基站、接收子系統和信號處理方法
2023-04-24 03:14:06
專利名稱：基站、接收子系統和信號處理方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，更具體地，本發明涉及一種基站、一種接收子系統和一 種信號處理方法，用於改善光中繼器或無線中繼器的性能。
背景技術：
光纖中繼器廣泛用於碼分多址CDMA無線通信網絡中。光纖中繼器是成本有效的， 但是會在網絡中引入一些問題。這些問題之一是信源小區的收縮。目前，尚未提出解決信 源小區收縮問題的方法。基本上，目前的中繼器對於網絡而言是透明的，除了放大信號之外，不會改變信號 的任何特性。在圖ι中，模塊110是針對信源小區的基站(BTS)。模塊120是中繼器，該中 繼器實際上組合了本地單元和遠端單元。天線140用於本地覆蓋，而天線150用於遠端覆 蓋。模塊160是耦合器，用於將BTS 110和中繼器120相連。耦合器160具有埠 1、2和 3。在下行鏈路中，中繼器120對來自BTS 110的信號進行放大，並廣播給所有移動臺。在 上行鏈路中，中繼器120從移動臺接收信號，並饋送給BTS 110。由於信號和注入的噪聲都 被放大，因此BTS 110的有效噪聲係數(effective noise figure)將上升，因而使信源小 區的靈敏度劣化。因此，信源小區的覆蓋收縮成為中繼器的關鍵問題。假設CDMA基站中的調製解調晶片為了解調反向鏈路信號而需要的最小信號強度 是(Eb/No)mindB (典型值為4dB)，小區的噪聲係數是NF dB，則小區的反向靈敏度為Sensitivityl = -174+ (Bff) dB+NF+ (Eb/No)min-PG ；其中，-174 (dBm/Hz)是每Hz的熱噪聲功率；(Bff)tffi是帶寬，對於CDMA系統，帶寬為1228800Hz，因此(BW)tffl等於 IOlog (1228800) = 60.9dB ；NF是小區的噪聲係數，典型值為5dB ；PG是CDMA系統中的處理增益，對於9. 6Kbps比特率為21dB。基於以上數值，小區 的靈敏度為-174+60. 9+5+4-21 = -125. ldBm。在將中繼器與小區相連之後，信源小區的噪聲係數通常將至少劣化3dB，因此噪聲 係數變為NF+3 = 8dB。於是，可以獲得安裝有中繼器的小區的靈敏度Sensitivity2 = -174+ (Bff) dB+8+ (Eb/No) min-PG=-123. ldBm。這意味著，靈敏度將劣化3dB。也就是說，移動臺需要發送的功率要提高3dB，以實 現相同的小區覆蓋，或者對於相同的移動臺的發送功率，小區覆蓋將減半。
發明內容
本發明的目的是設置pre-LNA(前置低噪聲放大器)，以在連接中繼器之後，保持 整個信源小區的噪聲係數。pre-LNA和光中繼器的RF需求稍後描述。
根據本發明的實施例，提出了一種基站，包括天線，用於接收來自本地小區的信 號；前置低噪聲放大器(pre-LNA)，用於以預定增益對接收到的信號進行放大；耦合器，與 pre-LNA、針對遠端小區的中繼器、和基站的處理單元相連，用於將來自pre-LNA和中繼器 的信號耦合到處理單元中；以及處理單元，用於處理來自耦合器的信號。優選地，在連接中繼器之後，本地小區的噪聲係數保持不變。優選地，根據耦合器的從與pre-LNA相連的埠到與處理單元相連的埠的增 益、耦合器的從與中繼器相連的埠到與處理單元相連的埠的增益、以及pre-LNA、中繼 器和本地小區的噪聲係數，確定pre-LNA的預定增益與中繼器的增益之間的比率。