專利名稱：無天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通訊系統(tǒng)的天線轉(zhuǎn)換分集裝置，特別是移去天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置(antenna-switched diversity apparatus)及其操作方法。


圖1所示為一般沒有天線分集功能的無線電通訊系統(tǒng)的方框圖。如圖所示，該無線電通信系統(tǒng)包括，單個(gè)天線101；天線共用器123，它將接收信道與傳輸信道分離；接收機(jī)；發(fā)射機(jī)和信號(hào)處理器112。該接收機(jī)由接收濾波器105、低噪音放大器(LNA)108、圖像清除濾波器110組成。該發(fā)射機(jī)由帶通濾波器114、功率放大器116、低通濾波器118、和傳輸濾波器121組成。
就該接收機(jī)而論，接收濾波器105濾波經(jīng)由天線101接收的無線電信號(hào)，以便只通過接收的頻帶的頻率。低噪音放大器108放大接收濾波器105的輸出信號(hào)并抑制噪音。圖像清除濾波器110，對于圖像頻率成分具有相對較高的衰減系數(shù)，從低噪音放大器108的輸出信號(hào)中移去圖像成分。圖像清除濾波器110的輸出信號(hào)被送到信號(hào)處理器112。
進(jìn)而，就關(guān)于發(fā)射機(jī)而論，帶通濾波器114濾波信號(hào)處理器112的輸出信號(hào)，以便只通過傳輸?shù)念l帶頻率。這里，信號(hào)處理器112的輸出信號(hào)除了包括純粹的傳輸信號(hào)之外還包括寄生成分。這樣的寄生成分通過帶通濾波器114被清除。具有特定增益的功率放大器116放大從帶通濾波器114輸出的傳輸信號(hào)。這里，功率放大器116的輸出信號(hào)，由于功率放大器116的非線性特性而包括有諧波失真成分。低通濾波器118清除來自功率放大器116的輸出信號(hào)中的諧波失真成分。傳輸濾波器121濾波低通濾波器118的輸出信號(hào)，以便只通過傳輸頻帶頻率。傳輸濾波器121的輸出信號(hào)經(jīng)由公共節(jié)點(diǎn)103輸出到天線101。
在圖1中，天線共用器123的組成有，用于通過接收頻帶信號(hào)的接收濾波器105；和用于通過傳輸頻帶信號(hào)的傳輸濾波器121。接收濾波器105的輸入節(jié)點(diǎn)和傳輸濾波器121的輸出節(jié)點(diǎn)被共同連接到公共節(jié)點(diǎn)103。進(jìn)而，接收濾波器105的輸出節(jié)點(diǎn)和傳輸濾波器121的輸入節(jié)點(diǎn)被分別連接到低噪音放大器108的輸入和低通濾波器118的輸出。這里，接收頻率的信號(hào)和傳輸頻率的信號(hào)這二者共存于公共節(jié)點(diǎn)103。
接收濾波器105的輸入節(jié)點(diǎn)對于傳輸頻率信號(hào)具有非常高的阻抗和對于接收頻率信號(hào)具有非常低的阻抗，進(jìn)而，傳輸濾波器121的輸出節(jié)點(diǎn)對于接收頻率信號(hào)具有非常高的阻抗和對于傳輸頻率信號(hào)具有非常低的阻抗。因此，傳輸濾波器121的大部分輸出功率被傳輸?shù)教炀€101，和來自天線101的大部分接收功率被傳輸?shù)浇邮諡V波器105。
進(jìn)而，傳輸濾波器121對于傳輸頻率具有較低的衰減系數(shù)，而對于接收頻率具有較高的衰減系數(shù)。另一方面，接收濾波器105對于接收頻率具有較低的衰減系數(shù)，而對于傳輸頻率具有較高的衰減系數(shù)。相應(yīng)地，混合在公共天線節(jié)點(diǎn)103的傳輸信號(hào)和接收信號(hào)，由于接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的高絕緣系數(shù)，可以彼此不妨礙。如上所述，天線共用器123分離使用公共天線101的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。這樣，天線共用器具有稍微不同于普通帶通濾波器的特性。
圖3A至3D示出在GSM(全球移動(dòng)通訊系統(tǒng))或TDMA(時(shí)分多路存取)蜂窩電話中使用的典型天線共用器的頻率特性曲線。在圖3A中，參考數(shù)字401表示傳輸濾波器121的頻率特性曲線，它示出只在接收頻帶具有較高的衰減系數(shù)和在不是接收頻帶的頻帶中具有較低衰減系數(shù)的帶阻濾波器的特性。相反，接收濾波器105的頻率特性曲線402示出帶通濾波器特性，它通過接收頻帶的信號(hào)和衰減不是接收頻帶的頻帶的信號(hào)。應(yīng)注意到，接收濾波器105的頻率特性曲線402，在傳輸頻帶側(cè)具有陡的斜率，和在不同的頻帶側(cè)具有平緩的斜率。圖3B至3D示出相同的頻率特性。
