无线系统中的收发机操作

本发明涉及一种方法和一个装置，用于在诸如第三代移动系统之 类的无线系统中实现收发机操作。

第三代移动通信系统UMTS(通用移动通信系统)的目标是实现 不同通信子区之间的成功集成。UMTS以扩展频谱技术为基础，以前 曾用于军事应用中。在扩展频谱技术中，几个用户能够同时使用相同 的频段。由UMTS构成的扩展频谱技术通常会通过WCDMA(宽带 码分多址)技术实现。与GSM等技术相比，UMTS中的潜在数据 传输能力会更高些。

通常会将移动系统中的基站分成几个部分，以增强收发机的操作。 在现有技术中，具有不同载波的两个部分的发射机功能是使用不同的 发射机来实现的。每个由部分专用的发射机由一个发射机单元、一个 功率放大器、一个滤波单元以及这些单元之间的电缆构成。所述的分 立结构的缺点在于：由于组件数量多而造成的高成本以及分立结构中 所要使用的不同的电缆。要使传输损耗降到最小，那么就要在基站中 使用较粗且昂贵的电缆。特别是由于功率放大器的尺寸很大，于是分 立的结构也得要求相对多的空间。基于WCDMA技术的无线系统要 求使用昂贵而且复杂的线性放大器作为发射机中使用的功率放大器。 每个发射机都需要一个单独的线性放大器是一个非常严重的缺点。

通常，接收机还会与所述的由部分专用的发射机相连，即，涉及 到收发机。收发机的接收操作可通过使用分集实现；所谓分集，就是 两个或多个接收机同时从相同的部分进行接收。分集的利用方式可以 是：通过比较接收到的信号，从所需的信号中去除伪信号。这就意味 着，所述的与发射机部分相关联的缺陷也存在于接收部分中，而且当 在实施接收过程中使用分集时会进一步增强。每个部分的收发机还要 求有接收机放大器和电缆，从而进一步增加了成本。

因此，本发明的目标就是实现一种方法以及一个用以实现该方法 的装置，以便解决上述问题。可用一种用于在基站中实现发射机操作 的装置来达到此目的，该装置包括一个对要发射的信号进行放大的功 率放大器。装置中的功率放大器是一个多频放大器，装置在不同的部 分中包括至少两个发射机单元，用于以不同的频率生成信号，这两个 发射机与同一个多频放大器相连，装置中还包括一个滤波单元，该单 元包括用于要传输的信号的发射机滤波器，装置中还包括一个独立的 电缆，用于在多频放大器和滤波单元之间传输信号，装置在不同的部 分中还包括至少两个天线，用于向它们的部分传输信号，以及至少两 条天线电缆，每个天线均通过其天线电缆与滤波单元中该天线的发射 机滤波器相连。

本发明还涉及一个装置，用以在基站中实现发射机操作，该装置 包括一个对要发射的信号进行放大的功率放大器，以及对接收的信号 进行放大的第一接收机放大器。装置中的功率放大器是一个多频放大 器，装置在不同的部分中包括至少两个发射机单元，用于以不同的频 率生成信号，这两个发射机与同一个多频放大器相连，装置包括一个 用作滤波器的滤波结构，该结构中包括至少两个不同的发射机滤波器 和至少两个不同的接收机滤波器，用于对要发射和要接收的信号进行 滤波，装置在不同的部分中包括至少两个天线，用于发射和接收信号， 以及至少两条天线电缆，每个天线均通过其天线电缆与滤波结构中的 至少一个发射机滤波器和至少一个接收机滤波器相连，装置包括一个 滤波单元，用以对接收的信号进一步滤波，装置包括一个第一接收机 放大器，与至少两个由部分专用的接收机放大器相连，装置还包括一 个独立的电缆，用于在多频放大器和滤波单元间、在滤波单元和滤波 结构间以及在滤波单元和第一接收机放大器间传输信号。

本发明还涉及一个用于在基站中实现接收机分集收发机操作的装 置，该装置包括一个对要发射的信号进行放大的功率放大器，以及对 接收的信号进行放大的第一接收机放大器。装置中的功率放大器是一 个多频放大器，装置在不同的部分中包括至少两个发射机单元，用于 以不同的频率生成信号，这两个发射机与同一个多频放大器相连，装 置包括一个用作滤波器的滤波结构，该结构中包括至少两个不同的发 射机滤波器和至少两个不同的接收机滤波器，用于对要发射和要接收 的信号进行滤波，装置在不同的部分中包括至少两个天线和天线电缆， 每个天线均通过其天线电缆与滤波结构中的至少一个发射机滤波器和 至少一个接收机滤波器相连，装置包括一个滤波单元，用以对接收的 信号进一步滤波，装置包括一个第一接收机放大器，与至少两个由部 分专用的接收机放大器相连，装置还包括一个独立的电缆，用于在多 频放大器和滤波单元间、在滤波单元和滤波结构间以及在滤波单元和 第一接收机放大器间传输信号，装置在所述的部分中还包括至少一个 接收机分支，与所述由部分专用的接收机放大器相连。

