多路接入上變頻/調製器及方法

2023-06-09 23:16:56 3

專利名稱：多路接入上變頻/調製器及方法
技術領域：
本發明涉及通信系統收發信機，尤其涉及一種用於通信系統收發信機的多路接入數字上變頻/調製器。
用於通信系統的發射機和接收機，通常被設計成發射和接收一組具有不同帶寬的信號中的一個，這個信號落在某個特定的範圍內。本領域的技術人員將會了解，這些發射機和接收機，在相應的設計帶寬內發射或截獲電磁輻射。電磁輻射可以由多種裝置，包括天線，波導，同軸電纜和光纖，輸入接收機或由發射機輸出。
這些通信系統的發射機和接收機，雖然具有發射和接收多個信號的功能，但是對應每一個不同頻率或帶寬的具體信號，都要重複相同的電路。這種電路複製並非多路通信裝置的理想結構，因為為各通信信道建造獨立的發射機和/或接收機，將會增加裝置的費用和複雜程度。
可以有另外一種可選發射機和接收機結構，它具有發射和接收多信道寬帶信號的功能。這種可選發射機和接收機首先對設計帶寬內的信號，根據奈奎斯特準則(即數位化採樣速率至少等於信號帶寬的兩倍)進行數位化，所使用的數位化裝置(即模擬數字轉換器)必須工作於足夠高的採樣速率。然後對數位化信號採用數位訊號處理技術進行預處理或後處理，把數位化帶寬內多個信道區分開來。
參照

圖1所示出的一種現有的寬帶收發信機100。射頻(RF)信號由天線102接收，由RF轉換器104和模擬數字轉換器106進行處理和數位化。數位化信號再經過離散傅立葉變換108，信道處理器110的處理，從信道處理器110進入蜂窩網絡和公共交換電話網(PSTN)。發射模式下，從蜂窩網絡接收到的信號經過信道處理器110，傅立葉反變換(IDFT)114，數字模擬變換器116進行處理。數字模擬變換器116輸出的模擬信號，在RF上變頻器118內進行上變頻，由天線120發射。
這種可選通信裝置的缺陷在於，它的數字處理部分必須有足夠高的採樣速率，來保證能奈奎斯特準則夠滿足接收到的最大頻寬，這個最大頻寬是組成複合接收電磁輻射帶寬的各獨立通信信道的總和。如果複合帶寬信號非常寬，通信裝置的數位訊號處理部分將十分昂貴，並且耗費相當多的能量。此外，由DFT或IDFT濾波技術生成的信道一般來說都必須相互鄰接。
需要一種這樣的發射機和接收機，正象前文所提到的，使用同一個發射或接收電路，實現對存在於相應信道中的多個信號的發射和接收。儘管如此，這種發射接收機電路，最好能夠減少上述收發信機結構所帶來的通信裝置設計約束。如果這種發射接收機的構造得到改善，將非常適用於蜂窩無線電話通信系統。蜂窩基站通常需要在一個寬的頻帶範圍內(比如說824MHz到894MHz)發射和接收多路信號。此外，市場對蜂窩電話基礎設施，和用戶裝置製造商的壓力也促使製造商尋找降低通信裝置成本的途徑。同樣，這種多信道發射機接收機結構，將很好的適用於基站服務範圍較小(與其他蜂窩系統相比)的個人通信系統，這是由於個人通信系統需要有大量的基站來覆蓋一定的區域，購買基站裝置的操作人員當然會希望註冊許可服務範圍內的通信裝置比較簡單而且價格便宜。
設計使用共享模擬信號處理單元多路通信裝置的蜂窩和PCS製造商，可能還會獲得另一優勢。傳統的通信裝置被設計成為只能在一種信息信號編碼和信道化標準的模式下工作。而多信道通信裝置包含一個數位訊號處理部分，可以在製造過程中，或者安裝後的現場通過軟體隨意重新編程，這些多信道通信裝置因而能夠按照任何一種信息信號編碼和信道標準來運行。
傳統通信系統設計的另一缺陷在於，與通信系統相關聯的硬體通常只提供單一的接入方式(即增強型行動電話服務系統(AMPS)，窄帶增強型行動電話服務系統(NAMPS)，美國數字蜂窩系統(USDC)，個人數字蜂窩系統(PDC)和其他類似通信接入方式)。如果要提供多種接入方式，即以任何方式進入通信系統，就會有相當的硬體重複和成本的要求。所以需要有提供多種接入方式，同時並不顯著增加硬體和相應成本的通信裝置。
本發明的許多優點和特性將通過後文參照附圖，對本發明若干優選實施例進行詳細描述而得到進一步理解。
圖1為現有技術多信道收發信機框圖；圖2為根據本發明一個優選實施例多信道接收機的框圖；圖3為根據本發明一個優選實施例多信道發射機的框圖；圖4為根據本發明一個優選實施例多信道收發信機的框圖；圖5為根據本發明另一個優選實施例，如圖2所示多信道接收機被更改提供信道搜尋功能的框圖；圖6為根據本發明另一個優選實施例多信道收發信機的框圖；圖7為根據本發明另一個優選實施例多信道收發信機的框圖；圖8為根據本發明一個優選實施例，一個多信道收發信機數據流向的框圖；圖9為根據本發明另一個優選實施例，一個多信道收發信機數據流向的框圖；圖10為根據本發明另一個優選實施例，一個多信道收發信機數據流向的框圖；圖11為根據本發明一個優選實施例，用於圖5中多信道發射機數字轉換模型的框圖；圖12為根據本發明一個數字下變頻器的一個優選實施例的框圖；圖13為根據本發明一個數字上變頻器的一個優選實施例的框圖14為適用於本發明數字上變頻器的上變頻器的框圖；圖15為適用於本發明數字上變頻器的調製器的框圖；圖16為本發明數字上變頻器/調製器優選實施例的框圖；圖17為根據本發明的一個信道處理卡優選實施例的框圖；圖18為根據本發明的另一個信道處理卡優選實施例的框圖；圖19為根據本發明優選實施例搜尋過程的流程圖。
