專利名稱：一種用于tdd系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐脚袛喾椒捌溲b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時分雙工(TDD)制式的通訊領(lǐng)域，包含但不限于GSM、 TD-SCDMA、 PHS、 WLAN、 WIMAX、集群系統(tǒng)等，雙向傳輸?shù)臅r分雙工信號的方向性判斷和同步 方法。
技術(shù)背景常用的同步檢測技術(shù)一般有兩種1、門限檢測法，通過定向耦合器耦合時分雙向 信號中的下行(例如從基站/AP到手機/終端方向)信號，檢測在時域上的該方向信號 包絡(luò)是否強于某個特定門限來判斷信號的有無，從而確定該方向上信號的有無，達到 判斷時分信號方向的目的。缺點在于需要限定使用環(huán)境下行的信號強度總是遠大于 上行的信號，若是雙向信號強度相近或交替起伏，必定會引起誤判。通常該類檢測設(shè) 備安裝在靠近通訊設(shè)備功率發(fā)射端的位置，由該類檢測設(shè)備控制的放大器設(shè)備也很大 程度上增益、最大(最小)輸入功率和安裝位置上受到限制。2、基帶計算法，通過解調(diào)下行方向或者雙向的信號，按照該通訊協(xié)議計算出下一 個信號出現(xiàn)的時刻和方向，從而實現(xiàn)同步或控制系統(tǒng)方向性的目的。缺點在于，電路相對昂貴和復(fù)雜，還可能需要附加的時間同步設(shè)備(比如GPS和GPS天線)。時分雙工的系統(tǒng)所指為在一定的頻率范圍內(nèi)，通訊設(shè)備間以不同的時隙實現(xiàn)雙工通信。目前TDD系統(tǒng)巳廣泛的應(yīng)用于世界上的各個地方的多種通訊制式之中，這類通訊 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、優(yōu)化和延伸放大設(shè)備往往都是通過電纜或者光纖轉(zhuǎn)電信號進行互聯(lián) 的，并且需要用到同步裝置進行放大器控制、開關(guān)切換等作用。現(xiàn)有的技術(shù)有著上述 的一些限制和缺陷，并不能適用于所有的場合。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種用于時分雙工系統(tǒng)的大動態(tài)范圍內(nèi)的信號同步和方 向性判斷的方法，改善現(xiàn)有TDD系統(tǒng)需要用到同步裝置進行放大器控制、開關(guān)切換等 作用。可以實現(xiàn)適用具有較大輸入信號動態(tài)范圍的信號檢測設(shè)備、放大設(shè)備和開關(guān)控 制設(shè)備。本發(fā)明的技術(shù)方案是時分雙工系統(tǒng)的大動態(tài)范圍內(nèi)的信號同步和方向性判斷的 方法，在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐型瑫r提取出上下行兩個方向的信號，并利用實時 比較其強度差異判斷出時分信號的方向；若是下行信號強于上行信號，則判斷系統(tǒng)為 下行狀態(tài)；同樣的，若是上行信號強于下行信號，則判斷系統(tǒng)為上行狀態(tài)；對雙向傳 輸?shù)男诺乐型瑫r提取出兩個方向的信號后分別經(jīng)過檢波器將兩路信號分別轉(zhuǎn)換為低頻 包絡(luò)電壓，通過比較器比較出指示電壓Vi，由Vi同步某一方向的時隙信號；或者所述低頻包絡(luò)電壓再分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過具有數(shù)字信號處理芯 片進行比較，同步某一方向的時隙信號。將某一信號傳輸方向的狀態(tài)設(shè)立為系統(tǒng)的一個常態(tài)，比較器輸出電壓Vi的上升延或下降延同步另一個方向時隙信號的開始或結(jié)束。或使用升壓電路對檢波器輸出的 檢測低頻包絡(luò)電壓進行抬高或降低，從而使雙向無信號時比較器輸出為默認常態(tài)結(jié)果。由于TDD系統(tǒng)(對一個載波來說)在某一個時刻若有信號傳輸，只能是上行或 下行兩種狀態(tài)中的一種，也就是說，同一個時刻只能只可能有一個方向的信號傳輸， 也就保障了檢測的正確性。對于弱信號，另一個方向沒有信號，通過檢測比較后自然 可以檢測出弱信號的方向。本發(fā)明對雙向傳輸?shù)男诺乐型瑫r提取出兩個方向的信號后分別經(jīng)過檢波器將兩 路信號分別轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓，通過比較器比較出指示電壓Vi;所述低頻包絡(luò)電壓 或分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，又或者通過高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述兩個 方向的射頻信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。