優選地，將處理單元中包含的低噪聲放大器的增益降低pre-LNA所提供的預定增 益，以保持整個系統的增益不變。優選地，天線還用於將信號發送到本地小區，並且所述基站還包括第一和第二雙 工器，其中第一雙工器與天線和pre-LNA相連，第二雙工器與pre-LNA和耦合器相連，第一 雙工器還經由不經過pre-LNA的分離鏈路與第二雙工器相連；其中，順序經過天線、第一雙 工器、pre-LNA、第二雙工器、耦合器和處理單元的路徑形成了基站的接收路徑，而順序經過 處理單元、第二雙工器、第一雙工器和天線的分離路徑形成了基站的發送路徑。優選地，中繼器是光中繼器或無線中繼器。優選地，所述基站用於CDMA、WCDMA、TD-SCDMA或GSM方案。根據本發明的另一實施例，提出了一種基站的接收子系統，包括天線，用於從本 地小區接收信號；前置低噪聲放大器(pre-LNA)，用於以預定增益對接收到的信號進行放 大；耦合器，與pre-LNA、針對遠端小區的中繼器、和接收子系統的處理單元相連，用於將來 自pre-LNA和中繼器的信號耦合到處理單元中；以及處理單元，用於處理來自耦合器的信 號。根據本發明的又一實施例，提出了一種用在基站中的信號處理方法，包括步驟通 過基站的天線，接收來自本地小區的信號；通過基站的前置低噪聲放大器(pre-LNA)，以預 定增益對接收到的信號進行放大；通過基站的耦合器，將來自pre-LNA的已放大信號和來 自針對遠端小區的中繼器的信號耦合到基站的處理單元中；以及在處理單元中，處理耦合 後的信號。
在結合附圖閱讀以下關於本發明非限制性實施例的詳細描述時，本發明的上述以 及其它目的、特徵和優點將更加清楚，附圖中圖1(已描述)是示出了光中繼器的傳統連接結構的示意圖；圖2是示出了根據本發明的系統結構的方框圖；圖3也是示出了根據本發明的系統結構的方框圖，但是，其中耦合器的增益gl3和 g23被併入增益Gl和G2並相應地被表示為G1，和G2，；以及圖4是示出了根據本發明的系統結構的方框圖。
具體實施例方式下面，將結合附圖來描述本發明。在以下的描述中，一些特定的實施例僅用於說明的目的，不應該被理解為對本發明的任何限制，而僅應作為示例。為了簡明，省略了與理解 本發明無關的傳統結構或構造。覆蓋收縮的原因在於在將中繼器連接到小區之後，信源小區的噪聲係數會增加。 本發明在BTS針對信源小區的接收鏈路中加入pre-LNA (前置低噪聲放大器)，如圖2所示。 圖2用於以非限制性的方式解釋本發明的原理。在圖2中，示出了四個部分BTS 210、中繼器220、耦合器260和根據本發明而添 加的pre-LNA 230。如圖所示，在括號中標出了噪聲係數(F1，F2，F3)和增益(G1，G2，G3)。 需要獲得組合後的系統的有效噪聲係數的計算方法。模塊260是無源耦合器，具有三個埠 埠 1、埠 2和埠 3。假設埠 1和端 口 3之間的增益是gl3，埠 2和埠 3之間的增益是g23。根據作者David F. WAIT、題為 "Thermal Noise from aPassive Linear Multiport", IEEE, MIF16, NO. 9, Sep.1968 白勺t 獻，耦合器自身在埠 3處產生的有效噪聲溫度T3, self是T3jself= (l-g23-gl3)T0其中，Ttl是參考溫度。埠 2與具有噪聲係數F2和增益G2的中繼器220相連。 如果中繼器220理想端接，則中繼器220可產生熱噪聲溫度Trepeato Trepeater = T0F2G2如果埠 2的連接在中繼器220和耦合器260之間實現理想的匹配，則從埠 2