本發明所指的寬帶多信道發射接收機(收發信機)，同時具備高度的靈活性和冗餘度，特別適用於蜂窩或PCS通信系統。收發信機提供對多副天線的支持，實現扇形蜂窩操作，分集接收，冗餘處理，或者按照需要實現以上性能的組合，用戶的容量增加了，而成本被降低下來。本發明的收發信機採用一種實際結構，通過後續數字處理和動態裝置分享(DES)增強性能，從而實現上述及其他功能。
本發明進一步提供多種接入方式，而不需要顯著的硬體複製。根據本發明的收發信機配備可編程的數字下變頻器(DDC)，和可編程的數字上變頻器(DUC)。這就是說，每個DUC和DDC都可以被編程提供不同的截取/內插係數，滿足不同格式和帶寬信號接入方式的要求。但是，DUC的可編程性並不完全支持多路接入，所以本發明的DUC還包含一個唯一的的硬體結構，既支持頻率調製，又支持正交(I和Q)上變頻，卻沒有顯著的硬體重複和相應成本增加。
參照圖4，示出一種根據本發明優選實施例的收發信機400。為討論方便起見，收發信機400的寬帶多信道數字接收機，和發射機部分的優選實施例200和300也被論及。進一步，為描述本發明的優選實施例，還將對一種工作於蜂窩射頻帶的收發信機加以描述。總之，本發明可以被理解為適用於任何一種RF通信頻帶業務方式，例如包括PCS頻帶和類似頻帶。
參照圖2，示出一種根據本發明優選實施例的寬帶數字接收機部分(接收機)200。接收機200包括多個分別與相應混頻器204相連接的天線202(由獨立的天線1，3，...，n－1組成)，把從天線202接收到的RF信號轉換成中頻(IF)信號。應當了解，混頻器204的信號處理元件至少包括濾波器，放大器，和晶體震蕩器，用於預處理接收到的RF信號，分離出所需要的RF頻帶，將RF信號混頻成所需要的IF信號。
IF信號接下來被傳送到多個模擬數字轉換器(ADC)210，希望的整個信號帶寬被數位化。現有寬帶接收機過去的缺陷在於要完整精確地數位化整個頻帶，ADC的採樣頻率可能會非常高。例如，蜂窩A和B波段佔用RF頻帶25兆赫茲帶寬。根據著名的奈奎斯特準則，用一個ADC對整個頻帶精確數位化，要求器件至少能夠工作在50MHz以上(或者是每秒五千萬個採樣)。這種器件正在變得更為普遍，本發明在使用最新ADC的技術的問題上也進行了反覆考慮。但是與此同時，普通轉讓的美國專利申請Smith等人所著」Split Frequency band Signal Digitizer andMethod」，Elder所著」Wideband Frequency Signal Digitizer andMethod」，這些以參考的形式被特別提及的公開文獻都提到了用單個ADC，以較低速率完整精確數位化寬帶頻率信號的器件和方法。ADC210數位化IF信號產生數位訊號，數位訊號接下來被傳送到數字下變頻器(DDC)214。
優選實施例的DDC214，圖12中更為清晰，包含一個使DDC214可以從多副天線202選擇一個IF信號的開關1216，根據1216的狀態，DDC214通過圖11中的底板連接1108，接收到達與所選天線相連接的ADC210的高速數字流(將近60MHz)，DDC214可選擇特定頻率(在數字域)截取(降低速率)和濾過與通信系統信道一致的信號。進一步參照圖12，每一個DDC214都含有一個數字控制震蕩器(NCO)1218和一個複數相乘器1220，對數字字流進行下變頻。應注意，這是繼混頻器204對接收到的模擬信號，進行第一次下變頻後的又一次下變頻變換。下變頻和複數相乘的結果為經過頻域轉換，中心頻率零赫茲(基帶或零中頻)的，即包含同相分量I和正交分量Q的正交數字流。數據流的I，Q分量被分別傳送到一對截取濾波器1222，進行降低帶寬和數據速度的處理，與特定通信系統的空中接口相適應(公共空中接口或CAI)。優選實施例中，截取濾波器輸出的數據速率大約是CAI所需帶寬的2.5倍。應當理解為所需帶寬可以改變優選的截取濾波器1222的輸出速率。截取的數據流接下來通過數字濾波器1224的低通處理，去除不需要的偏移分量。截取濾波器1222和數字濾波器1224實現初步的選擇，最終的選擇由信道處理器228以熟知的方式完成。
從圖2看到，優選實施例配備多個DDC214，各個DDC214與ADC210相連接，並選擇多個ADC210/天線202中的一個，通過底板1106接收高速數字字流。DDC214的輸出，低速的數據流(例如大約為10MHz，基帶信號)，被連接到時分復用(TDM)總線226，經過輸出格式器1232傳送到多個信道處理器228。把DDC的輸出置於TDM總線226，使任意一個信道處理器228，可以選擇任意一個DDC214以接收基帶信號。當某個信道處理器228或DDC214失效，信道處理器通過控制總線224和控制總線接口1234，將另一個有效信道處理器與有效DDC相連，以適當的競爭/仲裁處理方式避免兩個信道處理器接入同一個DDC。儘管如此，優選實施例中，所有的DDC214在TDM總線226上都分配有一定的時隙，與一個特定信道處理器228相連接。
信道處理器228可以通過總線224發送控制信號給DDC214，設置數字字流的處理參數。也就是說，信道處理器228能夠指示DDC214，選擇處理數字數據流的下變頻的頻率，截取速率，和濾波器參數(例如帶寬，模型等等)。應當理解為，NCO1218，複數相乘器1220，截取器1222和數字濾波器1224響應數字控制調整信號處理參數。這樣就使接收機200能夠接收多種空中接口標準的通信信號。
