CN1053542C - 在通信系统中发射机输出的多腔调谐 - Google Patents

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Abstract

基站(304)组合了基带跳频和快速合成器跳频，产生一种经济的跳频通信系统(300)。基站(304)组合了具有基带跳频的发射机(307-309)的快速合成器跳频能力，产生一种跳频通信系统(300)，该系统能对由纯基带跳频通信系统(200)中的发射机(208-213)服务的用户相同数目的用户提供服务，但仅利用较少的发射机(307-309)。实现具有低损耗的选频腔(312-317)，进一步去除了在纯快速合成器跳频通信系统(100)所受到的发射信号的功率损耗。

Description

在通信系统中发射机输出的多腔调谐
本发明一般涉及通信系统，更为具体地讲，是涉及跳频蜂窝无线电话系统。
在通信系统中，更具体地讲在蜂窝无线电话系统中，跳频通过减小整个系统的干扰被用于增加用户的容量。一种这样的跳频技术，即快速合成器跳频用于实现用户容量的少量增加。快速合成器跳频允许一个单一的发射机在任意数目的频率上跳频。为了提供在一个网孔中的多个载波(即增加用户容量)，在发射机的输出端所发射的信号是利用宽带混合组合器进行组合的。遗憾的是，这些宽带混合组合器每段的组合至少提供3dB的损耗。因此，发射机所发射的信号的功率损耗随所提供的信道数目而增加。
另外一种用于高容量应用的跳频技术是基带跳频。基带跳频用于实现用户容量大量的增加。在基带跳频中，固定频率的发射机(即不是快速合成器跳频的发射机)通过一些选频谐振腔与天线相互连，来实现发射机发射的信号的低损耗组合。跳频是将基带信息分配到具备适当同步的所有发射机实现的。同样遗憾的是，跳频的数目受到了所使用的固定频率发射机数目的限制。
本发明的一个目的是提供一种跳频通信系统中的基站，和一种跳频通信系统中的传输方法。
本发明的有益效果是，跳频可以在许多频率上进行，能产生中等范围用户容量的增加，并且降低了所发射的信号的功率损耗。
在通信系统中的一个基站场地中包括一个发射机，用来在一个输出端发射可变频率的信号，和至少第一和第二谐振腔分别调谐到第一和第二频率，该第一和第二谐振腔，每个都具有作为发射机输出端的输入端和具有与一个公共天线相耦合的输出端。
图1一般性地表示实现快速合成器跳频的基站(base-site)。
图2一般性地表示实现基带跳频的基站。
图3一般性地表示按照本发明实现减轻发射机功率损耗的中等范围容量的经济的跳频的基站。
图4一般性地表示按照本发明的如何将频率F1-F6的传输分配给三个用户。
图5一般性地表示按照本发明的如何将频率F1-F6和一个专用广播控制信道(BCCH)频率分配给三个用户。
图1一般性地表示以执行快速合成器跳频的基站104实现的通信系统100。如图1所示，移动业务交换中心(MSC102)将基站104连接到公共电话交换网(PSTN)。MSC102经一条时分复用(TDM)总线106连接到多个发射机108-111。TDM总线106是在现有技术中众所周知的，它可以是Kotzin等人作为发明人的美国专利5,081,641中所描述的那种类型的总线。接下来，发射机108-111是具有发表在1990年3月GSM5.05建议、3.11.0方案所描述的性能特点的时分多址(TDMA)发射机。从发射机108-111的输出被输入到3dB宽带混合组合器112-114，该组合器提供由发射机108-111发射信号的宽带频率组合。在本优选实施例中，发射机108-111发射具有935MHz至960MHz频率范围频率的信号。因此，3dB混合组合器112-114能够组合具有那一范围内频率的信号。离开3dB混合组合器114的组合后的信号最终被经由公共的天线115发射到各个用户(未示出)。
在快速合成器跳频期间，TDM总线106提供了一种媒介，在该媒介中，打包化的信息(在TDM系统的各个时隙之中)从MSC102被分配到发射机108-111，以便于发射。发射机108-111接收打包化的信息，和在一个特定的时隙期间在预定的一个频率上发射。在一个接着发生的时隙中，一个特定的发射机，例如发射机108将在一个时隙之中以一个频率向一个用户进行发射，而后在后面的一个时隙中，以不同的频率向同一个或不同的一个用户进行发射。对于本技术领域的普通技术人员来讲十分清楚，发射机108-111从时隙到时隙连续地改变频率，或跳频。
