正向鏈路信號(hào)164的電平基礎(chǔ)上建立反向鏈路信號(hào)182的功率電平。
就象在系統(tǒng)中其它每個(gè)移動(dòng)單元那樣，移動(dòng)單元166運(yùn)用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)功率控制，如在上述美國(guó)專利第5,056,109號(hào)和第5,265,199號(hào)，以及在EIA/TIA/IS-95文件(名稱是“雙模式寬帶擴(kuò)展頻譜蜂窩狀系統(tǒng)的移動(dòng)站-基站兼容標(biāo)準(zhǔn)”)中所述。通過(guò)產(chǎn)生發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)，移動(dòng)單元166在從基站接收到的功率控制調(diào)節(jié)命令的基礎(chǔ)上建立發(fā)射信號(hào)的功率電平。如果兩個(gè)鏈路是平衡的，那么發(fā)射增益調(diào)節(jié)值表示需要對(duì)開(kāi)環(huán)估算進(jìn)行很少的調(diào)節(jié)，因而發(fā)射增益調(diào)節(jié)值非常小。
如果兩個(gè)鏈路變得不平衡，那么發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)開(kāi)始表示不平衡程度和極性。如果正向鏈路具有大于反向鏈路的增益，那么發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)表示移動(dòng)單元需要增加它的反向鏈路信號(hào)。如果正向鏈路具有小于反向鏈路的增益，那么發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)表示移動(dòng)單元需要減小它的反向鏈路信號(hào)。注意，發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)的值與正向鏈路中繼器性能和反向鏈路中繼器性能之間的不平衡程度直接成正比。因此，通過(guò)采用發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)，可以使TDD中繼器的性能平衡。圖4示出一個(gè)這樣的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。用包括天線160、168和170的相關(guān)定位的移動(dòng)單元166來(lái)校正雙向TDD中繼器，從而把發(fā)射增益調(diào)節(jié)信號(hào)的值用于可變放大器162，兩個(gè)鏈路就平衡。
圖4中的結(jié)構(gòu)可以有很多種變化形式，諸如，天線150和天線180可以是同一副天線，同時(shí)用任選雙工器184把接收頻率的能量耦合到開(kāi)關(guān)152，并從放大器178接出發(fā)射頻率的能量。同樣，天線160和天線170可以是同一副天線。天線150和天線180可以是高度定向性天線，分別指向正向鏈路信號(hào)源和反向鏈路信號(hào)宿?？捎锰炀€的定向性來(lái)阻止TDD中繼器放大來(lái)自其它基站的不必要信號(hào)。在一些情況下，運(yùn)用單根天線可以實(shí)現(xiàn)圖4的裝置。
在與基站耦連的天線和與移動(dòng)單元耦連的天線之間存在一定距離是有利的。例如，如果用中繼器在大型障礙物擋住信號(hào)源的區(qū)域提高信號(hào)電平，可把與基站耦合的天線定位在障礙物與基站相同的一側(cè)，而把與移動(dòng)單元耦合的天線定位在覆蓋區(qū)孔所處的障礙物遠(yuǎn)側(cè)。
可以容易地級(jí)聯(lián)本發(fā)明的TDD中繼器。例如，如果用一個(gè)TDD中繼器放大在隧道環(huán)境下的信號(hào)，而用第二個(gè)中繼器來(lái)擴(kuò)展范圍，那么第二個(gè)TDD中繼器可以接收并放大來(lái)自第一個(gè)中繼器的信號(hào)，而且可以提供由第一個(gè)中繼器接收并放大的信號(hào)。例如，圖6示出一種級(jí)聯(lián)中繼器結(jié)構(gòu)。TDD中繼器252接收來(lái)自基站250的信號(hào)，并把它們重發(fā)射到TDD中繼器254。TDD中繼器254把信號(hào)重發(fā)射到移動(dòng)單元256。同樣，TDD中繼器254接收來(lái)自移動(dòng)單元256的信號(hào)并把它重發(fā)射到TDD中繼器252。TDD中繼器252把信號(hào)重發(fā)射到基站250。如果使用相同的開(kāi)關(guān)切換頻率，那么考慮到在兩個(gè)單元之間的全部延遲效應(yīng)，必須使兩個(gè)級(jí)聯(lián)中繼器同步。同步處理很困難，而且考慮到定時(shí)漂移，必須以時(shí)間鎖定方式進(jìn)行工作。
然而，級(jí)聯(lián)兩個(gè)TDD中繼器不需要同步。為了級(jí)聯(lián)兩個(gè)中繼器，第二個(gè)中繼器只要以高于或低于第一個(gè)開(kāi)關(guān)的速率進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。例如，如果第一個(gè)TDD中繼器以碼元速率的20倍進(jìn)行操作，那么第二個(gè)TDD中繼器可以碼元速率的10倍進(jìn)行操作。第二個(gè)級(jí)聯(lián)的中繼器的輸出是第一個(gè)級(jí)聯(lián)中繼器的輸出子集。如在圖5的例子中所述，只從第一個(gè)中繼器發(fā)射奇數(shù)時(shí)段。第二個(gè)級(jí)聯(lián)中繼器可以只發(fā)射奇數(shù)時(shí)段的一半能量。不需要使兩個(gè)級(jí)聯(lián)中繼器的開(kāi)關(guān)切換邊緣同步。此外，無(wú)需使正向鏈路和反向鏈路同步，甚至無(wú)需在相同的開(kāi)關(guān)切換頻率下進(jìn)行操作。兩個(gè)級(jí)聯(lián)部分所得的信號(hào)與在相同的信號(hào)功率下作為連續(xù)信號(hào)接收的信號(hào)的信噪比相比，至少降低了6dB。
圖5還示出以第一個(gè)TDD中繼器開(kāi)關(guān)切換速率的一半進(jìn)行操作的第二個(gè)級(jí)聯(lián)TDD中繼器的操作時(shí)序圖。時(shí)間線206示出第二個(gè)TDD中繼器的狀態(tài)(或者發(fā)射，或者接收)。如上所述，無(wú)需使第一個(gè)和第二個(gè)中繼器的定時(shí)互相校準(zhǔn)。為了便于說(shuō)明，使兩個(gè)TDD中繼器的定時(shí)同步，而且假設(shè)忽略在第一個(gè)和第二個(gè)中繼器之間的傳輸路徑延遲。時(shí)間線208示出第二個(gè)接收機(jī)的接收信號(hào)，其中把它示例地分成時(shí)段，每個(gè)時(shí)段都具有與由第一個(gè)中繼器的延遲器件導(dǎo)致的延遲相等的長(zhǎng)度，而且參照第一個(gè)TDD延遲器件的輸出校準(zhǔn)各時(shí)段。時(shí)間線210示出延遲器件的相應(yīng)輸出。在第二個(gè)TDD中繼器中的延遲器件，其延遲是第一個(gè)TDD中繼器的延遲的兩倍。注意，由于第一個(gè)中繼器的TDD本質(zhì)，使得只有標(biāo)有奇數(shù)的那些時(shí)段才真正包括數(shù)據(jù)信號(hào)。同樣，要注意在延遲器件的輸出端，只把與中間隔開(kāi)一個(gè)的奇數(shù)(即，1、5、9、13、17)相對(duì)應(yīng)的那些時(shí)段與時(shí)間線206表示的發(fā)射對(duì)準(zhǔn)。由于第二個(gè)中繼器的TDD本質(zhì)，導(dǎo)致與剩余奇數(shù)時(shí)段(即，3、7、11、15)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)能量丟失。