繼續參照圖2，本發明的接收機還配備有多個接收機單元(圖中標示為230和230』)。每一個接收機單元230和230』都包含前文所提到的部件，位於TDM總線226之前，接收和處理無線頻率信號。為了用本發明實現分集接收功能，一對相鄰的天線，一個來自與接收單元230相連接的天線組202，另一個來自與接收單元230』相連接的天線組202』(分別表示為2，4，...，n)，被設計為提供通信系統內一個扇區的服務。從天線202和202』接收到的信號各自獨立地由接收單元230和230』進行處理。儘管應理解為只用到一條總線，接收機存儲器230和230』的輸出分別通過TDM總線226和226』，傳輸到信號處理器228，分集接收至此完成。
信號處理器228接收基帶信號，對基帶信號進行必要的處理和篩選，以恢復通信信道。處理過程至少包括在模擬CAI通信系統的聲音濾波，數字CAI通信系統的前向糾錯，和所有通信系統的接收信號強度指示(RSSI)。各信道處理器228獨立恢復業務信道。為進一步實現分集，每一個信道處理器228監聽分配給一個扇區的一對天線，同時接收和處理兩個基帶信號。此外，信道處理器228配備了一個到通信網絡的接口426，圖4，例如在一個蜂窩通信系統中，通過適當的中介連接到基站控制器或移動交換中心。
參照圖17，示出一個信道處理器228的優選實施例。如下所述，每一信道處理器都可以進行發射和接收操作。優選實施例中，每一信號處理器228最多能夠支持通信系統8條信道的發射和接收(分集接收模式下為4條信道)。輸入/輸出(I/O)埠1740和1740』接收到的分別來自TDM總線226或226』的低速基帶信號，被傳送給一對處理器1742和1742』。與各處理器1742和1742』相連接的是數位訊號處理器(DSP)1744和1744』和存儲器1746和I746』。每個處理器1742和1742』支持四條通信信道。如圖17所示，在一個優選實施例中，處理器1742和1742』可以被設置成監聽接收單元230或230』中的一個，或著按照優選分集方案的要求監聽兩個單元。這種結構在分集的同時具有一定冗餘度。在接收模式下，如果處理器1742和1742』中的一個失效，由於另一個處理器仍然可以處理相應接收單元的基帶信號，所以只可能失掉分集接收功能。應當了解，處理器1742和1742』可以由適當的分集選擇和分集合併來實現。處理器1742和1742』進一步分別與控制部件1748和1748』通信，處理並向DDC214傳送控制信息，中間經過I/O埠1740和1740』和提到過的控制總線224。
繼續參照圖17和圖4，說明收發信機400的發射機部分300(發射機)。發射模式下，信道處理器228從通信系統網絡接收將在通信信道中傳輸的下行通信信號(通過圖17中來示出的接口436)。比如說，這些下行鏈路信號可以是面向整個區域(如一條尋呼信息)或者某個扇區(如一個切換命令)的控制或信令信息，也可以是下行鏈路的語音和/或數據(如一條業務信道)。在信道處理器228中，處理器1742和1742』獨立處理下行鏈路信號，產生低速基帶信號。傳輸模式下，信道處理器228能夠支持八(8)條通信信道(可以是業務信道，信令信道，或是它們的組合)，如果處理器1742或1742』中的一個失效，對系統造成的影響是容量減少，但不會失掉整個區域或扇區。此外，去掉多個信道處理器228中的一個，只會失掉8條信道。
發射機300中對基帶信號的處理與接收機200所完成的處理正好互補。低速的基帶信號從信道處理器228經由I/O接口1740或1740』，被傳送到TDM下行鏈路總線300和300』，儘管只有一條總線會被用到，再從那裡到達多個數字上變頻器(DUC)302。DUC302內插基帶信號到一定的ovrn速率。內插處理使所有來自信道處理器228的基帶信號具有相同的速度，可以在一個中心位置相加。內插後的基帶信號接下來上變頻成為某種IF信號，如四相移相鍵控信號(QPSK)，四相差分移相鍵控信號(DQPSK)，頻率調製信號(FM)，或幅度調製信號(AM)，(I，Q輸入， 調製過程在信道處理器228內完成)。基帶信號現在是載波調製後的從零赫茲偏移的高速基帶信號。偏移量通過編程DUC302控制。基帶調製信號在高速底板連接器304中，被傳送到信號選擇器306。信號選擇器可以選擇基帶調製信號的子群。被選擇的子群是將在通信系統某一特定扇區內發射的通信信道。基帶調製信號的子群被傳送到到數字加法器相加，高速信號總和經由底板連接器1130，被傳送到數字模擬變換器(DAC)310轉換成IF模擬信號。IF模擬信號由上變頻器314上變頻成為RF信號，被放大器418(圖4)放大從天線420(圖4)發射出去。
在優選實施例中，為進一步增強系統的可靠性，DAC310置有由三個連接在RF塊上的DAC311組，一個DAC與一個塊相連接。DAC311組把三個從底板連接器1130的獨立信號總線313接收到的疊加信號轉變成模擬信號。與採用一個DAC相比，這種方式增加了信號的動態範圍。同時冗餘度增加，因為當一個DAC失效，另外兩個仍能繼續工作。其結果只是系統容量的減少，而不會失掉整個區域或扇區。一組接收面向通信系統一個扇區的信號的DAC311輸出在加法器312中模擬相加，相加後的模擬信號被傳送到上變頻器314。