從前述中能夠理解，天線共用器123是能有選擇地通過特定頻帶的信號(hào)和阻塞其它頻帶信號(hào)的一類帶通濾波器。這樣的天線共用器對使用公共天線101的無線電收發(fā)機(jī)是必不可少的。如圖3A至3D所示，天線共用器123應(yīng)能有增多的極數(shù)，以獲得接收和傳輸頻率的共有的隔離特性。極數(shù)的增加導(dǎo)致天線共用器123尺寸的增加，其結(jié)果是增加了無線電通信系統(tǒng)的尺寸。
圖2示出具有利用兩個(gè)天線的天線分集裝置的無線電通信系統(tǒng)的方框圖。應(yīng)注意，所示的無線電通信系統(tǒng)類似于圖1所示，除了包括的開關(guān)205，控制器220，和第二天線201以外。這樣就限定于天線分集裝置的描述。
參考圖2，開關(guān)205在控制器220的控制下轉(zhuǎn)換天線共用器到第一天線201或第二天線202。這里假設(shè)開關(guān)205正常轉(zhuǎn)換該天線共用器231到第一天線201。信號(hào)處理器217測量經(jīng)由第一天線201接收的信號(hào)強(qiáng)度和輸出一RSSI(接收的信號(hào)強(qiáng)度狀態(tài))信號(hào)到控制器220?？刂破?20將接收的RSSI信號(hào)與一規(guī)定值相比較，以確定接收的信號(hào)是否處于良好狀態(tài)(即強(qiáng)度高于規(guī)定值)。如果接收的信號(hào)是處于良好狀態(tài)，該控制器220控制該開關(guān)205連續(xù)地連接該天線共用器231到第一開關(guān)201。然而，如果接收的信號(hào)是一不良信號(hào)(即強(qiáng)度低于規(guī)定值)，該控制器220控制開關(guān)205，去轉(zhuǎn)換天線共用器231到第二開關(guān)202。
這樣天線分集裝置重復(fù)地選擇兩個(gè)天線201和202中具有較好接收狀態(tài)的一個(gè)，以維持最佳接收狀態(tài)。然而，該天線分集裝置仍然利用同該無線電通信系統(tǒng)中的其它元件相比尺寸相對較大的天線共用器。熟知，天線共用器很難集成到半導(dǎo)體芯片中，從而增加了通信系統(tǒng)的尺寸。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種用于無線電通信系統(tǒng)中移去天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置及其操作方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于無線電通信系統(tǒng)中移去天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置，其中該天線轉(zhuǎn)換分集裝置包括，兩個(gè)天線，和測量天線中接收的信號(hào)強(qiáng)度將較好接收狀態(tài)的天線連到接收機(jī)，和將另一天線連接到發(fā)射機(jī)，以及其操作方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于無線電通信系統(tǒng)的天線轉(zhuǎn)換分集裝置，包括第一和第二天線；第一開關(guān)，具有一輸入節(jié)點(diǎn)連接到第一天線和另一輸入節(jié)點(diǎn)連接到第二天線，和一公共節(jié)點(diǎn)連接到接收機(jī)，所述第一開關(guān)根據(jù)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)轉(zhuǎn)換接收機(jī)到所述第一和第二天線中選定的一個(gè)；第二開關(guān)，具有一輸入節(jié)點(diǎn)連接到第二天線，另一輸入節(jié)點(diǎn)連接到第一天線，一公共節(jié)點(diǎn)連接到發(fā)射機(jī)，所述第二開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射機(jī)到第一和第二天線中的另一個(gè)；接收信號(hào)處理器，用于檢測從接收機(jī)輸出的接收信號(hào)的強(qiáng)度；和一控制器，用于比較接收的信號(hào)強(qiáng)度和規(guī)定值，和如果接收的信號(hào)強(qiáng)度低于規(guī)定值，反相所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
通過參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯
圖1是無天線分集功能的普通無線電通信系統(tǒng)方框圖；圖2是具有利用天線共用器的天線分集裝置的通常的無線電通信系統(tǒng)的方框圖；圖3A到3D是無線電通信系統(tǒng)中使用的天線共用器的頻率特性曲線的圖；和圖4是本發(fā)明一實(shí)施例使用移去天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置的無線電通信系統(tǒng)的方框圖。
以下將參照附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的使用無天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置的無線電通信系統(tǒng)的方框圖。如圖所示，第一開關(guān)309的第一輸入節(jié)點(diǎn)“a”連接到第一天線301，第二輸入節(jié)點(diǎn)“b”連接到第二天線302，和公共節(jié)點(diǎn)“c”連接到接收機(jī)中的帶通濾波器312的輸入節(jié)點(diǎn)。該接收機(jī)包括有帶通濾波器312、低噪音放大器314，和圖像清除濾波器316。第二開關(guān)329的第一輸入節(jié)點(diǎn)“a”連接到第一天線301，第二輸入節(jié)點(diǎn)“b”連接到第二天線302，和公共節(jié)點(diǎn)“c”連接到發(fā)射機(jī)中的低通濾波器326的輸出節(jié)點(diǎn)。該發(fā)射機(jī)包括有帶通濾波器322，功率放大器324，和低通濾波器326。未示出的信號(hào)處理器318包括有接收信號(hào)處理器和傳輸信號(hào)處理器。接收信號(hào)處理器包括下行轉(zhuǎn)換器(down converter)，解調(diào)器，和用于檢測接收的信號(hào)強(qiáng)度以產(chǎn)生RSSI(接收的信號(hào)強(qiáng)度指示)信號(hào)的檢測器。傳輸信號(hào)處理器包括調(diào)制器和上行轉(zhuǎn)換器(up converter)?？刂破?20控制無線電通信系統(tǒng)的整個(gè)操作。最后，該控制器320分析從信號(hào)處理器318輸出的RSSI信號(hào)并產(chǎn)生一轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，以用于控制天線轉(zhuǎn)換分集裝置。第一開關(guān)309根據(jù)從控制器320輸出的轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換它的公共節(jié)點(diǎn)“c”到第一和第二輸入節(jié)點(diǎn)“a”和“b”。第二開關(guān)329根據(jù)反相的轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換它的公共節(jié)點(diǎn)“c”到第一和第二輸入節(jié)點(diǎn)“a”和“b”。
參考圖4，假設(shè)第一開關(guān)309響應(yīng)從控制器320輸出的轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，初始轉(zhuǎn)換它的公共節(jié)點(diǎn)“c”到第一輸入節(jié)點(diǎn)“a”，第二開關(guān)329根據(jù)由反相器330反相的轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換它的公共節(jié)點(diǎn)“c”到第二輸入節(jié)點(diǎn)“b”。在此情況下，第一天線301被連接到接收機(jī)和第二天線302連接到發(fā)射機(jī)。接著，經(jīng)由第一天線301接收的信號(hào)，通過第一開關(guān)309、帶通濾波器312、低噪音放大器314，和圖像清除濾波器316被送到信號(hào)處理器318中的接收信號(hào)處理器。然后，接收信號(hào)處理器下行轉(zhuǎn)換該接收的信號(hào)成為基帶信號(hào)并解調(diào)該轉(zhuǎn)換的基帶信號(hào)。進(jìn)而，該接收信號(hào)處理器測量該接收信號(hào)的強(qiáng)度并輸出與該接收信號(hào)的測量強(qiáng)度成比例的DC RSSI信號(hào)到控制器320。
