CN1051417C - 无线电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种时分多址(TDMA)集群无线电系统，并涉及在这种系统中固定的、移动的和便携的无线电单元之间通信的帧结构。该无线电系统包括：一个基站和多个无线电单元，其特征在于，该信道包含预定的线性化时隙，用于传输线性化的训练信号，和每一个无线电单元包括一个装置，用于在线性化时隙产生训练信号和在传输信号之前且与之无关的时隙线性化其功率放大器，而在上述一个其它时隙期的传输信号。

Description

无线电系统
本发明涉及一种时分多址(TDMA)集群无线电系统，特别是涉及在这种系统中的固定的，移动的和便携的无线电单元之间通信的帧结构。
目前提出的频谱有效的无线电系统，例如对数字的集群无线电单元提出的欧洲标准要求高线性功率放大器，以便使调制产物的传输或对相邻信道的“邻近信道干扰”减至最小。用于获得功率放大器需要的线性性能的技术包括使用例如在莫托罗拉公司的美国专利No.5066923中描述的线性化的训练序列。
线性化功率放大器的这种方法存在的问题是有限量的时间需要分配给被发送的训练序列。在时分多址系统中，对训练序列的有限量发射时间的分配是特别地昂贵地额外开销，这种额外开销减少了整个系统的信息的通过量。
在莫托罗拉有限公司的英国专利申请No.9204496.5中描述了避免需要对训练分配过大的发射时间的一种方法。在该专利申请中描述的配置中，通过使用环行器和天线开关及负载，训练实现了无线电发射，通过选择天线开关的操作，训练序列被发送到负载。
在现有技术中觉察到需要一种实现功率放大器线性化的方法，而无需使用很多附加硬件并且以最小的发射时间分配训练序列。需要提出的其它要求是在发送的要求与在传输之前线性的获得之间为最小的时延和/或当不完全地线性化到所有传输可接受的低的百分比时的传输的最小值。
根据本发明，所提供的一个无线电系统包括一个基站和多个无线电单元，用于经时分无线电信道的时隙进行通信，该基站具有发送同步信号的装置，用于确定时隙的定时，每一个无线电单元有一个包括带有线性化装置的功率放大器的发射机，其特征在于：该发射机在预定的线性化时隙传输线性化的训练信号，这些线性化时隙在其它时隙之间交替，每一个无线电单元包含一种装置，用于在线性化时隙期间产生线性化训练信号以及在传输信号之前并且与传输信号无关的时隙期间线性化其功率放大器，在上述其它时隙中的一个时隙期间传输信号。
整个说明书中的词“信道”用于指实际的无线电信道，即无线电频谱的给定带宽。词语“逻辑信道”用于指在实际的信道上的预定的系列时隙，实际的信道一起构成通信链路。
该预定的线性化时隙可被认为是逻辑信道，术语“公共线性信道”或“ELCH”将用于指这种逻辑信道。
本发明具有的优点是在系统上的所有用户都转到公共线性化信道，以便训练线性发射机。如果在该CLCH上发送大功率训练信号，它是无顺序的，因为在系统上的所有单元被同步以使用这种CLCH，而不用于其它目的。
因此，在每个时隙内(业务或控制信令)不需要发射机线性训练的额外开销。
最好是在每个实际的信道上提供CLCH。
余下的问题是希望发送的单元被允许占用一个新的实际的信道。除非在非常经常的基础上(这将产生高的额外开销的信令耗费并且与本发明的目的相反)提供CLCH时隙，在收到调到新信道的命令和下一个CLCH时隙之间将存在延迟。需要允许这样的单元无延迟地训练其功率放大器，以便能无延迟地发送并且对邻近信道没有过分的邻近信道干扰。
根据本发明的优选特性，每个无线电单元包含用于在第一信道上接收一个指令使该单元在第二信道上发送的装置，和用于在第二信道的第一所选择的时隙上在传输的开始产生训练信号以及当在那个信道上在至少预定的随后的时隙上传输时不产生训练信号的装置。