本发明还涉及一种在基站中实现发射机操作的方法，在该方法中， 功率放大器对要发射的信号进行放大。此外，在该方法中，在不同部 分中的至少两个发射机单元向充当功率放大器的同一个多频放大器发 射频率不同的信号，被多频放大器放大后的信号通过独立的电缆传输 给滤波单元，滤波单元对信号滤波并传送给由部分专用的天线。

本发明还涉及一种在基站中实现收发机操作的方法，在该方法中， 功率放大器对要发射的信号进行放大，第一接收机放大器对接收信号 进行放大。此外，在该方法中，在不同部分中的至少两个发射机单元 向充当功率放大器的同一个多频放大器发射频率不同的信号，被多频 放大器放大后的信号通过独立的电缆从多频放大器传输到滤波结构， 滤波结构至少滤出两个频率不同的要发射信号，由部分专用的天线发 射频率不同的要发射信号，并接收频率不同的接收信号，滤波结构至 少滤出两个频率不同的接收信号，滤波单元对接收的信号进一步滤波， 滤波后的接收信号沿独立的电缆通过滤波单元从滤波结构发送到对所 述信号进行放大的那个第一接收机放大器，于是，从不同部分收到的 信号都传输到由部分专用的接收机放大器。

本发明还涉及一个在基站中实现接收机分集收发机操作的方法， 在该方法中，功率放大器对要发射的信号进行放大，第一接收机放大 器对接收信号进行放大。此外，在该方法中，不同部分中的至少两个 发射机单元向充当功率放大器的同一个多频放大器发射频率不同的信 号，被多频放大器放大后的信号通过独立的电缆从多频放大器传输到 滤波结构，滤波结构至少滤出两个频率不同的要发射信号，由部分专 用的天线发射频率不同的要发射信号，并接收频率不同的接收信号， 滤波结构至少滤出两个频率不同的接收信号，滤波单元对接收的信号 进一步滤波，滤波后的接收信号沿独立的电缆通过滤波单元从滤波结 构发送到对所述信号进行放大的那个第一接收机放大器，于是，从不 同部分收到的信号都传输到由部分专用的接收机放大器，来自所述部 分的信号至少会在一个接收机分支处收到，于是接收的信号就从此处 传输到所述由部分专用的接收机放大器。

本发明的优选实施例将在独立权利要求中公开。

本发明的思想是：不同部分中的至少两个发射机单元向充当功率 放大器的同一个多频放大器发射频率不同的信号，而且多频放大器对 所述的信号进行放大。信号放大后，信号沿独立的电缆传输到滤波单 元，在其中，由部分专用的发射机滤波器对放大后的信号进行滤波， 滤出的信号进入其各自部分的天线分支中，在这些分支中，信号又沿 由部分专用的天线电缆传输给由部分专用的天线。

本发明还有一个思想：用滤波结构中由部分专用的发射机滤波器 对不同频率的信号进行滤波，这些信号通过至少两个不同部分中的发 射机单元传输到多频放大器并由多频放大器进行放大，其中，从部分 接收到的频率不同的信号还要在由部分专用的接收机滤波器中进行滤 波。完成所述的滤波后，接收的信号沿独立的电缆通过滤波单元发送 到第一接收机放大器，每个信号都从该放大器馈入由部分专用的接收 机放大器。

本发明的方法和装置具有显著的优势。由于在发射机的至少两个 发射机单元中只需要一个功率放大器，在本发明中也就是多频放大器， 因而依据本发明实施发射机操作或接收机操作可以大量节约成本。通 常，这也意味着，至少两个部分也只需要一个功率放大器。特别是在 基于WCDMA技术的无线系统中，由于这种系统必须使用线性放大 器作为功率放大器，因而如果能将线性放大器的数量减少至少一半， 则会带来可观的成本节约。同样，这也会显著地节约空间，因为线性 放大器尺寸相对较大。本发明的另一个优势在于，它允许为在两个发 射机单元中发射的信号使用公用的独立布线，而且对于接收端的接收 信号也是如此。由于在基站中用于上述目的的电缆十分昂贵，因而减 少电缆用量也是重要的节约。而且，对于收发机，减少第一接收机放 大器的数量既节约成本又节约空间，这在使用分集实现接收机操作时 更为重要。