通過具有數(shù)字信號處理功能的芯片進行比較(包 括但不限于單片機SCM、可編程邏輯器件PLD、可編程門陣列PGA或數(shù)字處理芯片 DSP)，從而同步某一方向的時隙信號。將某一信號傳輸方向的狀態(tài)設(shè)立為系統(tǒng)的一 個常態(tài)，比較器輸出電壓Vi的上升延或下降延同步另一個方向時隙信號的開始或結(jié)束， 即Vi同步某一方向的時隙信號。也可以使用升壓電路對檢波器的檢測低頻包絡(luò)電壓進行抬高或降低，從而使雙向 無信號時比較器輸出為默認常態(tài)結(jié)果。在使用TDD的系統(tǒng)中使用窄帶濾波器過濾出業(yè) 務(wù)信道范圍的全部或部分帶寬后進行上述處理。在使用TDD的系統(tǒng)中多處級聯(lián)使用本 發(fā)明所述方法或裝置。本發(fā)明還包括將時分信號變頻后再進行上述處理。也可以將時分信號直接解調(diào)至零頻 后進行再進行信號同步和方向性判斷的處理。本發(fā)明時分雙工系統(tǒng)的大動態(tài)范圍內(nèi)的信號同步和方向性判斷的裝置，在TDD系 統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐邪葱蛟O(shè)有方向性耦合器件、放大器、衰減器、檢波器，檢波器輸 出連接比較器或通過一抬壓電路再連接比較器，比較器比較出指示電壓Vi作為同步某 一方向的時隙信號的輸出；或者所述低頻包絡(luò)電壓再分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號，通過數(shù)字信號處理芯片比較器，數(shù)字信號處理芯片比較器輸出作為同步某 一方向的時隙信號輸出。抬壓電路為比較放大電路構(gòu)成，輸入端同時接入抬壓電平和 接入檢波器輸出信號，再連接比較器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器。相對于傳統(tǒng)的門限檢測法的定值判斷，本發(fā)明所描述的檢測方法的特點在于比較 下行(例如，從基站到手機)和上行(例如，從手機到基站)信號的相對強弱，若是 下行信號強于上行信號，則判斷系統(tǒng)為下行狀態(tài)；同樣的，若是上行信號強于下行信 號，則判斷系統(tǒng)為上行狀態(tài)。因為TDD系統(tǒng)(對一個載波來說)在某一個時刻若有信 號傳輸，只能是上行或下行兩種狀態(tài)中的一種，也就是說，同一個時刻只能只可能有 一個方向的信號傳輸，也就保障了本發(fā)明檢測辦法的正確性。對于弱信號，本發(fā)明所 述方法也可以將其檢測出來，因為另一個方向沒有信號，通過檢測比較后自然可以檢 測出弱信號的方向，保障了本發(fā)明超過傳統(tǒng)門限檢測法的輸入信號動態(tài)范圍。在信道空閑時，上、下行都沒有信號，耦合信號為零或者底噪聲，我們?nèi)藶榈貙?比較結(jié)果默認地設(shè)為某個狀態(tài)以免判斷狀態(tài)紊亂。本發(fā)明還提出了一種抬壓電路的應(yīng)用，保障信道空閑時默認狀態(tài)的穩(wěn)定性。本發(fā)明的有益效果還在于1、可以對大動態(tài)范圍內(nèi)的雙向信號進行檢測判斷；2、 上、下行信號相對大小不受限制，也就是判斷裝置的安裝地點離信號發(fā)生源遠近不受 限制；3、電路簡單，體積小，成本低，便于實現(xiàn)推廣。本發(fā)明應(yīng)用但不限于GSM、 TD-SCDMA、 PHS、 WLAN、 WIMAX、集群系統(tǒng)等雙向傳輸?shù)臅r分雙工信號的方向性 判斷的同步方法和裝置。


圖l傳統(tǒng)門限檢測法示意2原理示意框3檢波器原理示意4抬壓電路原理5比較器原理6數(shù)字處理方式示意7信號變頻、濾波示意8同步判斷裝置在雙向放大電路中的應(yīng)用具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明方向性耦合器件l (以下稱為耦合器)的耦 合度為Cp (dB)，隔離度Is (dB)，對于下行信號PDL(犯m)經(jīng)過該耦合器A端口為其耦合端口，信號強度為PDL-Cp; B端口為其隔離端口，信號強度為PDL-IS。同樣的，對于上行信號PuiXdBm)經(jīng)過耦合器，A端口為其隔離端口，信號強度為Pa-Is, B端 口為其耦合端口，信號強度為PuL-Cp。