與接收機200相類似，發射機300也同樣由多個發射單元構成(圖中示出330和330』)。發射單元330和330』包括發射機300在信道處理器228和放大器418之間的所有裝置。對每個發射單元330和330』，上變頻器314對面向通信系統某一扇區的疊加模擬信號進行上變頻，其輸出在RF相加器316中相加。相加的RF信號被傳送到放大器418，從420發射。如果整個發射單元330或330』失效，其結果仍然只是系統容量的減少，而不會是通信系統整個部分的丟失。
參照圖13，示出根據本發明優選實施例的一個DUC302。優選實施例配備有多個DUC302，每一個DUC302包含一個上變頻/調製器1340，通過格式電路1341接收來自總線300和300』的下行鏈路基帶信號，和來自控制總線224的控制信號。上變頻/調製器1340的輸出接下來傳送給選擇器306。優選實施例中，選擇器可以採取雙輸入與門組的形式，一端輸入連接到數據字的一個比特(即調製的基帶信號)。只要控制線保持高電位(邏輯1)，輸出就會跟蹤輸入的變化。選擇器306的輸出接下來被傳送到一個數字加法器組1308，加法器把來自與其他DUC相連接的前一個數字加法器的數據加到信號通道上。前面已經指出，每一條信號通道對應通信系統的一個扇區，把相加的信號傳送給DAC組311。如果選擇器斷開，選擇器306的輸出為零，作為相加器1308的一個輸入使輸入信號保持不變。應當理解為，相加器1308的輸入端，輸出端或二者同時需要進行標定使數位訊號的總和處於相加器1308的動態範圍之內。在這種情況下，表示指向通信系統特定扇區信號的DUC輸出，可以被相加轉換成為一個模擬信號。或者，如在優選實施例中所實現的，可以在裝置中進一步收集起來，經過多個DAC轉化成模擬信號，以增強系統的動態範圍和提供冗餘度。
參照圖14，示出根據本發明進行I，Q調製的上變頻器1400。上變頻器1400包含第一和第二內插濾波器1402和1404(如有限脈衝響應(FIR)濾波器)分別對基帶信號的I，Q分量實現內插。內插後的基帶信號I，Q分量在混頻器1406和1408內上變頻，接收為數字控制震蕩器(NCO)1410的輸入。數字控制震蕩器1410的輸入為上變頻頻率ω0，與採樣率倒數τ的乘積，乘積值為由上變頻頻率得到的固定相位增量。乘積項輸入給NCO內部的相位累加器1410。相位累加器1412的輸出為採樣相位Φ，被分別傳送給正弦波餘弦波生成器1414和1416，用於產生上變頻信號。上變頻後的基帶信號I，Q分量在相加器1418內相加，輸出為上變頻器1400的調製IF信號。
圖15示出實現R，Θ調製，直接相位調製的調製器1500。調製器1500提供了一種簡化方式，用於在上變頻器1400上產生FM。基帶信號被傳送到內插濾波器1502(如FIR濾波器)，然後經定標器1504與kτ相乘。數字控制震蕩器/調製器(NCOM)1508內部加法器1506，對內插標定後的基帶信號和固定相位增量ω0τ進行相加運算。和值送到相位累加器1510，累加器輸出的採樣相位Φ，被傳送到正弦波發生器1512，生成調製器1500調製的IF信號輸出。
圖14和15所示的裝置都適用於本發明的上變頻/調製器1340。但是上變頻器1400不足以產生所提及的FM信號，調製器1500也沒有I，Q分量的上變頻過程。圖16示出的優選上變頻/調製器1340，不僅同時支持I，Q上變頻和FM調製，而且在不顯著增加基站硬體和成本的情況下支持多種接入方式。上變頻/調製器1340為單基帶信號提供I，Q上變頻變換，為雙基帶信號提供R，Θ調製。
基帶信號的I，Q分量或者兩個R，Θ信號，分別從埠1602和1604輸入上變頻/調製器1340。信號選擇器1606和1608根據上變頻/調製器1340的工作模式在I，Q信號和R，Θ信號中加以選擇。
考慮處理I，Q信號的過程，信號的I分量從選擇器1606被傳送到內插濾波器(例如，FIR濾波器)1610。內插後的I信號被傳送到混頻器1612，由余弦發生器1614輸出的正弦波進行上變頻。餘弦波發生器1614接收來自相位累加器1616的一個輸入採樣相位Φ。選擇器1618在I，Q上變頻狀態下選擇零輸入，選擇器1618的輸出通過標定器與kτ相乘，產生零輸出在加法器1622與ω0τ相加。這個和值，在I，Q模式下為ω0τ，就是產生採樣相位輸出Φ的相位累加器的輸入。
信號的Q分量處理過程是類似的。Q分量經選擇器1608的選擇被傳送到內插濾波器(例如，FIR濾波器)1626。內插後的信號被傳送到混頻器1628，由正弦發生器1630輸出的正弦波進行上變頻。在I，Q模式下，正弦波發生器1630接收相位累加器1616產生，來自選擇採樣相位Φ的選擇器1632的一個輸入。在I，Q模式，上變頻的I，Q信號在相加器1634內相加，作為上變頻/調製器1340的上變頻/調製輸出。
在R，Θ處理過程中，選擇器1606和1608選擇獨立的R，Θ信號。對於R，Θ處理，上變頻/調製器1340可以同時處理兩個R，Θ信號。第一個信號R，Θ-1通過內插濾波器1610實現內插和濾波。在R，Θ模式下，選擇器1618選擇內插後的R，Θ-1信號，通過定標器與kτ相乘，並在加法器1622與ω0τ相加。加法器的輸出傳送給相位累加器1616生成採樣相位Φ，作為餘弦波發生器1614的輸入。餘弦波發生器1614的輸出為R，Θ處理模式下，上變頻/調製器1340兩個IF調製信號中的一個。