參照PN擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)，描述較佳實(shí)施例。明顯的是，可在其它系統(tǒng)(諸如，跳頻系統(tǒng))中應(yīng)用本發(fā)明。可以如此構(gòu)造在跳頻系統(tǒng)中的TDD中繼器，從而在每個(gè)頻率下，TDD中繼器的延遲等于頻率停留持續(xù)時(shí)間。因此，TDD中繼器每間隔一個(gè)頻率轉(zhuǎn)發(fā)其信號(hào)能量。
提供較佳實(shí)施例的上述描述是為了使任何熟悉該技術(shù)的人員進(jìn)行或使用本發(fā)明。對(duì)于那些熟悉該技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)，這些實(shí)施例的各種變更是顯而易見(jiàn)的，而且可把這里所定義的一般原理用于其它實(shí)施例，而無(wú)需進(jìn)行任何發(fā)明創(chuàng)造。然而，本發(fā)明并不局限于這里所述的實(shí)施例，而是符合與這里所揭示的原理以及新穎性相一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)包括一系列代碼符號(hào)，其特征在于，所述方法包括下列步驟在第一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)接收所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)；放大所述接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)；把所述經(jīng)放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)延遲一預(yù)定時(shí)間；在第二個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)射所述經(jīng)延遲放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)；其中，接收的所述步驟和發(fā)射的所述步驟相互是互斥事件。
2.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述代碼符號(hào)序列中的每個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度為一個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，其中所述預(yù)定延遲比所述符號(hào)持續(xù)時(shí)間要短。
3.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述接收和發(fā)射步驟是周期性的，其周期為所述預(yù)定延遲量的約兩倍。
4.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，運(yùn)用聲駐波(SAW)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)所述延遲步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，遠(yuǎn)離所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)供應(yīng)源的第一個(gè)位置上執(zhí)行所述接收、放大、延遲和發(fā)射步驟，而且還包括下列步驟在第三個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，在第二個(gè)位置上接收所述經(jīng)發(fā)射的擴(kuò)展頻譜信號(hào)；在所述第二個(gè)位置上，放大所述接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)；在所述第二個(gè)位置上，把所述經(jīng)放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)延遲第二個(gè)預(yù)定量；在第四個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，在所述第二個(gè)位置上發(fā)射所述經(jīng)延遲放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)；其中，在所述第二個(gè)位置上的所述接收步驟和所述發(fā)射步驟是互斥事件。
6.如權(quán)利要求5所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，在所述第二個(gè)位置上的所述接收和發(fā)射步驟是周期性的，其周期為所述第二延遲預(yù)定量的約兩倍，其中所述第二個(gè)延遲預(yù)定量至少是所述延遲預(yù)定量的兩倍。
7.如權(quán)利要求5所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，在所述第二個(gè)位置上的所述接收和發(fā)射步驟是周期性的，其周期為第二個(gè)所述延遲預(yù)定量的約兩倍，其中所述第二個(gè)延遲預(yù)定量小于所述延遲預(yù)定量。