因此，例如，当基站命令一个无线电单元或一组无线电单元移动到仅包括逻辑业务量信道的给定的实际信道时，按照命令进入那个信道的第一相关时隙部分专用于线性化并且要发送的单元(例如，请求信道的单元)在第一时隙的第一部分期间产生线性化的训练信号。
最好是所有单元在第一信道上接收命令使它们调到第二信道，用于接收在第二信道上的信号，在第二信道上的下一个可用线性化时隙上自动地产生训练信号并在那一个时隙期间线性化它们的功率放大器。以这种方法，包括经陆地线路连接到基站的任何分配器的所有组件准备好在新的信道上发送。
这种安排具有允许单元在第一可用CLCH的新的频率上训练的优点，假如它们应当需要响应启动程序的传输，则在那个频率上无需保留用于线性化的格外时间。
反之，已请求信道并已被命令立刻移动到该新信道的单元在不是保留用于线性化整个系统的时间里立即产生一个线性化训练序列，而在那个时间里那个单元容易受邻近信道的邻近信道干扰。这种安排仍然使功率和这样的失步训练的发生降低到最小。
另外一个优选的特性是所有线性化传输应当是在基本上不高于随后用于在业务时隙上发送话音或数据的功率电平，假定该系统利用某种形式的功率控制限制邻近信道干扰。这就保证偶然的邻近信道干扰出现，它也是尽可以能低的，而且还可能意味着在很低功率设定条件下，可能不需要线性化训练。
在英国专利申请No.9204496.5中描述的发射训练信号的技术可在训练中使用以便进一步限制邻近信道干扰的幅度。
另一个优选的特性包括与基站有关的装置，用于根据其它基站发送的同步信号例如，同步信号是来自工作在相邻频率的不相关的系统，调整同步信号传输的定时，以便在共存的系统之间的线性化时隙之间提供一致性。
参照附图，仅通过举例描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的一个远端无线电单元和一个基站的方框图；
图2是根据本发明的控制和业务信道复帧结构的时间图；
图3是控制信道子时隙的时间图；
图4是逻辑业务信道的第一时隙的时间图。
图1表示了一个根据本发明的无线电单元5和一个基站6。无线电单元5包括线性化器10，上变换器11，功率放大器12，反馈环路13，下变换器14，相位检测器15和相位调整器16。线性化器和相位调整器受微处理器20的控制。该单元还包括连接到天线开关(或在适当的情况下为双工器)的天线21和接收机24。
无线电单元的一般操作如下。天线开关22可选择地连接天线21到发射机功率放大器12或接收机24。当工作在发送方式时，该功率放大器12被连接到天线21并且正交基带输入被输入到线性化器10，并且同时由相位检测器15检测。经上变换和放大之后，经放大的信号的一部分由反馈环路13馈送到下变换器14。响应于相位检测器15检测的相位，微处理器20控制相位调整器16和线性化器10，分别调整由部件10至14构成环路的相位和幅度。
为了得到最佳的性能，需要在最佳环路相位点操作反馈环路，以便稳定的工作和无限幅的使增益最大，达到最大的效率。为了找到这些最佳参数，把训练序列输入到线性化器10。该训练序列最好有如在英国专利申请No.9204496.5中描述的而且也在美国专利No.5066923中叙述的那种波形。这个序列传输的精确的时间是由微处理器20控制。
无线电单元5中的部件10-24在基站中被复制为部件10′-24′。在基站6的情况下，微处理器20′控制同步并周期地把同步序列输入到线性化器10′，无线电单元5将与该线性化器同步。
在无线电单元(例如便携的或移动的无线电设备)的情况下，微处理器20将使开关22转换到作为一种缺席方式接收，接收机24将从基站接收同步序列，而且将从这些同步序列获得定时。