第二個R，Θ信號1R，Θ-2，被選擇器1608選中傳送給內插濾波器1626。內插後的R，Θ-2信號接下來傳送給標定器與kτ相乘。被標定的信號在加法器1638與ω0τ相加。加法器1638的輸出為相位累加器1640的輸入，累加器生成的輸出採樣相位φ，被選擇器1632選中傳送給正弦波發生器1630。正弦波發生器1630的輸出在R，Θ處理模式下，為上變頻/調製器1340兩個IF調製信號輸出中的一個。
可以這樣理解，為保證餘弦波發生器1614和正弦波發生器1630輸出相位的準確，傳送到加法器1622和1638的值ω0τ應當是一致的。此外，ω0τ的值可以在信道處理器的控制下被設定，比如說選擇餘弦波發生器1614和正弦波發生器1630輸出值的載波頻率。同樣，可以設定標定器值kτ，選擇不同的頻率偏差值。
分別描述了收發信機400的接收機200和發射機300後，下文將參照圖4更加詳細地描述收發信機400。收發信機400由兩個收發信機單元402和404構成。兩個單元完全相同，都包括多個RF處理塊406，各RF處理塊406包含一個RF混頻器408和一個ADC410，連接在一起接收和數位化從天線412到達的信號。RF處理塊406還包括三個DAC414，它們的輸出經過加法器416的相加傳送到RF上變頻器418。RF上變頻器417的輸出進一步傳送給一個RF加法器419，與來自收發單元404相應的輸出相加。相加的RF信號傳送給放大器418，在從天線420發射出去之前被放大。
從ADC410接收到的信號經由接收總線428，被傳送到多個數字轉換模塊(DCM)426。同樣，發射信號經由發射總線430從DCM426被傳送到DAC414。可以了解到，作為RF構件432底板結構的接收總線428和發射總線430都是高速的數據總線。在優選實施例中，底板的傳送速度大約有60MHz，儘管如此，封閉的物理連接使高速無顯著差錯傳輸成為可能。
參照圖11，示出了DCM426的優選實施例。DCM426包含多個DDC專用集成電路(ASIC)1102和多個DUC ASIC1104實現發射和接收信號的處理。接收信號從天線412經由接收底板連接1108，底板接收器1106和緩存/驅動單元1107，通過通信鏈路1110連接到DDC ASIC1102。在優選實施例中，DCM426共有10個DDC ASIC1120，正如前文所述，每一個DDC ASIC1120內部構造三個獨立的DDC。在優選實施例中，8個DDC ASIC1120用於實現通信信道的功能，另外兩個用於實現搜索功能。DDC ASIC1120的輸出通過鏈路1112，底板格式器1114和底板驅動器1116傳送到底板連接1118。從底板連接1118，接收到的信號被傳送到中間媒介450(圖4)，進一步被傳送給處理板塊446中的信道處理器組448。
發射模式下，發射信號從信道處理器448經過接口媒介450和底板連接1118，穿過發射底板接收器1120和選擇/格式器1124，被傳送給多個DUCASIC1104。每個DUC ASIC1104包含4個獨立的DUC，正如前文所述，DUC可以處理R，Θ模式下的4條信道或者I，Q模式下的2條信道。DUCASIC1104的輸出經由鏈路1126，被傳送到發射底板驅動器1128和底板連接1130，然後傳送給DAC414。
應當理解為，需要向DCM426提供適當的時鐘信號，在圖中標誌為460。
考慮位於DCM426和信道處理器448之間的中間媒介450，它可以是任何一種適當的通信媒介。例如中間媒介可以是微波鏈路，TDM時段或者是光纖鏈路。這種安排方式允許把信道處理器448穩定地放置在遠離DCM426和RF處理塊406的地方。這樣，信道處理功能可以集中地完成，而收發功能可以在通信單元站完成。由於通信裝置的重要部分可以遠離實際的通信單元站，這種安排簡化了通信單元站的結構。其結果是，裝置所需要的物理空間相對減少，操作和維修活動相對集中，這對操作人員來說無疑是一種節約。
如圖4所示，收發信機400包含三個DCM426，每一個DCM426的容量是12條信道。這樣的安排使系統非常可靠。如果一個DCM426失效，整個系統丟失部分信道。此外，DCM可以被改裝而提供多條空中接口功能。就是說，DCM上的DDC和DUC可以被單獨編程用於特殊的空中接口。所以，收發信機400具有提供多種空中接口的功能。
從前文可以了解，收發信機400具有許多優點。參照圖5，可以看到，收發信機400的接收機500與圖2所示的接收機200非常相象。為簡單起見，圖中省略了DDC214和TDM總線226，應當了解接收機500包含以上部分。接收機另外還包含一個DDC502，通過選擇器504連接到ADC506，用於接收來自天線508/混頻器509的上行鏈路數位訊號，並通過數據總線514向信道處理器510傳輸數據。在運行過程中，信道處理器為處理一條通信信道，有必要掃描其他天線使信號通過區域內的最佳天線進行傳輸。就是說，如果服務於另一扇區的天線能夠提更好的通信質量，通信連接將通過那副天線上重新建立起來。信道處理器搜尋區域內的所有扇區來確定選中哪一副天線。本發明中，信道處理器510捕獲DDC502的輸出，並通過控制總線512對其編程，從而實現接收區域內所有天線的信號。信道處理器中比較接收到的信號，如信號強度指示(RSSI)等，判斷是否存在更好的天線。與單副天線服務單個信道不同，DDC502在信道處理器的指示下從多副天線接收區域內的信號，除此之外，DDC502內的處理與DDC214完全相同。