8.如權(quán)利要求5所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，利用使所述接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)通過(guò)調(diào)諧在所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)中心頻率處的聲駐波(SAW)濾波器，在所述第二個(gè)位置上進(jìn)行所述延遲步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，還包括下列步驟在第三時(shí)間間隔內(nèi)，接收第二個(gè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)；放大所述第二個(gè)接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)；使所述第二個(gè)經(jīng)放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)延遲第二個(gè)預(yù)定量；在第四時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)射所述第二個(gè)經(jīng)延遲放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述第一個(gè)時(shí)間間隔和所述第三個(gè)時(shí)間間隔在時(shí)間上重疊。
11.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述第一個(gè)時(shí)間間隔和所述第三個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于相同的時(shí)間間隔。
12.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述第一個(gè)時(shí)間間隔和所述第四個(gè)時(shí)間間隔在時(shí)間上重疊。
13.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述第一個(gè)時(shí)間間隔和所述第四個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于相同的時(shí)間間隔。
14.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述第二個(gè)預(yù)定量與所述預(yù)定量相同。
15.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述第二個(gè)預(yù)定量與所述預(yù)定量不同。
16.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，還包括下列步驟檢測(cè)所述經(jīng)發(fā)射的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的增益；根據(jù)所述檢測(cè)增益，在放大所述第二個(gè)接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的所述步驟中調(diào)節(jié)所述增益。
17.如權(quán)利要求9所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，還包括下列步驟發(fā)射在所述第二個(gè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)內(nèi)的反向鏈路通信信號(hào)；接收并解調(diào)在所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)內(nèi)的正向鏈路通信信號(hào)，以確定其中包括的增益調(diào)節(jié)信號(hào)；根據(jù)所述增益調(diào)節(jié)信號(hào)，在放大所述第二個(gè)接收到擴(kuò)展頻譜信號(hào)的所述步驟中調(diào)節(jié)所述增益。
18.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，用偽隨機(jī)噪聲(PN)序列調(diào)制所述代碼符號(hào)序列。
19.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述代碼符號(hào)序列在時(shí)間上跳頻。
20.如權(quán)利要求1所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述延遲步驟還包括下列步驟把所述經(jīng)放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；運(yùn)用數(shù)字存儲(chǔ)器件延遲所述經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號(hào)；把所述經(jīng)延遲轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
21.如權(quán)利要求20所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法，其特征在于，所述預(yù)定量隨時(shí)間變化。
22.一種用于放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置，其特征在于，包括用于間斷地接收所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置；用于放大所述接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置；用于使所述經(jīng)放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)延遲一預(yù)定量的裝置；用于間斷地發(fā)射所述經(jīng)延遲放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置；其中，所述間斷接收用的裝置和所述間斷發(fā)射用的裝置工作互斥，從而只發(fā)射所述經(jīng)延遲放大的接收到擴(kuò)展頻譜信號(hào)，或者接收所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22所述的用于放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置，其特征在于，還包括用于間斷地接收第二個(gè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置；用于放大所述第二個(gè)接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置；用于使所述第二個(gè)經(jīng)放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)延遲第二個(gè)預(yù)定量的裝置；和用于間斷地發(fā)射所述第二個(gè)經(jīng)延遲放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的用于放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置，其特征在于，還包括用于檢測(cè)所述間斷發(fā)射的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的增益的裝置；用于根據(jù)所述檢測(cè)增益，在放大所述第二個(gè)接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的所述步驟中調(diào)節(jié)所述增益的裝置。