当要求增加少量用户容量时，图1的基站104提供足够的性能。为了举例的目的，图1的基站104被描述为提供三个不同装置的载波(频率)(外加一个不跳频的广播信道(BCCH)载波频率)。对于本技术领域的普通技术人员来说十分清楚，这种配置将在任意数目的不同载波情况下工作。然而，在这种配置中，由发射机109-111发射的每个频率由于组合器112-114的存在，都将经受至少6dB的损耗。因为发射机109-111在发射机功率上经受如此严重的损耗，所以网孔的实际大小或者发射机109-111服务的覆盖面积被大大地减小了。这进而又减小了每个复盖面积的容量，它基本上抵消了由图1所描述的快速合成器跳频配置组态实现的容量增益。
图2一般性地描述了由基带跳频实现的基站204。如图2所描述，MSC102和TDM106可以与图1所描述的那些设备相似。另外，与TDM总线106相连接的是发射机207-213。为了保持与上面图1所描述的例子的一致性，基站场地204要求至少在六个频率上跳频。因此，要求6个发射机208-213(BCCH发射机207除外)和六个频率响应装置，在该优选实施例中它们是选频谐振腔216-221(用于BCCH频率的选频谐振腔215除外)。选频腔216-221在安装到网孔场地之前，谐调到预定频率F1-F6。因此，发射机208-213仅可以发射分别具有频率F1-F6的信号。若发射机208-213分别发射任何F1-F6以外的其他频率，则选频腔216-221将拒绝这些信号。
为了实现利用基站204的基带跳频，由MSC102向TDM总线发送的打包化信息被同步，并且为了经由公共天线115的传送而选定适当的发射机208-213。在基带跳频期间，发射机208-213不改变频率；每个发射机208-213被固定在与选频腔216-211相调谐的预定频率F1-F6上。基带跳频是当含有对于一个单个用户的信息的打包化信息被选定给不同发射机208-214的时候发生的。例如，从一个特定的发射机，比如说发射机208，在一个特定的时隙中所接收的基带信息可能是针对某一个特定用户的。在后面的一个时隙中，由不同的发射机，比如说发射机209接收的打包化信息可能是针对同一用户的。按照这样的过程不断进行，而当每一个停留在一个固定的频率时，发射在208-213依次(在连续的时隙期间)发送信息到一个特定的用户。显然，可以确定一种跳频模式，以便同时为多于一个的用户服务。但是，利用六个分离的发射机208-213在仅六个频率上执行基带跳频是一种极为昂贵的解决方案。
图3一般性地描述了按照本发明的实现减轻发射信号的损耗，用于中等范围用户容量增加的经济跳频的基站304。按照图3所描述的，MSC102和TDM总线106是与图1和图2所描述的那些设备相类似的。另外图3描述的是发射机306-309和选频腔311-317。发射机306-309每个都能在其输出端发射可变频率信号。如图所示，仅三个发射机307-309用于与六个选频腔312-317相连接，在六个不同频率上提供跳频。显然，通过为每个发射机互联多个选频腔，就能实现在更多的频率上跳频。每个发射机307-309具有其分别输入到一组选频腔312-313、314-315和316-317的输出端。在这一组选频腔的每个选频腔都被调谐到第一和第二预定频率并具有与公共天线115相耦合的一个输出端。为了按照本发明提供跳频，每个发射机307-309在一个预定频率上发射一个信号，以便在同一时间没有公共的预定频率经公共天线115被发射。
在图3所示的通信系统300中是按以下方式实现跳频的。每个发射机307-309利用一个合成器能够实现快速合成器跳频，该合成器能够产生从时隙到时隙所要求的输出频率。例如，发射机307能够从时隙到时隙在F1和F2之间进行频率转换。当打包化信息被送到发射机307时，发射机307或者在F1发射或者在F2发射，但是不能同时在两者上发射。这种相同的过程也出现在发射机308和309，并且许多其他的发射机可以用于通信系统300。在一个后面的时隙中，打包化信息输入到发射机307，和在该打包信息中的一个消息指令发射机307在那个后面的时隙期间在F2上发射一个信号。取决于跳频模式，发射机307可以在频率F1和F2之间跳频，或者取决于通信系统300对跳频的要求可以简单地持续调谐在F1和F2上。
图4一般性地表示按照本发明如何将传输频率F-F6分配给三个用户的传输。在优选实施例中，每个发射机307-309发射一个包括服务多达八个不同用户的八个时隙的载波。十分明显，多于24个用户(在本例中8个时隙乘以3个发射机)也可以由通信系统300在任何时间予以服务，仅仅要求向该系统增加更多的发射机；然而，可以耦合到特定发射机307-309的输出端的选频腔的数目是没有真正的限制。如图3所描述的通信系统300的优点是，在保持来自发射机307-309输出的要求/希望功率电平的同时，能够实现图1的通信系统100容量的增加。选频腔312-317是低损耗腔，该腔不存在对所发射信号的3dB损耗。因为选频腔是低损耗的，所以图3的基站304可以装有耦合到多于两个选频腔的具体一组选频腔的发射机307-309。