A端口的信號經(jīng)過放大器2和衰減器4，放大衰減組合的增益為GA，再經(jīng)檢波器 6后轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓VA。 B端口的信號經(jīng)過放大器3和衰減器5，放大衰減組合 的增益為Gs，再經(jīng)檢波器7后轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓VB。以同步下行信號為例，將系統(tǒng)默認為上行狀態(tài)，A路電壓VA經(jīng)過抬壓電路8將電 壓抬高0V，將VA+OV送入比較器IO正向輸入端；B路電壓Vs經(jīng)過抬壓電路9將電 壓抬高Vref,將VB+Vref送入比較器10反向輸入端，得到比較器10輸出端電壓Vi 與下行信號是同步的Vi為低電平時標志系統(tǒng)為上行狀態(tài)，Vi為高電平是標志系統(tǒng)為 下行狀態(tài)，Vi的上升延標志下行信號的開始，Vi的下降延標志下行信號的結(jié)束。以下詳細地說明本發(fā)明的判斷參數(shù)檢波器的輸出電壓取決于輸入信號的電平值， 以對數(shù)檢波器為例，輸入電平Pin，在其線性輸入范圍內(nèi)，輸出電壓Vout=kXPin+Vzero (1)式中k為檢波輸出電壓斜率，Vzero為無信號輸入時檢波器的輸出電壓。對于下行信號，其耦合的信號電壓大于下行隔離的信號電壓k X (PDL-Cp+GA)+Vzero > k X (PDL-Is+GB)+Vzero+Vref (2)同樣的，對于上行信號，其耦合的信號電壓大于上行隔離的信號電壓 k X (PuL-Cp+GB)+Vzero+Vref > k X (PUL-Is+GA)+Vzero (3)將(2)、 (3)式整理出kX(GA-GB+Cp-Is)<Vref< k X (GA—GB+Is-Cp) (4) (4)式給出了抬壓電路中Vref的設(shè)置范圍，對于耦合器，隔離度和耦合度為定值， 且Is〉Cp， Ga和Gb分別將A、 B端口的電平調(diào)整至檢波器的線性輸入范圍。對于給定 的檢波器件，其線性輸入范圍為(P—dmin， P_dmaX)單位dBm，由此可以計算出上 下行信號的輸入動態(tài)范圍。下行檢波器8最大輸入電平Pdl-Cp+Ga < p_dmax (5) 下行信號可以判斷的最小輸出電壓k X (PDL-Cp+GA)+Vzero > k X P—dmin+Vzero+Vref (6) 上行檢波器9最大輸入電平PuL-Cp+GB < P—dmax (7) 上行信號無誤判VB +Vref > k X 0+Vzero (8) 默認為上行狀態(tài)，在這種電路狀態(tài)下(8)式恒成立，由(5)、 (6)、 (7)式整理出上下行 輸入電平的強度范圍P—min+Cp-GA+(Vref/k) < PDL < P_dmax+Cp-GA (9) Pul < P—dmax+Cp-GB (10) (9)式給出了下行信號的輸入范圍，其動態(tài)主要取決于檢波器的動態(tài)，以ADI公司 的AD8313ARM為例，其動態(tài)范圍達到了 70dB。選擇合適的Vref值，可以使Pjx的動 態(tài)接近70dB，此處"合適"以本發(fā)明所述的判斷方法不受系統(tǒng)中的噪聲和干擾影響為 限。(IO)式為上行信號最大輸入電平的限制。上述的輸入信號輸入電平范圍可以通過 GA、 GB進行調(diào)整，其動態(tài)足夠滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用環(huán)境要求，靈活性更高。在實際電路中，下行輸入信號實際包含下行有用信號Pi^一sig，下行端口反射信號 Pdl—rt,下行基底噪聲Pdl—noise。同樣的上行輸入信號實際包含上行有用信號PUL—sig， 上行端口反射信號Pul—rt,上行基底噪聲Pm^noise。發(fā)射和噪聲信號統(tǒng)稱為無用信號， 無用信號通常遠低于有用信號，不對本發(fā)明所述裝置判斷造成影響。若是本發(fā)明所述 裝置緊鄰信號發(fā)生設(shè)備、放大器而造成基底噪聲很強，或者與外部連接的端口匹配較 差導(dǎo)致反射信號較強，都可以通過調(diào)整GA、 GB、 Vref來抵消或者降低無用信號的干擾。 根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的設(shè)備可以具有其它特征，并且特別的分離或組合地具有特征為 在射頻通路上耦合兩個不同方向的信號，信號的相對強弱通過比較器輸出比較電壓Vi。 Vi的上升延或下降延同步了某一方向的信號的開始和結(jié)束，其余時刻默認為另一方向 信號狀態(tài)。