参照图2，该图表示了一种优选复帧结构。该复帧结构总共包括18帧，它的每一帧被分为时隙。第一帧被标示为SACCH(慢相关控制信道，Slow associated Control Channel)。其它17帧的每一帧包括四个时隙110-113，如图的右侧所示。时隙110至113的三个时隙包括508比特，如图2的底部所示。每一个时隙被标示为“正常业务信道”。第四个时隙被分为两个子时隙并表示在图3中。
图3表示控制信道时隙的结构，该时隙是子时隙111至113中的一个时隙。控制信道子时隙具有与一个业务时隙相同的长度。在控制信道时隙内有两个随机存取控制信道子时隙，每一个子时隙表示在图3的底部。
如图2的左部所示，SACCH在四个时隙115至118上提供。在第一个SACCH时隙之前，在SACCH帧的开始处提供4毫秒发射机训练时间120。这4毫秒时隙是根据本发明提供的公共线性化信道。
如图2所示其它的实际信道被分具有SACCH帧和CLCH时隙的复帧，但是这些其它信道包括代替图3所示的那类型的控制时隙的图2中所示的业务时隙。
具有CLCH的益处是发射机线性训练的额外开销被从所有的时隙中除去了。这4毫秒发送训练时间每个复帧仅出现一次(约每秒一次)。所有时隙现在仅要求锯齿形的上下尾和同步额外开销，在业务信道上的第一传输除外(下面描述)。
使用CLCH的操作如下。当无线电单元由用户加电源时，第一操作是在该系统上登记。在进行任何传输之前，无线电单元首先同基站传输同步，并记录系统的参数，例如，信道频率，包括CLCH的细节。然后无线电单元等待，直到系统CLCH出现为止，并且在4毫秒CLCH期间训练其线性发射机。这时无线电单元已经是可以通信了。
图4表示了在另一个频率的业务信道上的第一传输。在这种情况下，提供4毫秒训练时间(130)以便适应由于信道频率改变而要求的任何再训练。如果没有这个训练时间，则请求业备信道并且被许可在另一个频率的业务信道的单元将必须等待，直到在能够训练和发送之前在那个频率上的下一个CLCH时隙为止。在传输中这将引入1秒或更长的延迟，这是不希望的延迟。
该发射机具有用于监视决定性的参数的装置，这些参数影响其线性性能，例如电源电压，温度，VSWR，发送功率等。这些装置在英国专利申请No.9204497.3中进行了描述。当工作条件已经改变到这种的程度，即它们大大地影响决定性的参数时，在线性化之后，发射机还必须再线性化。这是一个相对慢的过程，一般地在20～30秒的平均周期中没有明显的变化出现。因此，对发射机再训练的要求通常是大约每分钟一次，因此，执行CLCH操作对电池寿命的影响为最小。
例如处于空闲方式的无线电发射机适当监视其快定性的参数，而且如果已出现了工作条件的重大变化，则在下一个CLCH期间，该无线电单元再训练。处在工作方式的发射机自己作出在呼叫期间的下一个CLCH再训练的决定，无需PTT(按键通话)的任何按键或从基站指令的任何接收而且无需中断传输。
如果一个单元基本上是在低于全功率(由出网信令的信号强度确定)发送，则它可以决定放弃全部训练。
为了避免与邻近系统的干扰，提供一种机制，通过这个机制基站的微处理器20检测指示具有有规则CLCH时隙的邻近系统的有规则干扰，并且响应这个检测，微处理器20正向或反向地调整其主时钟定时，以便减少其CLCH时隙和相邻系统CHLC时隙之间较短的间隔，直至这些时隙相符合为止。最后，跨越连续的地理区域的所有系统互相同步。
总之，本发明使发射机能够总是可用于操作，一旦在系统上进行登记，呼叫建立时间减至最小。此外，从时隙和子时隙中除去存取的额外开销大大地增加信令的容量。通常，用现有技术方法能够获得在随机访问(access)信道(RACH)上总的信道容量大于每个子时隙44比特(即具有4毫秒的线性训练的7毫秒的子时隙持续时间)。用CLCH方法RACH这时能支持162比特的信令(总的)。

Claims (11)