圖19說明了一種信道搜索方法的1900-1926步，1900步，搜索開始，1902步設定計時器。判決步1904，信道處理器檢查DDC302是否空閒，也即並不立刻搜索另一個信道處理器，如果空閒，判決步1906，檢查控制總線312是否空閒，如果是，1908步計時器停止，1909步，信道處理器310截取控制總線312。1912步如果信道處理器302無法截取控制總線302，則返回1902步。如果DDC302或者控制總線312不空閒，則檢查是否超時，在時間期限內將返回檢查DDC是否已經空閒。如果已經超時，系統在1920步報錯，即信道處理器310無法完成搜索功能。
如果1912步控制總線312成功地被截獲，1914步，信道處理器編程DDC302實現搜索功能。如果1916步時DDC302已經被激活，1920步放棄編程，同時系統報錯。否則DDC302接受編程信息，從1918步開始從不同的天線308收集採樣值。1922步收集採樣完成後，1924步，DDC被編程為空閒方式，1926步，流程結束。
收發信機400的另一個性能是為某一特定扇區或通信區域內所有扇區提供信令。再參照圖3和圖13，上變頻/調製器1340的輸出被傳送到選擇器306，選擇器306從多個上變頻/調製器的輸出中選擇指向通信區域中某一特定扇區的信令。如圖3所示，對於一個三扇區的通信區域來說，三條數據通道313提供給通信區域的三個扇區，選擇器306的功能是把上變頻/調製器1340的輸出加到三條數據通道的一條上去。通過以上方法，從上變頻/調製器1340到達的下行鏈路信號被傳送到通信區域相應的扇區。
選擇器306還可以進一步把一個上變頻/調製器的輸出傳送到所有的信號通道313。在這種情況下，上變頻/調製器1340輸出的下行鏈路信號同步地傳送到通信區域的各個扇區。這樣，把一個上變頻/調製器設計成信令信道，把選擇器306設置成自上變頻/調製器向通信區域所有扇區傳送下行鏈路信號，就形成了象信令信道這樣廣播方式的全方位通道。此外，可以這樣認為，指向某個特定扇區的信令信號也可以通過對選擇器306重新編程，使之傳送自上變頻/調製器1340的信令信號到通信區域的一個或多個扇區。
參照圖6，所示出的收發信機600儘管包含了提及收發信機400時所描述的功能部件，卻提出了另外一種結構安排。收發信機600的優勢在於，在信道處理器中配備了上行鏈路的數字下變頻器和相應的下行數字鏈路上變頻器。信道處理器然後通過高速鏈路連接到RF硬體。
在接收模式下，RF信號從天線602(記為1，2，...，n)被接收並傳送到與之相關的接收RF處理塊604。每個RF接收處理塊604包含一個RF下變頻器606和一個模擬數字變換器608。接收RF處理塊604輸出的高速數字數據流經由一個上行鏈路總線610，被傳送到多個信道處理器612。上行鏈路總線610為某種高速總線如光纖總線或其他。信道處理器612包括一個選擇器，選擇接收哪一副天線的數據流，一個DDC，和一系列基帶處理元件613，選擇並處理來自天線的數據流，恢復通信連接。通信信道然後以適當的方式連接到蜂窩網絡和PSTN。
發射模式下，信道處理器612接收來自蜂窩網絡和PSTN的下行鏈路信號。信道處理器包含一個上變頻/調製器615，對下行鏈路信號進行上變頻和調製，數據流然後經由發射總線616被傳送給RF發射處理單元614。應當理解為，發射總線616也是一個適當的高速總線。RF發射處理單元614包括數字加法器618，DAC620和RF上變頻器622，處理上行鏈路數據流，最終形成模擬信號。RF模擬信號經由模擬發射總線624，到達功率放大器626和天線628以RF模擬信號的形式發射出去。
參照圖7，所示出的收發信機700儘管也同樣包含了提及收發信機400時所描述的功能部件，又提出了一種結構安排。收發信機700用於分區通信系統的一個扇區。應當認為，收發信機700可以很容易得被修改成服務於多個扇區。
在接收模式下，RF信號被天線702接收並傳送到RF接收處理塊704。每個接收RF處理塊704包括一個RF下變頻器703和一個ADC705。接收RF處理塊704輸出的高速數字數據流經由高速底板706，被傳送給多個DDC708。DDC708如前所述選擇並下變頻高速的數據流。DDC708的輸出為低速的數據流，通過總線710和712被傳送到信道處理器714。信道處理器如前所述對信道進行處理，並通過信道總線700和網絡接口718完成信道與蜂窩網絡和PSTN之間的通信。有了高速的底板連接，收發信機700的DDC708也被方便地安置在信道處理塊內。
發射模式下，始於蜂窩網絡和PSTN的下行鏈路信號，通過接口718和信道總線716被傳送到信道處理器714。信道處理器714包括DUC和DAC，上變頻並數位化下行鏈路信號形成IF模擬信號。模擬IF信號經由同軸電纜或者其他適當媒介的連接722，被傳送到發射陣列724，下行鏈路信號在這裡與其他下行鏈路模擬IF信號組合在一起。組合模擬IF信號經由同軸電纜連接726，被傳送給RF上變頻器728。RF上變頻器728把IF信號轉換成RF信號。上變頻器728輸出的RF信號在相加器730內RF相加，然後被傳送給功率放大器和發射天線(圖中未示出)。
