專利名稱：一種用于tdd系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐脚袛嘌b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及時分雙工(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分雙工信號的同步 判斷裝置。
背景技術(shù)：
常用的同步檢測方法和裝置一般有兩種1、門限檢測法和裝置，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(jī)/終端方向)信號，檢測在時域上 的該方向信號包絡(luò)是否強(qiáng)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(dá)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(qiáng) 度總是遠(yuǎn)大于上行的信號，若是雙向信號強(qiáng)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、基帶計算法和裝置，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)已廣泛的應(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(jìn)行互聯(lián) 的，并且需要用到同步裝置進(jìn)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。
實用新型內(nèi)容
本實用新型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 和方向性判斷的裝置，改善現(xiàn)有TDD系統(tǒng)需要用到同步裝置進(jìn)行放大器控制、開關(guān)切 換等作用。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。
本實用新型的技術(shù)方案是用于TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐胶头较蛐耘袛嗟难b置， 在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐性O(shè)有方向性耦合器件、放大器、衰減器、檢波器并按序 連接，檢波器輸出連接比較器或通過一抬壓電路再連接比較器，比較器輸出的指示電 壓Vi作為同步某一方向的時隙信號的輸出。
使用抬壓電路對檢波器的檢測低頻包絡(luò)電壓進(jìn)行抬高或降低，從而使雙向無信號 時比較器輸出為默認(rèn)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(jìn)行上述處理?？梢栽谑褂肨DD的系統(tǒng)中多處級聯(lián)使用本實 用新型所述方法或裝置。
檢波器輸出的低頻包絡(luò)電壓再分別連接模數(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。所述抬壓電路為比較放大電路，比較放大電路輸入端同時接入抬壓電路輸出的 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)的門限檢測裝置的定值判斷，本實用新型所描述的檢測裝置的特點在 于比較下行(例如，從基站到手機(jī))和上行(例如，從手機(jī)到基站)信號的相對強(qiáng)弱， 若是下行信號強(qiáng)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(qiáng)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，也就保障了本實用新型檢測辦法的正確性。對于弱信號， 本實用新型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，保障了本實用新型超過傳統(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(rèn)地設(shè)為某個狀態(tài)以免判斷狀態(tài)紊亂。本實用新型還提出了一種抬壓電路 的應(yīng)用，保障信道空閑時默認(rèn)狀態(tài)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的機(jī)機(jī)制是在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(qiáng)度差異判斷出時分信號的方向；若是下行信號強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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?；蚴褂蒙龎弘娐穼z波器輸出的 檢測低頻包絡(luò)電壓進(jìn)行抬高或降低，從而使雙向無信號時比較器輸出為默認(rèn)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。
本實用新型對雙向傳輸?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(jìn)行比 較(包括但不限于單片機(jī)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。本實用新型的有益效果還在于1、可以對大動態(tài)范圍內(nèi)的雙向信號進(jìn)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(yuǎn)近不 受限制；3、電路簡單，體積小，成本低，便于實現(xiàn)推廣。本實用新型應(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)門限檢測法示意圖
圖2本實用新型原理示意框圖
圖3檢波器原理示意圖
圖4抬壓電路原理圖
圖5比較器原理圖
圖6數(shù)字處理方式示意圖
圖7信號變頻、濾波示意圖
圖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)合附圖對本實用新型作進(jìn)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PoL(dBm)經(jīng)過該耦合器A端 口為其耦合端口，信號強(qiáng)度為Pi^-Cp; B端口為其隔離端口，信號強(qiáng)度為Pt^-Is。同 樣的，對于上行信號PuL(犯m)經(jīng)過耦合器，A端口為其隔離端口，信號強(qiáng)度為PIs， B端口為其耦合端口，信號強(qiáng)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(rèn)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 與下行信號是同步的Vi為低電平時標(biāo)志系統(tǒng)為上行狀態(tài)，Vi為高電平是標(biāo)志系統(tǒng)為 下行狀態(tài)，Vi的上升延標(biāo)志下行信號的開始，Vi的下降延標(biāo)志下行信號的結(jié)束。
以下詳細(xì)地說明本實用新型的判斷參數(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=k X Pin+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-Gp + 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 Pdmin+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十Vref > k X 0+Vzero (8) 默認(rèn)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(qiáng)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(dá)到了 70dB。選擇合適的Vref值，可以使P^的動 態(tài)接近70dB，此處"合適"以本實用新型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、 Ge進(jìn)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Pdl—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PUL—noise。發(fā)射和噪聲信號統(tǒng)稱為無用信號， 無用信號通常遠(yuǎn)低于有用信號，不對本實用新型所述裝置判斷造成影響。若是本實用 新型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(qiáng)，或者與外部連接的端 口匹配較差導(dǎo)致反射信號較強(qiáng)，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)本實用新型實現(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(qiáng)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(rèn)為 另一方向信號狀態(tài)。
實施例附圖公開了本實用新型的原理框圖，
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)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(qiáng)度遠(yuǎn)強(qiáng)于相反方向(隔離端)的耦合信號強(qiáng)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Put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(rèn)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+0V送入比較器10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(biāo)志系統(tǒng)為上行狀態(tài)，Vi為高電平是標(biāo)志系統(tǒng)為 下行狀態(tài)，Vi的上升延標(biāo)志下行信號的開始，Vi的下降延標(biāo)志下行信號的結(jié)束。
圖2、 4也給出了本實用新型裝置的框圖和抬壓電路圖，在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男?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。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(yùn)放可選TI公司的TLC4501ID。
可選地，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(jìn)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實用新型所述同步和方 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(jìn)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。
本實用新型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、用于TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐胶头较蛐耘袛嗟难b置，其特征是在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐性O(shè)有方向性耦合器件、放大器、衰減器、檢波器并按序連接，檢波器輸出連接比較器或通過一抬壓電路再連接比較器，比較器輸出的指示電壓Vi作為同步某一方向的時隙信號的輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐胶头较蛐耘袛嗟难b置， 其特征是檢波器輸出的低頻包絡(luò)電壓再分別連接模數(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。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐胶头较蛐耘袛嗟难b 置，其特征是所述抬壓電路為比較放大電路，比較放大電路輸入端同時接入抬壓電路 輸出的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。
專利摘要用于TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)耐胶头较蛐耘袛嗟难b置，在TDD系統(tǒng)雙向傳輸?shù)男诺乐性O(shè)有方向性耦合器件、放大器、衰減器、檢波器并按序連接，檢波器輸出連接比較器或通過一抬壓電路再連接比較器，比較器輸出的指示電壓Vi作為同步某一方向的時隙信號的輸出?；蛘咚龅皖l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(jìn)行比較，同步某一方向的時隙信號。
文檔編號H04B7/26GK201243285SQ200820037818
公開日2009年5月20日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3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