實施例附圖公開了本發(fā)明的原理框圖，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述， 由圖2可見在TDD系統(tǒng)的線路上，因為耦合器的方向性，所以在某一方向的耦合信號中，同 一方向(耦合端)的耦合信號強度遠強于相反方向(隔離端)的耦合信號強度，其差值等于器件的隔離度減去耦合度值。對于下行信號PDL經(jīng)過該耦合器A端口為其耦合端口， B端口為其隔離端口，對于上行信號P^經(jīng)過耦合器，A端口為其隔離端口， B端口為其耦合端口。A端口的信號經(jīng)過放大器2和衰減器4，放大衰減組合的增益為GA，再經(jīng)檢波器 6后轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓VA。 B端口的信號經(jīng)過放大器3和衰減器5，放大衰減組合 的增益為GB，再經(jīng)檢波器7后轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓VB。以同步下行信號為例，將系統(tǒng)默認為上行狀態(tài)，A路電壓VA經(jīng)過抬壓電路8將電 壓抬高0V，將VA+OV送入比較器IO正向輸入端；B路電壓VB經(jīng)過抬壓電路9將電 壓抬高Vref，將VB+Vref送入比較器10反向輸入端，得到比較器10輸出端電壓Vi 指示下行信號的狀態(tài)Vi為低電平時標志系統(tǒng)為上行狀態(tài)，Vi為高電平是標志系統(tǒng)為 下行狀態(tài)，Vi的上升延標志下行信號的開始，Vi的下降延標志下行信號的結(jié)束。圖2、 4也給出了本發(fā)明裝置的框圖和抬壓電路圖，在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐?按序設(shè)有方向性耦合器件、放大器、衰減器、檢波器，檢波器輸出連接比較器或通過 一抬壓電路再連接比較器，比較器比較出指示電壓Vi作為同步某一方向的時隙信號的 輸出；或者所述低頻包絡(luò)電壓再分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過數(shù)字 信號處理芯片比較器，數(shù)字信號處理芯片比較器輸出作為同步某一方向的時隙信號輸 出。抬壓電路為比較放大電路構(gòu)成，輸入端同時接入抬壓信號電平和接入檢波器輸出 信號，再連接比較器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具體實施時可選下列器件(以lGHz信號為例)方向性耦合器件l:可選ANAREN公司的XC0900A-03S放大器2、放大器3:可選WJ公司的AG604衰減器4、衰減器5:可選Pi型阻抗網(wǎng)絡(luò)衰減器檢波器6、檢波器7:可選ADI公司的AD8313ARM比較器10:可選ADI公司的ADCMP608抬壓電路運放可選TI公司的TLC4501ID?？蛇x地，從A、 B端口提取出的信號可以通過變頻或解調(diào)，將其變頻到中頻或直 接解調(diào)至零頻后，再進行信號的同步和方向性判斷；對于某些TDD系統(tǒng)，提取的信號 不需要保留其全部的信息，部分業(yè)務(wù)帶寬的信號就可以用于本發(fā)明所述同步和方向性 判斷的功能。圖7給出了以802.11g OFDM調(diào)制信號為例的解調(diào)窄帶信號的同步和方 向性判斷示意圖。該信號的信道帶寬為22MHz，直調(diào)至零頻后，用窄帶濾波器濾出窄 帶的業(yè)務(wù)信號進行判斷，判斷的過程如前文所述。該方案的優(yōu)勢在于，在低頻容易實 現(xiàn)矩形系數(shù)較好的窄帶濾波器，可以消除業(yè)務(wù)信道之外的鄰頻干擾。 _本發(fā)明還公布一種判斷裝置的應(yīng)用，以雙向放大電路為例，Vi和其反相后的電壓 VI可以交替組合控制電路中的射頻開關(guān)和放大模塊開關(guān)；以Vi上升延同步下行信號 為例，Vi為高電平時，VI為，電平，打開下行鏈路的射頻開關(guān)和放大器，上行鏈路為 關(guān)閉狀態(tài)；Vi為低電平時，VI為高電平，打開上行鏈路的射頻開關(guān)和放大器，下行鏈 路為關(guān)閉狀態(tài)。如圖8所示，實現(xiàn)雙向放大TDD信號的目的。
權(quán)利要求
