專利名稱：在中繼器中穩(wěn)定邊際確定的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在以輸入和輸出之間預(yù)定的延遲操作并且所述輸出和所述輸入之間具有反饋路徑的射頻中繼器中相對(duì)于可能的自激振蕩確定穩(wěn)定邊際的方法和裝置。本發(fā)明也涉及裝備有這樣一個(gè)裝置的中繼系統(tǒng)。
主要地，本發(fā)明涉及在蜂窩電信系統(tǒng)中使用的中繼器，包括兩個(gè)天線和用于放大分別來(lái)自基站(下行鏈路)的信號(hào)和來(lái)自蜂窩移動(dòng)電話機(jī)(上行鏈路)的信號(hào)的兩組放大器鏈。在這樣的系統(tǒng)中，該中繼器在兩個(gè)方向接收、放大和轉(zhuǎn)發(fā)該基站和該移動(dòng)電話機(jī)之間的信號(hào)。但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用在只有一個(gè)信號(hào)通路的中繼器。
特別地，本發(fā)明處理保證中繼器由于自激振蕩不達(dá)到不穩(wěn)定度狀態(tài)的問題，這可能在增益變得太高時(shí)發(fā)生。由于在輸出和輸入之間的不可避免的反饋，太強(qiáng)地放大的輸出信號(hào)將傳送回到該輸入并且再一次放大，以致在該系統(tǒng)中引起自激振蕩。
參見US-A-5,095,528(Leslie)，一種方法是連續(xù)地測(cè)量中繼器的平均輸出功率并且確定這個(gè)功率電平是否超過(guò)預(yù)定門限值，在這種情況下中繼器的放大器增益明顯地減少以便恢復(fù)操作的穩(wěn)定狀態(tài)。
另一種方式在以時(shí)隙工作的GSM系統(tǒng)中是特別有用的，參見WO97/33381(Allgon)，它是在輸入信號(hào)的功率電平超過(guò)一定的閾值期間測(cè)量時(shí)間比例，在這個(gè)時(shí)間比例相對(duì)大地比如90％甚至更大的情況下減少放大器增益。這種方法可以與測(cè)試該輸入信號(hào)水平的最大的和最小值之間的差是否小于一個(gè)給定值組合。
但是，在這兩種已知的方法中，象現(xiàn)在在中繼器中使用的所有的其它方法那樣，需要響應(yīng)信號(hào)電平檢測(cè)的上升而相當(dāng)明顯地調(diào)整增益?；旧?，這在因?yàn)閮H僅在達(dá)到不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)符合使用的標(biāo)準(zhǔn)。因此在已知的系統(tǒng)中，不可能獲得如此穩(wěn)定邊際的量化值。因此，難于提供中繼器的放大器增益的平滑的控制。
另一個(gè)目的是提供能夠平滑的控制該中繼器而不使得放大器增益急劇變化的方法。因此，應(yīng)該可能建立如此穩(wěn)定邊際的量化值。
根據(jù)本發(fā)明采取兩個(gè)基本的步驟實(shí)現(xiàn)這些和其它目的，就是在一個(gè)頻帶(它應(yīng)該相對(duì)地寬)中作為頻率的函數(shù)建立中繼器的放大，和在作為頻率的函數(shù)建立的放大中觀察波形變化幅度，這個(gè)幅度構(gòu)成穩(wěn)定邊際的測(cè)量，使得增加幅度相應(yīng)于減小穩(wěn)定邊際。
用這種方式，可能獲得穩(wěn)定邊際的測(cè)量，即使當(dāng)系統(tǒng)正常地工作并且仍然是穩(wěn)定的。因此，系統(tǒng)接近不穩(wěn)定狀態(tài)之前很長(zhǎng)時(shí)間可以采取任何控制測(cè)量，因此可以即以相對(duì)小的調(diào)整該系統(tǒng)的放大器增益執(zhí)行平滑控制。
當(dāng)使用適當(dāng)?shù)目刂扑惴〞r(shí)，系統(tǒng)可以保持在沒有自激振蕩的穩(wěn)定狀態(tài)。
該方法可以利用依靠定向耦合器連接到該中繼器的輸入以及/或者輸出的測(cè)量接收機(jī)進(jìn)行，最好通過(guò)在輸入和輸出之間交替的開關(guān)。
有利地，為了建立在特定的頻帶中的放大或者頻率響應(yīng)，倘若輸入信號(hào)的頻譜屬性是已知的，測(cè)量作為頻率函數(shù)的輸出信號(hào)是足夠的。然后，可以計(jì)算頻率響應(yīng)和穩(wěn)定邊際。
在下面進(jìn)一步參見


本發(fā)明，

用于根據(jù)本發(fā)明確定穩(wěn)定邊際的中繼器和測(cè)量接收機(jī)。