回到图4，其中描述了许多种跳频序列之一，这种序列可以按照本发明用于例如三个用户服务的跳频传输。如图4所示，在图中所看到的用户1、2和3，表示用户1、2和3具有F1-F6的传输频率系列。例如在一个同步时隙中(每个用户1、2和3将视为公共传输的一个时隙)例如时隙401，用户1将由发射机307在频率F1上经由选频腔312来服务。在相同的时隙期间(并非物理上相同的时隙，相同是指它们是同步的)，第二个用户，用户2将由发射机308在频率F3上经由选频腔313来服务。同样，用户3将由发射机309在频率F5上经选频腔316来服务。在后面的一个时隙402中，发射机207-209将快速合成器跳频到预定的频率组的另外一组预定频率上(例如发射机307将跳频到F1和F2一组频率中的F2上)。因此，在时隙402期间，用户1将由发射机307经选频腔313在频率F2上服务，用户2由发射机308经选频腔313在频率F4上服务，而用户3由发射机309经选频腔317在频率F6上服务。在从时隙402向时隙403转变期间，基站304将如此地进行基带跳频，以致使每个发射机307-309将服务于与前两个时隙不同的用户。例如，在时隙403期间，用户1将由发时机308经选频腔314和频率F3来服务。同样，用户2将由发射机309经选频腔316在频率F5来服务，而现在用户3将由发射机307经选频腔312在频率F1来服务。
明显地注意到图4表示基带信息分配能力的必要性。也就是说，在所有的发射机上要求用户的信息。还可以注意到，不会出现F1与F2，F3与F4，或F5与F6的组合的时间。这是需要的，因为那样的组合仅提供一个发射机用于一组预定的频率。
如图3所示，BCCH发射机306和相应的BCCH选频腔311也耦合到公用天线315上。一般来说，在诸如通信系统300这样的TDMA通信系统中，通过BCCH发射机306的传输必须发生在一个专用时隙期间。在GSM数字电话系统的优选实施例中，该专用时隙是一个8时隙帧的0时隙。对于该优选实施例的成帧结构上的多信息，基准是由1990年1月出版的GSM5.01建议的3.3.1方案建立的。继续保持与上面的例子中在六个频率范围的跳频的一致性，图5表示由图5中每7个时隙中Fb标注的BCCH频率上信号的传输。可以看到，在时隙501期间，用户1接收由BCCH发射机306经选频腔311在FBCCH上发射的BCCH信号。用户2由发射机307经选频腔313在频率F2上服务，而用户3由发射机308经选频腔315在频率F4上服务。对于本技术领域的普通技术人员来说十分清楚，后面的时隙502、503和其他的则如上文所述，经由基带跳频和快速合成器跳频的组合服务用户1、2和3。另外，值得注意的是，上述的逐渐减少的原则(在一组选频腔中的每个选频腔之间)是永远不能违反的。在这种方式中，基跳频和快速合成器跳频的各部件组合起来，提供一种不影响发射机307-309发射信号的功率电平(没有3dB混合组合器)的经济的(发射机的数目减少一半的)跳频解决方案。
因此，对于本技术领域的技术人员是十分清楚的，按照本发明提供了用于通信系统中的发射机输出的多调谐腔的一种方法和设备，从而全面地满足了上文所列举的各个目的、目标和优点。
尽管对本发明已经结合其具体的实施例进行了描述的时刻，对于本技术领域的技术人员而言根据上文的描述做出多种改变、改进和变化是十分明显的。因此试图将所有那些改变、改进和变化将包括到后附的各权利要求之中。

Claims (4)

1.一种在跳频通信系统中的基站，该基站包括：
多个发射机，每个发射机在输出端发射频率可变的信号；和
一组耦合到每个发射机的输出端的频率响应装置，用于有选择地调谐所发射信号的频率，在一组频率响应装置中的每个频率响应装置被调谐到一个预定的频率上并具有耦合到公共天线的输出端；
从而，每个发射机在一个预定的频率上发射一个信号，以便使在同一时间没有公共的预定频率经公共天线被发射。
2.按照权利要求1的基站，其中在一组频率响应装置中的每个频率响应装置被调谐到与该组频率响应装置中的其他任何频率装置不同的频率上。
3.一种在跳频通信系统中的传输方法，该方法包括以下步骤：
经由一个发射机在一个输出端发射第一和第二可变频率信号；和
有选择地频率调谐该第一和第二可变频率信号，以便经由一个公共的天线进行传输。
4.按照权利要求3的方法，其中有选择地频率调谐第一和第二可变频率信号的步骤还包括通过分别调谐到第一和第二可变换率的第一和第二固定频率谐振腔有选择地调谐第一和第二可变频率信号。
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