下面将参照附图根据优选实施例更详细地介绍本发明，在附图中，

图1是无线系统中使用的发射机的基本框图，

图2是无线系统中使用的收发机的基本框图，

图3显示了本发明的第一个优选实施例，

图4显示了本发明的第二个优选实施例，

图5显示了本发明第二和第三个优选实施例所使用的滤波结构，

图6显示了本发明的第三个优选实施例。

无线系统中的发射机包括一个信号块100，一个放大块102，一 个滤波单元104以及一个天线106，如图1所示。信号块生成要传 输的信号，然后由放大块进行放大。通常，会在滤波单元中通过带通 滤波将信号中的伪信号滤除，天线再从滤波单元将信号发射到无线通 路中。

在无线系统中，通常是将发射机和接收机集成起来形成收发机， 收发机的基本框图如图2所示。除下列与接收相关的任务外，收发机 的发射机操作与图1所示的情形类似。除与要发射的信号相关联的以 及为图1所示的滤波单元104介绍的功能外，滤波块还将天线202 收到的信号滤波到接收机块204中。接收机块将接收的且已滤波的信 号放大到一个功率电平并有选择地对接收信号执行其他进一步的处 理，但是，这就与本发明无关了。

在本发明的第一个实施例中，如图3所示，两个部分的发射机操 作以集中方式安排。信号块100在不同的部分中包括两个发射机单元 300，302，用于生成要发射的信号。由不同的发射机单元生成的信号 具有不同的频率。通常，实现不同频率的方法是，在每个发射机单元 中为信号生成一个载波，该载波与在另一个发射机单元中生成的载波 具有不同的频率。载波是对信号进行调制的波形。在调制时，要发射 的信号(包括信息)在发射机单元中与载波结合在一起。如果载波的 频率不同，它们通常是在完全不同的频率范围或频带中。

本发明的方法和装置通常是利用WCDMA技术的，对于该技术 而言，需要在信号处理中使用线性调制。继续参看图3，具有不同载 频并已由发射机单元进行了调制的信号在发射机块的加法器中合并。 加法器通常是维尔金森型的，如，维尔金森混合加法器。合并完成后， 信号在放大器块102中充当功率放大器的多频放大器304中放大。 在依据WCDMA技术的系统中，线性放大器被用作功率放大器306， 这样便能够同时处理几个频率不同的信号。这里，“同时”表示将不 同频率的信号合并为用诸如加法器304之类的器件合并起来的信号 (如上文所述)。在依据本发明的典型情况中，多频放大器可同时放 大至少两个载频不同的合并信号。

继续参看图3，放大后的合并信号沿独立电缆307从多频放大器 传送到滤波单元104。合并信号在滤波单元中进行滤波，滤波单元包 括发射机滤波器308，310(通常是带通滤波器)，分别用于由发射机 单元300，302发射的信号。换言之，滤波器是由部分专用的。上述 类型的滤波单元通常是双工滤波器，其中，同一个滤波结构包括两个 频率范围，或说通带，不同的带通滤波器。双工滤波器的带通滤波器 不仅能滤出要传输的信号，还能滤出要接收的信号，如本发明的第二 个实施例所示。所述带通滤波器的通带通常是完全不同的。由于由不 同的发射机单元生成的信号位于完全不同的载频范围内，所述频率范 围的带通滤波器可用于滤出所述的同时信号。要传输的所需信号被从 以上文方式合并起来的信号中滤出，进入独立的由部分专用的天线分 支312中。在天线分支中，要传输的信号沿由部分专用的天线电缆 314，316传输到由部分专用的天线318，320，信号就是通过这里的 天线传输到各自的部分的。

图4显示了本发明的第二个优选实施例，它与上文第一个优选实 施例基本相同，唯一的差别是在这个实施例中本发明是在基站的收发 机中实现的，从而导致了与第一个优选实施例的下列不同。将接收机 与发射机集成以形成收发机，于是在如图5所示的滤波结构500中， 由部分专用的发射机和接收机滤波器502，504，506，508能够滤出 至少两个载频不同的要发射信号和至少两个载频不同的接收信号。要 发射和要接收的载频信号具有不同的频率。但是，所述要发射和要接 收的信号位于不同的部分中，于是，要接收的信号来自与对要发射信 号进行发射的部分相对应的部分。因此，本发明的滤波结构500包括 一个带通滤波器502，504，506，508，用以对各载频范围的信号进行 发射和接收。所述的滤波结构可以是双双工滤波器(dual duplex filter)，包括两个集成在同一滤波结构中的双工滤波器，以便滤波结 构实现本发明中至少要滤出两个载频不同的要发射信号和至少两个载 频不同的接收信号的功能。因此，双工滤波器的带通滤波器可用于滤 出要发射的信号以及要接收的信号，滤出要接收的信号也可以通过由 同一双工滤波器中的第一带通滤波器滤出要发射的信号以及由第二带 通滤波器滤出要接收的信号的方式来完成。信号在由部分专用的天线 分支412处进行发射和接收，天线分支包括由部分专用的天线电缆 414，416和天线418，420。