注入埠 3的熱噪聲Tp t_23可以表示為Tport_23 = T3, seif+g23*Trepeater= (l-g23-gl3)T0+g23F2G2T0因此，從埠 1到埠 3的有效噪聲係數Fp t_13為 於是，圖2中的系統可以等效地描述為三個模塊的級聯配置具有噪聲係數Fl和 增益Gl的pre-LNA 230、具有噪聲係數Fp。rt_13和增益gl3的從埠 1到埠 3的等效模塊、 和具有噪聲係數F3和增益G3的BTS 210。根據級聯公式 其中，FU Gl ；F2、G2 ；F3、G3和F4是級聯繫統的RF組件的噪聲係數和增益，從 pre-LNA 230到BTS 210的總噪聲係數Fe,。ell為
剛U +舉湯 使用相同的方法，中繼器的有效噪聲係數為
上面兩個公式給出了中繼器和信源小區的有效噪聲係數的精確計算方法。為了簡 化計算並獲得工程結果，需要對公式進行簡化。在實際的配置環境中，耦合器260必須具有較高的耦合器損耗，因此從埠 1到端 口 3的損耗非常小，可以忽略。從埠 1到埠 3的典型損耗為0. 2dB，而從埠 2到埠 3的損耗為40dB。也就是說，gl3 = 0. 955，g2 = 0. 0001,因此 gl3和g23實際上可以「併入」Gl和G2，以Gl，和G2，表示，這樣，可以獲得 其中Gl' = gl3GlG2『 = g23G2如圖3所示，Fl和G1，分別表示pre-LNA 330的噪聲係數和增益，F2和G2，分別 表示中繼器320的噪聲係數和增益，F3表示BTS 310的噪聲係數；Fe, cell表示BTS 310 (從 pre-LNA到信源小區)的有效噪聲係數，Fe, repeatCT表示中繼器320 (從中繼器到信源小區) 的有效噪聲係數。圖3可以用於示出已將gl3和g23併入Gl和G2並表示為G1，和G2，的簡化系統 配置。以下章節將試圖找出該系統配置的優化解決方案。首先，在連接中繼器之後，信源小區的噪聲係數要保持不變。於是，小區310的噪 聲係數F3應該等於其在連接中繼器之後的有效噪聲係數Fbts,rff。這裡，可以獲得等式(3)。
3)其次，應該使中繼器的有效噪聲係數最小。根據等式⑵和(3)，可以獲得 假設增益比為
⑷ 則有Fe,repeater = k*F3(6)為了優化中繼器的有效噪聲係數F c repeater，應該使增益比k最/J·根據等式(3)和(5)，可以獲得等式(7)
必須滿足以下不等式 k必須滿足不等式(8)且具有最小值，以獲得有效中繼器的最低有效噪聲係數。F2 和F3是系統的已知值，Fl由於是信源小區的第一級而必須具有較低值。在規定了 Fl和k 之後，可以按照等式⑵計算G2』。然後，也可以計算出G1』。最後，可以按照(1)和(2)計 算出信源小區和中繼器的有效噪聲係數。作為示例，儘管無法精確地定義pre-LNA的噪聲係數，但是根據常見的LNA產品， 其範圍應該在1. 2dB和1. SdB之間。表1示出了針對不同的噪聲係數Fl的計算結果表 1 k必須大於表中的下限，並且必須儘可能地小，以使中繼器的有效噪聲係數最低。 在表1中，實際的k值比最小值大0.5dB，以便為G1』和G2』的增益變化留有裕度。根據上 表，使用pre-LNA方法，對於最佳場景，有效信源小區噪聲係數可以保持不變，而中繼器的 噪聲係數僅劣化大約2. SdB0因此，作為接收子系統包含在BTS中的信源小區接收機具有不 變的性能，而中繼器也可以獲得良好的性能。