圖1示意地說(shuō)明在蜂窩電話系統(tǒng)中使用的中繼器和用于測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定邊際的相關(guān)的裝置；圖2和3是示意的顯示作為簡(jiǎn)單的反饋放大系統(tǒng)的該中繼器和相關(guān)的天線；圖4是代表在一個(gè)頻帶中作為頻率函數(shù)的輸出功率的圖；和圖5是代表作為中繼器的穩(wěn)定邊際的函數(shù)的波峰到波峰變化的(在圖4中表示的功率或者放大的)幅度。
第一和第二天線1，2通過(guò)雙工濾波器3，4連接到兩個(gè)相反方向的鏈路，即用于從移動(dòng)電話機(jī)始發(fā)向著相關(guān)的基站的傳送信號(hào)的上行線路10，服務(wù)該中繼器和該移動(dòng)電話機(jī)所在的網(wǎng)孔，和用于在相反方向傳送信號(hào)的下行鏈路20。每個(gè)鏈路包括許多互相平行的放大器鏈，每個(gè)這樣的鏈路處理特定的頻率或者頻帶。在圖1中，這些鏈路中的放大器以上行線路10中的放大器11和下行鏈路20中的放大器21表示。
在連接相應(yīng)的天線1，2和相應(yīng)的雙工濾波器3，4的傳輸線路5，6中，排列定向耦合器30和40使其能夠檢測(cè)相應(yīng)的傳輸線路段5，6中的信號(hào)。檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)開關(guān)31，41和帶通濾波器32，42饋給連接到測(cè)量接收機(jī)60的通用開關(guān)50。在測(cè)量接收機(jī)60中，分析特定的信號(hào)，以使獲得在特定的頻帶中作為頻率函數(shù)的信號(hào)電平。
應(yīng)該理解，定向耦合器和開關(guān)是以這樣的方式連接的可以分析在相應(yīng)的傳輸線路5，6中的任何輸入或者輸出信號(hào)(該系統(tǒng)的輸入或者輸出)。
本發(fā)明的概念是基于正如在圖2和3中表示的中繼器的簡(jiǎn)化模型。輸入RF信號(hào)I(來(lái)自移動(dòng)電話機(jī)，未表示)在微波載波上在空中傳播并且碰撞圖2中的第一天線1，于是信號(hào)通過(guò)由放大器11表示的上行鏈路轉(zhuǎn)移給第二天線2。不可避免地，該信號(hào)的(正常地很小)部分B通過(guò)由泄漏路徑12表示的空氣反饋。在圖3中，中繼器R和兩個(gè)天線1，2表示為示意的標(biāo)準(zhǔn)化的控制系統(tǒng)，其具有一個(gè)求和單元S，一個(gè)主放大器11，一個(gè)延遲元件13和相應(yīng)于在兩個(gè)天線之間的漏泄路徑的一個(gè)反饋環(huán)路12。該延遲元件相應(yīng)于在濾波器和正常地包括在上面指出的類別的中繼器的放大器鏈中的其它部件中出現(xiàn)的不可避免的延遲。
由于該延遲元件13，圖3的系統(tǒng)的有效放大取決于該頻率。正如可以由系統(tǒng)的Laplace變換表示法表示的，使用頻域而不是使用時(shí)域，在圖3的系統(tǒng)中在輸出和輸入信號(hào)之間的比率(或者傳遞函數(shù)，如控制理論中正常地表示的)可以表示為g1e-ds1-g1g2e-ds]]>在這里g1是放大器11的增益，g2是在反饋環(huán)路12中的該(示意的)放大器14的增益，而d是在延遲元件13中的延遲。從這個(gè)公式，這是清楚的該放大是該頻率的諧波函數(shù)。
接收器中的信號(hào)的輸出功率的頻率響應(yīng)圖表示在圖4中。該曲線表示作為頻率f函數(shù)的功率P的諧波變化的型式。通過(guò)實(shí)際的測(cè)量，已經(jīng)證實(shí)這樣的變化的幅度是一個(gè)度量，雖然在該穩(wěn)定邊際的反比關(guān)系中。因此，當(dāng)例如波峰到峰值的變化的幅度減小時(shí)，穩(wěn)定邊際將增加，反之亦然。
圖5說(shuō)明隔離或者穩(wěn)定邊際SM(水平軸或者橫坐標(biāo)以dB為單位)和波峰到波峰值或者放大變化的幅度MA(垂直軸或者縱坐標(biāo)以dB為單位)之間的關(guān)系。
因此，使用圖1表示的裝置，可能建立輸入和輸出信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系并利用圖5表示的函數(shù)的關(guān)系相對(duì)于可能的自激振蕩計(jì)算該穩(wěn)定邊際。
當(dāng)輸入信號(hào)的頻譜的屬性是預(yù)先已知的，測(cè)量作為頻率f的函數(shù)的輸出功率電平P是足夠的，正如圖4表示。
當(dāng)然，穩(wěn)定邊際的計(jì)算值可以形成控制中繼器增益的控制信號(hào)的基礎(chǔ)，以致在期望電平上保持該穩(wěn)定邊際基本上恒定。為此目的，測(cè)量接收機(jī)60可以連接到適合于實(shí)現(xiàn)這樣的控制的控制器70。如果需要的話，例如可以通過(guò)電話機(jī)調(diào)制解調(diào)器80或者其它的電信鏈路從操作與監(jiān)視中心(未表示)遠(yuǎn)離地開始測(cè)量和控制。