1、時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特征是在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐型瑫r提取出上下行兩個方向的信號，并利用實時比較其強度差異判斷出時分信號的方向若是下行信號強于上行信號，則判斷系統(tǒng)為下行狀態(tài)；同樣的，若是上行信號強于下行信號，則判斷系統(tǒng)為上行狀態(tài)；其具體步驟是，對雙向傳輸?shù)男诺乐型瑫r提取出兩個方向的信號后分別經(jīng)過檢波器將兩路信號分別轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓，通過比較器比較出指示電壓(Vi)，由指示電壓(Vi)同步某一方向的時隙信號；或者所述低頻包絡(luò)電壓再分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過具有數(shù)字信號處理芯片進行比較，同步某一方向的時隙信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特 征是將某一信號傳輸方向的狀態(tài)設(shè)立為系統(tǒng)的一個常態(tài)，比較器輸出指示電壓(Vi) 的上升延或下降延同步另一個方向時隙信號的開始或結(jié)束。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特 征是使用升壓電路對檢波器輸出的檢測低頻包絡(luò)電壓進行抬高或降低，從而使雙向無 信號時比較器輸出為默認常態(tài)結(jié)果。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特征是將時分信號變頻后再進行信號同步和方向性判斷的處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特征是將時分信號直接解調(diào)至零頻后進行再進行信號同步和方向性判斷的處理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特 征是在使用TDD的系統(tǒng)中使用窄帶濾波器過濾出業(yè)務(wù)信道范圍的全部或部分帶寬后進 行上述處理。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特 征是在使用TDD的系統(tǒng)中多處級聯(lián)使用本發(fā)明所述方法或裝置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，其特 征是在使用TDD的系統(tǒng)中多處重復(fù)提取兩個方向的信號，交互比較，綜合判斷出時分 信號的方向。
9、時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的裝置，其特征是在TDD系統(tǒng)雙向傳輸 的信道中按序設(shè)有方向性耦合器件、放大器、衰減器、檢波器，檢波器輸出連接比較 器或通過一抬壓電路再連接比較器，比較器比較出指示電壓(Vi)作為同步某一方向 的時隙信號的輸出；或者所述低頻包絡(luò)電壓再分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號，通過數(shù)字信號處理芯片比較器，數(shù)字信號處理芯片比較器輸出作為同步某一方向 的時隙信號輸出。
10、根據(jù)權(quán)利要求9時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的裝置，其特征是所 述抬壓電路為比較放大電路構(gòu)成，輸入端同時接入抬壓電平和接入檢波器輸出信號， 再連接比較器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
時分雙工系統(tǒng)的信號同步和方向性判斷的方法，在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐型瑫r提取出兩個方向的信號，并利用實時比較其強度差異判斷出時分信號的方向若是下行信號強于上行信號，則判斷系統(tǒng)為下行狀態(tài)；同樣的，若是上行信號強于下行信號，則判斷系統(tǒng)為上行狀態(tài)，具體而言，對雙向傳輸?shù)男诺乐型瑫r提取出兩個方向的信號后分別經(jīng)過檢波器將兩路信號分別轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)電壓，通過比較器比較出指示電壓Vi，由Vi同步某一方向的時隙信號；或者所述低頻包絡(luò)電壓再分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過具有數(shù)字信號處理芯片進行比較，同步某一方向的時隙信號。
文檔編號H04B7/26GK101325430SQ20081012269
公開日2008年12月17日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者莊維維, 力 張, 清 李, 王國鋒, 王玉兄, 陳新鋒 申請人:南京創(chuàng)嶸盛信息技術(shù)有限公司