以上描述僅考慮了接收路徑，實際上，信源小區還同時發送前向鏈路信號。因此， 如圖4所示，需要兩個雙工器。在圖4中，模塊410是信源小區的BTS，模塊460是耦合器。 光中繼器的本地單元被標記為模塊4201，遠端單元被標記為模塊4202。光纖是模塊4203。 模塊440是針對本地覆蓋的BTS發射/接收天線，而模塊450是針對遠端覆蓋的中繼器天 線。pre-LNA被標記為430，在pre-LNA 430前後添加了兩個雙工器雙工器470和雙 工器480。這兩個雙工器470和480可以分離針對信源小區的發送路徑和接收路徑，因此 可以將pre-LNA 430插入接收路徑中。基於上述配置，Fl、G1，可以是雙工器480、pre-LNA 430和雙工器470的級聯子系統的總噪聲係數和增益。在實際系統實現中，信源BTS中的LNA的增益應該降低與pre-LNA有關的Gl，dB， 以保持相同的系統增益預算。儘管本發明描述了光中繼器，本發明也可用於無線中繼器，因為無線中繼器也向 信源小區中注入了噪聲。儘管本發明使用CDMA光中繼器作為示例，實際上，本發明的解決 方案可用於諸如WCDMA、TD-SCDMA和GSM的其它系統。上述實施例僅用作示例的目的，而非限制本發明。本領域技術人員可以在不背離 本發明的範圍和精神的前提下，對實施例進行各種修改或替換，但這些修改或替換仍將落 入由所附權利要求所限定的範圍。
權利要求
一種基站，包括天線，用於接收來自本地小區的信號；前置低噪聲放大器，用於以預定增益對接收到的信號進行放大；耦合器，與前置低噪聲放大器、針對遠端小區的中繼器、和基站的處理單元相連，用於將來自前置低噪聲放大器和中繼器的信號耦合到處理單元中；以及處理單元，用於處理來自耦合器的信號。
2.根據權利要求1所述的基站，其中，在連接中繼器之後，本地小區的噪聲係數保持不變。
3.根據權利要求1或2所述的基站，其中，根據耦合器的從與前置低噪聲放大器相連的 埠到與處理單元相連的埠的增益、耦合器的從與中繼器相連的埠到與處理單元相連 的埠的增益、以及前置低噪聲放大器、中繼器和本地小區的噪聲係數，確定前置低噪聲放 大器的預定增益與中繼器的增益之間的比率。
4.根據權利要求1 3之一所述的基站，其中，將處理單元中包含的低噪聲放大器的增 益降低所述前置低噪聲放大器所提供的預定增益，以保持整個系統的增益不變。
5.根據權利要求1 4之一所述的基站，其中，天線還用於將信號發送到本地小區，並且所述基站還包括第一和第二雙工器，其中第一雙工器與天線和前置低噪聲放大器相連，第二雙工器與 前置低噪聲放大器和耦合器相連，第一雙工器還經由不經過前置低噪聲放大器的分離鏈路 與第二雙工器相連；其中，順序經過天線、第一雙工器、前置低噪聲放大器、第二雙工器、耦合器和處理單元 的路徑形成了基站的接收路徑，而順序經過處理單元、第二雙工器、第一雙工器和天線的分 離路徑形成了基站的發送路徑。
6.根據權利要求1 5之一所述的基站，其中，中繼器是光中繼器或無線中繼器。
7.根據權利要求1 6之一所述的基站，其中，所述基站用於CDMA、WCDMA,TD-SCDMA 或GSM方案。
8.一種基站的接收子系統，包括 天線，用於從本地小區接收信號；前置低噪聲放大器，用於以預定增益對接收到的信號進行放大； 耦合器，與前置低噪聲放大器、針對遠端小區的中繼器、和接收子系統的處理單元相 連，用於將來自前置低噪聲放大器和中繼器的信號耦合到處理單元中；以及 處理單元，用於處理來自耦合器的信號。