1.一种无线电系统，包括：
一个基站(6)和多个无线电单元(5)，用于经过时分无线电信道的时隙进行通信；
该基站具有发送同步信号的装置(20’，12’)，用于确定时隙的定时；和
每一个无线电单元具有一个包括带有线性化装置(10，13，15，16)的功率放大器(12)的发射机；
其特征在于：该发射机在预定的线性化时隙(120)中传输训练信号，这些时隙(120)在其它时隙之间交替；和
每一个无线电单元包含一个装置(20)，在线性化时隙期间产生训练信号和在上述其它时隙的一个时隙期间，在传输信号之前并且与传输信号无关的该时隙期间线性化其功率放大器(12)。
2.根据权利要求1的无线电系统，其特征在于：其中每个无线电单元包含用于在第一信道上接收命令使该单元在第二信道上发送的装置和用于在第二信道的第一选择的时隙上的传输的开始产生训练信号且线性化它的功率放大器(12)并且当在那个信道的至少预定的随后的时隙上传输时不产生训练信号的装置。
3.根据权利要求2的系统，其特征在于：其中每个无线电单元包括用于在第一信道上接收命令的装置，使该无线电单元调到第二信道用于接收第二信道上的信号，和把在第二信道上的第一选择时隙的第一部分忽略不计的装置。
4.根据权利要求2的系统，其特征在于：其中每个无线电单元包括用于在第一信道上接收命令的装置，使它调到第二信道，用于接收第二信道上的信号，和用于在第二信道上的下一个可用的线性化时隙上自动地产生训练信号并在那个时隙期间线性化其功率放大器的装置。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于：还包括与基站有关的装置，用于根据由其它的基站发送的同步信号调整同步信号传输的定时。
6.一种在具有时分无线电信道的无线电系统中工作的无线电单元，该无线电单元包括：
接收机(24)，用于接收用来同步到该信道的同步信号，和
具有功率放大器(12)的发射机，该发射机带有线性化装置(10，13，15，16)；用于产生线性化训练信号的装置(20)；用于输入命令以便传送其它信号的装置和在这种命令输入时用于发送那些其它信号的装置，其特征在于：
该发射机在预定的线性化时隙(120)中传输训练信号，这些时隙(120)在用于传输上述其它信号的其它时隙之间交替，和
该无线电单元(5)包括用于在线性化时隙期间产生训练信号并且在那个与发送上述其它信号的指令的输入无关的时隙期间线性化该功率放大器的装置(20)。
7.根据权利要求6的无线电单元，其特征在于：包括用于在第一信道上接收命令允许该单元在第二信道上发送的装置(24)和用于在第二信道上的第一选择时隙上传输开始处产生训练信号并线性化其功率放大器且当在那个信道上的至少预定的随后时隙上传输时无训练信号的装置(20)。
8.根据权利要求6的无线电单元，其特征在于包括在第一信道上接收命令使其调到第二信道的装置(24，20)，用于在第二信道上接收信号，和把在第二信道上的第一选择时隙的第一部分忽略不计的装置(20)。
9.根据权利要求6的无线电单元，其特征在于包括在第一信道上接收命令使其调到第二信道的装置(24)，用于在第二信道接收信号，和用于在第二信道上的下一个可用的线性化时隙上自动地产生训练信号并在那个时隙期间线性化其功率放大器的装置。
10.根据权利要求6的无线电单元，其特征在于包括工作条件监视装置，用于监视该单元的工作条件，和仅仅响应上述工作条件监视装置，在线性化时隙期间再次产生训练信号和在那个时隙期间线性化功率放大器的装置。
11.根据权利要求6的无线电单元，其特征在于还包括可转换的隔离装置，用于在线性化训练信号的产生期间选择地降低射频传输。
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