權(quán)利要求
1.在以輸入(5)和輸出(6)之間的預(yù)定的延遲操作并且在所述輸出和所述輸入之間具有反饋路徑的射頻中繼器中相對(duì)于可能的自激振蕩確定穩(wěn)定邊際的方法，包括步驟建立作為在一個(gè)頻帶中的頻率的函數(shù)的中繼器的放大，和觀察在作為頻率函數(shù)的所述放大中的波形變化的幅度(MA)，所述幅度構(gòu)成穩(wěn)定邊際的度量，使得增加的幅度對(duì)應(yīng)于減少的穩(wěn)定邊際。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中輸入信號(hào)的頻譜屬性是已知的，和其中通過(guò)測(cè)量作為所述頻帶中的頻率(f)的函數(shù)的輸出信號(hào)(P)執(zhí)行建立作為頻率函數(shù)的放大的步驟，和根據(jù)第一步驟的結(jié)果計(jì)算所述波形變化的所述幅度(MA)和所述穩(wěn)定邊際(SM)。
3.一種控制射頻中繼器的方法，該中繼器以在輸入和輸出之間的預(yù)定的延遲工作并且在所述輸出和所述輸入之間具有反饋路徑，包括步驟根據(jù)權(quán)利要求1或者2確定該中繼器的穩(wěn)定邊際，并且響應(yīng)確定的穩(wěn)定邊際控制該中繼器的增益。
4.在以輸入(5)和輸出(6)之間的預(yù)定的延遲操作并且在所述輸出和所述輸入之間具有反饋路徑的射頻中繼器中相對(duì)于可能的自激振蕩確定穩(wěn)定邊際的裝置，包括連接到該中繼器的至少一個(gè)所述輸入和所述輸出的至少一個(gè)檢測(cè)元件(30、40)，和連接到所述至少一個(gè)傳感元件、用于測(cè)量來(lái)自所述中繼器的至少一個(gè)輸出信號(hào)的至少一個(gè)測(cè)量接收機(jī)(60)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算穩(wěn)定邊際(SM)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述至少一個(gè)檢測(cè)元件包括至少一個(gè)定向耦合器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中兩個(gè)定向耦合器通過(guò)一個(gè)開關(guān)(50)連接到單個(gè)測(cè)量接收機(jī)，用于分別交替測(cè)量在該輸出和該輸入的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述測(cè)量接收機(jī)(60)連接到一個(gè)控制單元(70)，用于控制所述中繼器的增益。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述測(cè)量接收機(jī)通過(guò)一個(gè)調(diào)制解調(diào)器(80)可連接到一個(gè)中心操作監(jiān)視單元，因此可以通過(guò)遙控進(jìn)行確定所述穩(wěn)定邊際的測(cè)量和計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中一個(gè)帶通濾波器(32、42)插入在所述檢測(cè)元件和所述測(cè)量接收機(jī)之間。
10.一個(gè)中繼系統(tǒng)，包括具有兩個(gè)天線(1、2)和它們之間的兩條鏈路的那種類別的射頻中繼器，所述兩條鏈路包括用于放大從移動(dòng)電話機(jī)到基站的信號(hào)的上行線路(10)和用于放大從所述基站到所述移動(dòng)電話機(jī)的信號(hào)的下行鏈路(20)，所述中繼系統(tǒng)裝備有在權(quán)利要求4-9的任何一個(gè)權(quán)利要求定義的裝置。
全文摘要
一種確定射頻中繼器的穩(wěn)定邊際的方法和裝置。該方法以兩個(gè)步驟進(jìn)行,即建立作為一個(gè)頻帶中的頻率的函數(shù)的中繼器的放大,和觀察建立的頻率響應(yīng)中的波形變化的幅度,這個(gè)幅度構(gòu)成穩(wěn)定邊際的度量,使得增加幅度對(duì)應(yīng)于減小穩(wěn)定邊際。
文檔編號(hào)H04B17/02GK1354912SQ0080855
公開日2002年6月19日 申請(qǐng)日期2000年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月11日
發(fā)明者丹尼爾·可勒克 申請(qǐng)人:奧根公司