9.根據權利要求8所述的接收子系統，其中，在連接中繼器之後，本地小區的噪聲係數 保持不變。
10.根據權利要求8或9所述的接收子系統，其中，根據耦合器的從與前置低噪聲放大 器相連的埠到與處理單元相連的埠的增益、耦合器的從與中繼器相連的埠到與處理 單元相連的埠的增益、以及前置低噪聲放大器、中繼器和本地小區的噪聲係數，確定前置 低噪聲放大器的預定增益與中繼器的增益之間的比率。
11.根據權利要求8 10之一所述的接收子系統，其中，將處理單元中包含的低噪聲放大器的增益降低所述前置低噪聲放大器所提供的預定增益，以保持整個系統的增益不變。
12.根據權利要求8 11之一所述的接收子系統，還包括第一和第二雙工器，其中第一雙工器與天線和前置低噪聲放大器相連，第二雙工器與 前置低噪聲放大器和耦合器相連，第一雙工器還經由不經過前置低噪聲放大器的分離鏈路 與第二雙工器相連；其中，順序經過天線、第一雙工器、前置低噪聲放大器、第二雙工器、耦合器和處理單元 的路徑形成了接收子系統的接收路徑。
13.根據權利要求8 12之一所述的接收子系統，其中，中繼器是光中繼器或無線中繼ο
14.根據權利要求8 13之一所述的接收子系統，其中，所述基站用於CDMA、WCDMA, TD-SCDMA 或 GSM 方案。
15.一種用在基站中的信號處理方法，包括步驟通過基站的天線，接收來自本地小區的信號；通過基站的前置低噪聲放大器，以預定增益對接收到的信號進行放大；通過基站的耦合器，將來自前置低噪聲放大器的已放大信號和來自針對遠端小區的中 繼器的信號耦合到基站的處理單元中；以及在處理單元中，處理耦合後的信號。
16.根據權利要求15所述的用在基站中的信號處理方法，其中，在連接中繼器之後，本 地小區的噪聲係數保持不變。
17.根據權利要求15或16所述的用在基站中的信號處理方法，其中，根據耦合器的從 與前置低噪聲放大器相連的埠到與處理單元相連的埠的增益、耦合器的從與中繼器相 連的埠到與處理單元相連的埠的增益、以及前置低噪聲放大器、中繼器和本地小區的 噪聲係數，確定前置低噪聲放大器的預定增益與中繼器的增益之間的比率。
18.根據權利要求15 17之一所述的用在基站中的信號處理方法，其中，將處理單元 中包含的低噪聲放大器的增益降低所述前置低噪聲放大器所提供的預定增益，以保持整個 系統的增益不變。
19.根據權利要求15 18之一所述的用在基站中的信號處理方法，其中，中繼器是光 中繼器或無線中繼器。
20.根據權利要求15 19之一所述的用在基站中的信號處理方法，其中，所述信號處 理方法用於CDMA、WCDMA, TD-SCDMA或GSM方案。
全文摘要
本發明提出了一種新的解決方案，以在將中繼器與信源小區相連時保持信源小區的接收靈敏度。因此，中繼器不會影響信源小區的接收性能。根據本發明，提出了一種基站，包括天線，用於接收來自本地小區的信號；前置低噪聲放大器(pre-LNA)，用於以預定增益對接收到的信號進行放大；耦合器，與pre-LNA、針對遠端小區的中繼器、和基站的處理單元相連，用於將來自pre-LNA和中繼器的信號耦合到處理單元中；以及處理單元，用於處理來自耦合器的信號。根據本發明，還提出了一種基站的相應接收子系統和用在基站中的相應的信號處理方法。此外，本發明還可用於常見的無線系統，以改善網絡性能。
文檔編號H04B7/14GK101884177SQ200780101573
公開日2010年11月10日 申請日期2007年11月21日 優先權日2007年11月21日
發明者史蒂芬·蕭, 謝海榮 申請人:朗訊科技公司