25.如權(quán)利要求23所述的用于放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)的裝置，其特征在于，還包括；用于發(fā)射所述第二個(gè)擴(kuò)展頻譜信號(hào)內(nèi)的反向鏈路通信信號(hào)的裝置；用于接收并解調(diào)在所述擴(kuò)展頻譜內(nèi)的正向鏈路通信信號(hào)，以確定其中包括的增益調(diào)節(jié)信號(hào)的裝置；用于根據(jù)所述增益調(diào)節(jié)信號(hào)，在放大所述第二個(gè)接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)的所述步驟中調(diào)節(jié)所述增益的裝置。
26.一種放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，包括接收正向鏈路信號(hào)的第一根天線；耦連到所述第一根天線上的放大器；與所述第一根天線和所述放大器串聯(lián)連接的延遲器件；第二根天線，它與所述第一根天線、所述放大器和所述延遲器件串聯(lián)連接以提供轉(zhuǎn)發(fā)的正向鏈路信號(hào)；隔離裝置，它與所述放大器、所述第一與和第二根天線以及所述延遲器件串聯(lián)連接，以當(dāng)所述第二根天線提供所述轉(zhuǎn)發(fā)正向鏈路信號(hào)時(shí)，間歇地中斷所述正向鏈路信號(hào)與所述延遲裝置的連接。
27.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第一和第二根天線具有相同的物理結(jié)構(gòu)。
28.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第一根天線是指向所述正向鏈路信號(hào)源的定向性天線。
29.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第一根天線和所述第二根天線隔開(kāi)一定距離。
30.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述延遲器件是聲駐波(SAW)濾波器。
31.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述延遲器件包括模擬-數(shù)字變換器；耦連到所述模擬-數(shù)字變換器的輸出端上的數(shù)字存儲(chǔ)器件；耦連到所述數(shù)字存儲(chǔ)器件的輸出端上的數(shù)字-模擬變換器。
32.如權(quán)利要求26所述的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，還包括接收反向鏈路信號(hào)的第三根天線；耦連到所述第三根天線上的反向鏈路放大器；與所述第三根天線和所述反向鏈路放大器串聯(lián)連接的反向鏈路延遲器件；第四根天線，它與所述第三根天線、所述反向鏈路放大器和所述反向鏈路延遲器件串聯(lián)連接，以提供轉(zhuǎn)接的反向鏈路信號(hào)；反向鏈路隔離裝置，它與所述反向鏈路放大器、所述第三和第四根天線以及所述反向鏈路延遲器件串聯(lián)連接，以當(dāng)由所述第四根天線提供所述轉(zhuǎn)接反向鏈路信號(hào)時(shí)，間歇地中斷所述反向鏈路信號(hào)與所述反向鏈路延遲器件之間的連接。
33.如權(quán)利要求32所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四根天線具有相同的物理結(jié)構(gòu)。
34.如權(quán)利要求32所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第三和第四根天線具有相同的物理結(jié)構(gòu)。
35.如權(quán)利要求32所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第一和第三根天線具有相同的物理結(jié)構(gòu)。
36.如權(quán)利要求32所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述第一和第三根天線是單向性天線。
37.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，用偽隨機(jī)噪聲(PN)擴(kuò)展序列來(lái)調(diào)制所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)。
38.如權(quán)利要求26所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)跳頻。
39.如權(quán)利要求32所述的放大擴(kuò)展頻譜信號(hào)用的時(shí)分雙工中繼器，其特征在于，還包括可變?cè)鲆娣糯笃?，它與所述反向鏈路隔離裝置、所述反向鏈路放大器、所述第三和第四根天線以及所述反向鏈路延遲器件串聯(lián)，并接收增益控制信號(hào)；移動(dòng)單元，它提供在所述反向鏈路信號(hào)內(nèi)的第一個(gè)通信信號(hào)，接收來(lái)自所述轉(zhuǎn)發(fā)正向鏈路信號(hào)的第二個(gè)通信信號(hào)，而且提供所述增益控制信號(hào)。
全文摘要
用于時(shí)分雙工(TDD)轉(zhuǎn)發(fā)擴(kuò)展頻譜信號(hào)的方法及裝置,所述擴(kuò)展頻譜信號(hào)包括用偽隨機(jī)噪聲(PN)序列調(diào)制的一系列代碼符號(hào)。TDD中繼器在遠(yuǎn)離擴(kuò)展頻譜信號(hào)供應(yīng)源的位置上間斷地接收擴(kuò)展頻譜信號(hào)。TDD中繼器放大并使接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)延遲一預(yù)定量。TDD中繼器間斷地發(fā)射經(jīng)延遲放大的接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào),從而當(dāng)TDD發(fā)射信號(hào)能量時(shí)不接收擴(kuò)展頻譜信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1229545SQ96196621
公開(kāi)日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1996年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月31日
發(fā)明者小林賽·A·韋弗, 富蘭克林·P·安東尼奧, 理查德·F·迪安 申請(qǐng)人:夸爾柯姆股份有限公司