從收發信機700可以看出，下行鏈路信號的高速數據處理，也即數字上變頻，在信道處理器714內方便地完成了。圖18示出了信道處理器714的一個優選實施例。圖17所示的信道處理器714在很多方面都與信道處理器228十分相象，如有相似的部件和參數。信道處理器714除此之外還包括兩個DUC1802接收來自處理器1742，1742』的下行鏈路信號。下行鏈路信號經DUC1802上變頻，經DAC1806轉換成模擬IF信號，然後經由埠1740，1740』被傳送到發射陣列724。
參照圖8，9，10。所示出的是收發信機400各部件連接的其他方案。為避免因單個部件失效造成整個區域的丟失，所以不採用部件間菊花鏈式的連接。從圖8下行鏈路的安排可以看到，DCM802內部選擇器800被安排在DUC804和DAC806的前面。直接數據鏈路808從DUC804到選擇器800，從DCM802到DCM802，最後到達DAC806。另外配備直接數據鏈路808的分支旁路數據鏈路810。運行中，如果有一個或者多個DCM802失效，選擇器800將激活相應旁路數據鏈路810，越過失效的DCM802，使信號得以連續地到達放大器812和發射天線814。應當理解為，上行鏈路的部件同樣可以被連接起來實現收發信機的容錯接收機。
圖9示出一種可選安排方式。在圖9中，信道處理器920通過TDM總線922連接到DCMs902。DCM902以圖8中所述的方式互相連接，圖中沒有畫出DCM902的選擇器900。可理解為選擇器可以簡單地直接在DCM902中實現。旁路鏈路924把信道處理器920直接連接到相關的DCM，並連入DCM902中附加的選擇器(未示出)。如果由於信道處理器的問題造成TDM總線922失效，或者是TDM總線922本身出現問題，DCM902內部的選擇器將激活一定的旁路鏈路924，使信號得以連續地被傳送到DAC906，放大器912和發射天線914。
圖10又示出了另外一種可選安排方式。另外，DCM1002以圖8所述的方式互相連接。圖10中，直接鏈路1030以菊花鏈的方式連接信道處理器820，各個信道處理器1020的輸出在加法器1030內相加，和值通過TDM總線1034傳送到DCM1002。旁路鏈路1036形成第二條總線，以圖8中DCM802相同的方式送到選擇器1038。任何一個信道處理器失效的情況下，來自其他信道處理器1020的信號可以繞過失效的信道處理器，以DCM802相同的方式，到達選擇器1000，DAC，1006，放大器1012和天線1014。
從前述若干優選實施例的描述中，可以了解本發明的許多優點和特徵。應當理解為，如從後文的權利要求中可以理解的，許多其它實施例，優點和特徵也應包含在它的合理範圍內。
權利要求
1.一種上變頻/調製器，包括具有多個輸入端和一個輸出端的一個第一選擇器和一個第二選擇器，每個第一選擇器和第二選擇器的輸出端分別與一個第一內插濾波器和一個第二內插濾波器相連；第一內插濾波器的一個輸出選擇性地與一個第一混頻器和一個第一加法器相連，第一加法器接收一個第一可編程相位值，第一加法器的輸出值與一個第一相位累加器相連；第一相位累加器的一個輸出端與一個第一正弦波發生器相連，並選擇性地與一個第二正弦波發生器相連；第二內插濾波器的一個輸出選擇性地與一個第二混頻器和一個第二加法器相連；第二加法器接收一個第二可編程相位值，加法器的輸出端與一個第二相位累加器相連。每個第一和第二混頻器的一個輸出選擇性地分別與一個輸出加法器和每個第一和第二混頻器的輸入端相連；以及第二相位累加器的一個輸出端選擇性地與一個第二正弦波發生器相連。
2.如權利要求1中的上變頻/調製器，其中第一，第二標定器可被編程以標定第一，第二內插器的輸出。
3.一種多模式上變頻/調製器，包括具有多個輸入端和一個輸出端的一個第一選擇器和一個第二選擇器，連接多個輸入端以接收多個輸入信號，每個第一選擇器和第二選擇器可操作以選擇多個輸入信號中的一個；第一選擇器和第二選擇器的輸出端分別與第一內插濾波器和第二內插濾波器的輸入端相連。其中在一種第一操作模式下一個具有第一信號分量和第二信號分量的輸入信號輸入上變頻/調製器，方式為第一分量通過第一選擇器與第一內插濾波器相連，第二分量相應地通過第二選擇器與第二內插濾波器相連；第一內插濾波器的一個輸出端與一個第一混頻器的第一個輸入端相連，一個第一正弦波發生器的輸出端與第一混頻器的第二個輸入端相連。第一混頻器的輸出端與一個輸出加法器的第一個輸入端相連；第二內插濾波器的一個輸出端與一個第二混頻器的第一個輸入端相連，一個第二正弦波發生器的一個輸出端與第二混頻器的第二個輸入端相連，並且第二個混頻器的一個輸出與輸出加法器的第二個輸入相連；以及一個第一相位累加器，接收一個第一可編程相位值，相位累加器相位值輸出端與每個第一和第二正弦波發生器的一個輸入端相連；和，其中在一種第二操作模式下一個第一輸入信號和一個第二輸入信號與上變頻/調製器相連，方式為第一輸入信號經過第一選擇器與第一內插濾波器相連，第二輸入信號經過第二選擇器與第二內插濾波器相連；第一內插濾波器的輸出與第一可編程標定器相連；一個第一加法器，接收第一可編程標定器標定後的輸出值和一個第一相位值，加法器的一個第一相加輸出值與第一相位累加器相連，累加器的相位值輸出與第一正弦波發生器相連；第二內插濾波器的輸出與第二標定器相連；一個第二加法器，接收第二標定器一個標定後的輸出以及一個第二相位值，第二加法器輸出的一個第二相加值輸出與第二相位累加器相連，累加器的相位值輸出與第二正弦波發生器相連。