进一步参看图4和图5，在多频放大器和滤波结构之间有一个滤 波单元400，它可以将要接收的信号滤出(即，区分出)到收发机的 接收机块402中。滤波单元400通常是一个双工滤波器，这已根据 上文图3进行了介绍。在所述的使用中，双工滤波器具有信号损耗仅 为0.5dB的优点。接收机块包括第一接收机放大器404和由部分专 用的接收机放大器406，408。第一接收机放大器对接收的信号进行放 大，然后有一个除法器410将接收信号分离到由部分专用的接收机放 大器中，在那里再进一步处理这些由部分专用的接收信号。除法器通 常是无源除法器，如维尔金森混合除法器。在滤波结构和滤波单元间 以及在滤波单元和第一接收机放大器间传输信号时使用了独立电缆 307。同样，在多频放大器和滤波单元间以及在第一接收机放大器和除 法器之间也使用了独立电缆307。

在本发明的优选实施例中，如图6所示，接收机分集是在收发机 中实现的。接收机分集用于减少接收信号中的伪信号，以便对通过至 少两个不同天线接收的同时信号进行比较。在信号比较处理中，至少 要用两个信号来推断哪部分构成所需的信号。这样便可去除伪信号。 通常，从各部分收到的质量最好的信号都是去除了伪信号的。

继续参看图6，在本发明的第三个优选实施例中，通过使用分集 实现接收机操作的方式是，至少一个接收机分支600集成到依据本发 明第二个优选实施例的收发机中。接收机分支如本发明的第二个优选 实施例的收发机那样适于从至少一个相同的部分(通常是从所有相同 的部分)进行接收。在图6所示的第三个优选实施例中，接收机分支 如收发机那样从两个相同的部分进行接收。如本发明的第二个优选实 施例所示，收发机还向所述相同的部分发射信号。接收机分支600包 括由部分专用的天线606，608，分别通过由部分专用的天线电缆610， 612与滤波单元400中它们的接收机滤波器相连，滤波单元通过独立 的电缆307与第一接收机放大器404相连。滤波单元400通常也是 一个双工滤波器。接收机分支还包括一个通过独立电缆与第一接收机 放大器相连除法器410以及一些从除法器连接到接收机块中由部分专 用的接收机放大器406到408的独立电缆。由天线从其部分接收到 的信号在滤波单元中进行滤波和组合，然后再由第一接收机放大器进 行放大。除法器将从不同部分接收到的合并信号分开，由第一接收机 放大器放大后进入由部分专用的接收机放大器。于是，每个由部分专 用的接收机放大器包括至少两个输入602到604，同一个部分的信号 (由收发机以及与收发机集成的至少一个接收机分支接收)加到这两 个输入上，以进行进一步的信号处理。在信号的进一步处理中，可对 信号进一步放大以及进行如上文所述的信号比较，通过信号比较可减 少接收信号中的伪信号。在其他方面，本发明的第三个实施例与第二 个实施例相似。

在本发明的优选实施例中，信号通常是射频信号。本发明的所有 上述优选实施例均可在无线系统UMTS中实现，无线系统UMTS基 于WCDMA技术，通常使用15-MHz频带。所述频带由两个5-MHz 载波频带构成，在应用本发明时在这两个频带间有一个5-MHz的保 护频带，在两个载波频带间形成了20dB的隔绝区域。保护频带用于 保护所需信号的频带，即上述载波频带的信号，不互相干扰。本发明 的滤波结构500要求在载波频带间有保护频带。因此，本发明的优选 实施例的载频位于5-MHz的频带中，在这两个5-MHz的频带之间 安排有上述5-MHz的保护频带。类似地，也可使用WCDMA技术 实现具有不同频带的无线系统，例如，具有20-MHz的频带。安排所 述的频带范围时，可使用三个4-MHz的载波频带，并在各频带间安 排4-MHz的保护频带。这时，本发明的优选实施例适用于上述情形， 即，发射机适用于三个部分的发射机操作，同样，收发机适用于三个 部分的发射机和接收机操作，发射机和接收机操作构成收发机，收发 机实现分集接收机操作。对于发射机单元以及发射机和收发机的不同 滤波器，由部分专用的接收机放大器的数量与部分的数量相对应，即， 当使用三个不同的部分时，上述各器件的数量均为三。这同样适用于 天线和天线电缆。

本发明的优选实施例可适用于依据载波频带的数量和带宽所采用 的频带的要求。尽管在上述示例中载波频带和保护频带相等，但并不 一定这样，本发明的优选实施例还可使用不同带宽的频带。上文给出 的数值只是近似值。

尽管参照附图根据优选实施例介绍了本发明，但很显然本发明并 不局限于此，可在随附权利要求中公开的发明思想的范围内对其进行 多种更改。