4.一種上變頻/調製通信信號的裝置包括從多個輸入信號選擇具有第一信號分量和第二信號分量的一個第一信號，或者各含有一個信號分量的第二信號和第三信號的裝置；如果選擇第一信號內插第一信號分量和第二信號分量，分別產生第一和第二內插信號分量的裝置；將第一內插信號分量與用於產生一正弦波信號的第一裝置輸出混頻，以產生第一混頻信號的裝置；將第二內插信號分量與用於產生一正弦波信號的第二裝置輸出混頻，以產生第二混頻信號的裝置；以及將第一，第二混頻信號相加的裝置；如果選擇第二個信號內插第二信號和第三信號，以產生第二，第三內插信號的裝置。由第一內插信號生成一個第一可編程相位值的裝置；由第三內插信號生成一個第二可編程相位值的裝置；以及分別由第二內插信號和第三內插信號生成一個第一正弦波輸出信號和一個第二正弦波輸出信號的裝置。
5.如權利要求4中的裝置，其中用於內插第二和第三信號的裝置包括內插第一和第二信號分量的裝置。
6.如權利要求6中的裝置，其中當選擇第二個和第三信號時，該裝置進一步包括用於編程標定第二內插信號的裝置和用於編程標定第三內插信號的裝置。
7.多種接入模式上變頻/調製器通信信號方法，包括以下各步選擇第一種接入模式下具有第一信號分量和第二信號分量的一個通信信號，或者第二種接入模式下的一對通信信號；選擇第一種接入模式的通信信號時內插第一分量和第二分量；將一個內插第一分量與一個第一正弦波信號，一個內插第二分量與第二正弦波信號混頻；以及將一個內插混頻後的第一信號分量和一個內插混頻後的第二信號分量相加；選擇一對通信信號時內插一對通信信號中的第一個信號和一對通信信號的第二個信號，將一個內插第一信號和一個第一可編程相位值，一個內插第二信號和一個第二可編程相位值分別相加；由相加的第一信號確定一個第一相位角，並由相加的第二信號確定一個第二相位角，由第一相位角生成一個第一正弦波，由第二相位角生成一個第二正弦波。
8.如權利要求7的方法在內插一對通信信號中的第一個信號和一對通信信號的第二個信號的步驟之後，進一步包括編程標定器，標定一個內插第一信號和一個內插第二信號。
9.一種多路接入數字發射機，包括多個信道處理器，用於接收處理將在多個通信信道中的一個信道上發射的通信信號，分別與多個通信信道的每一個相關的並與信道處理器相連的多個多路接入上變頻/調製器，用於根據多個接入方法中的一種把通信信號上變頻，調製到中頻信號；與多路接入上變頻/調製器相連接的多個數字加法器，用於對數字中頻信號做加法運算形成數字中頻信號子群。一個數字模擬轉換器，用於將數字中頻信號子群轉換成一模擬信號。與數字模擬轉換器相連接的一個無線頻率上變頻器，用於將模擬信號轉變為無線頻率信號；以及與上變頻器相連接的一個功率放大器，用於放大無線頻率信號並傳送該無線頻率信號到天線。
10.如權利要求9中的多路接入數字發射機，其中各個多路接入上變頻/調製器各包括具有多個輸入端和一個輸出端的一個第一選擇器和一個第二選擇器，各個第一選擇器和第二選擇器的輸出端分別與一個第一內插濾波器和一個第二內插濾波器相連接；第一內插濾波器的一個輸出選擇性地與一個第一混頻器和一個第一加法器相連接，進一步連接第一加法器以接收一個第一可編程相位值，加法器的輸出與一個第一相位累加器相連接；第一相位累加器的一個輸出與一個第一正弦波發生器相連接，並選擇性地與一個第二正弦波發生器相連接；第二內插濾波器的一個輸出選擇性地與一個第二混頻器和一個第二加法器相連接，進一步連接第二加法器，以接收一個第二可編程相位值，加法器的輸出與一個第二相位累加器相連接；各個第一和第二混頻器的一個輸出選擇性地分別與一個輸出加法器和第一和第二混頻器的輸入端相連接；第二相位累加器的一個輸出選擇性地與一個第二正弦波發生器相連接；由此在第一種操作模式下，輸出加法器的輸出為一個上變頻輸出信號，在第二種操作模式下，各個第一和第二正弦波發生器的一個輸出為調製的輸出信號。
全文摘要
一種多路接入數字上變頻/調製器包括與第一、第二內插濾波器(1610，1626)相連接具有多個輸入端和輸出端(1602，1604)的選擇器(1606，1608)。第一內插濾波器的輸出選擇性地與一個第一混頻器(1612)和一個第一加法器(1622)相連接，第一加法器同時接收一個第一相位值，輸出端與一個第一相位累加器(1616)相連接，相位累加器的輸出與一個第一正弦波發生器(1614)相連接，並選擇性地與第二正弦波發生器(1630)相連接。各個第一，第二混頻器的輸出選擇性地與一個輸出加法器(1634)和第一，第二混頻器的輸入端相連接。第二內插濾波器(1626)的輸出選擇性地與一個第二混頻器(1628)和一個第二加法器(1638)相連接，加法器也同樣接收一個第二相位值，輸出端與一個第二相位累加器(1640)相連接，相位累加器的輸出選擇性地與一個第二正弦波發生器相連接。
文檔編號H04B7/08GK1149941SQ96190283
公開日1997年5月14日 申請日期1996年2月29日 優先權日1995年4月3日
發明者艾倫·派屈克·羅廷豪斯, 丹尼爾·莫裡斯·盧爾, 尤達·伊汗達·盧齊 申請人:摩託羅拉公司