該控制器320將該接收的RSSI信號(hào)與規(guī)定的基準(zhǔn)值相比較，以確定該接收的信號(hào)是否處于良好狀態(tài)。如果確定接收的信號(hào)強(qiáng)度高于基準(zhǔn)值(即，是處于良好狀態(tài))，該控制器320維持該轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。其結(jié)果是，第一和第二開關(guān)309和329將維持當(dāng)前的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。然而，如果確定，接收信號(hào)的強(qiáng)度是等于或低于基準(zhǔn)值(即，是處于不良狀態(tài))控制器320反相該轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，響應(yīng)該信號(hào)，第一開關(guān)309轉(zhuǎn)換其公共節(jié)點(diǎn)“c”到第二輸入節(jié)點(diǎn)“b”，和第二開關(guān)329轉(zhuǎn)換它的公共節(jié)點(diǎn)“c”到第一輸入節(jié)點(diǎn)“a”。其結(jié)果是，第一天線301被連接到發(fā)射機(jī)和第二天線302被連接到接收機(jī)。在此方式中，控制器320根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度變化，通過轉(zhuǎn)換天線實(shí)現(xiàn)了天線分集功能。
如上所述，為維持最佳的接收狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明的天線轉(zhuǎn)換分集裝置，當(dāng)接收信號(hào)強(qiáng)度等于或低于基準(zhǔn)值時(shí)，將兩個(gè)天線中處于較好接收狀態(tài)的一個(gè)轉(zhuǎn)換給接收機(jī)。在此情況下，處于不良接收狀態(tài)的另一天線連接到發(fā)射機(jī)。這樣，一種可能的假定是，本發(fā)明的天線轉(zhuǎn)換分集裝置是無效的，因?yàn)樘炀€和無線電信號(hào)通路適合互易定理(reciprocaltheorm)。
然而，由于無線電通信系統(tǒng)具有分離的接收和傳輸信道，上述問題不可能會(huì)發(fā)生，通常該無線電通信系統(tǒng)采用了通過頻率分離傳輸和接收信道的方法和通過時(shí)間分離傳輸和接收信道的另一方法。前者的信道分離方法不可能會(huì)產(chǎn)生上述問題，因?yàn)樘炀€分集方法適于多通道衰減，而不是由建筑物遮擋影響的深度衰減谷值(valley)。這顯示了頻率選擇特性。這樣，當(dāng)在接收頻帶的接收信號(hào)落入衰減谷值時(shí)，就像傳輸信號(hào)在衰減谷值不存在一樣。相應(yīng)地，接收信道的不良狀態(tài)不總是意味著傳輸信道的不良狀態(tài)。特別是在有許多可反射無線電波的物體的市區(qū)范圍，要確定傳輸信道和接收信道之間的相關(guān)性是困難的。同時(shí)后者的信道分離方法也不會(huì)產(chǎn)生上述問題，因?yàn)樗梢苑謩e控制傳輸和接收信道。
況且，在本發(fā)明的天線轉(zhuǎn)換分集裝置中，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)總是被連接到第一和第二天線301和302中的一個(gè)。于是可以認(rèn)為，不可能借助于天線分離傳輸信號(hào)和接收信號(hào)。然而，天線轉(zhuǎn)換分集裝置適合于顯示有頻率選擇特性的多通道衰減。這里，頻率選擇特性意味著選擇關(guān)于電磁波信號(hào)的波長的特性。這樣，天線轉(zhuǎn)換分集裝置選擇了關(guān)于天線的位置。相應(yīng)地，第一和第二天線301和302應(yīng)被放置成彼此垂直。那就是，兩個(gè)天線的位置應(yīng)該是，一個(gè)天線被放置成與另一天線相隔1/4波長，或者，一個(gè)天線的極化平面垂直于另一天線，或者與另一天線極化平面不一致。因此，兩個(gè)天線之間的耦合系數(shù)不是很高。結(jié)果是，雖然在接收機(jī)中的帶通濾波器312所要求的傳輸頻率的截止特性被降低為兩個(gè)天線301和302之間的絕緣系數(shù)(isolationfactor)，該天線轉(zhuǎn)換分集裝置可以獲得利用天線共用器的天線分集裝置的傳輸接收絕緣特性。其結(jié)果是，帶通濾波器312具有減少的極數(shù)對降低帶通濾波器312尺寸產(chǎn)生影響。進(jìn)而，通過簡單的LC濾波器就能實(shí)現(xiàn)在發(fā)射器中抑制傳輸頻率信號(hào)中諧波失真成分的低通濾波器326。
另外，第一和第二開關(guān)309和329能被集成到單個(gè)半導(dǎo)體芯片中，這也能對降低整個(gè)無線電通信系統(tǒng)的尺寸產(chǎn)生影響。
如上所述，本發(fā)明的天線轉(zhuǎn)換分集裝置利用兩個(gè)天線來分離傳輸信號(hào)和接收信號(hào)，從而取消了天線共用器，并代替了該移去的天線共用器，該裝置利用了小尺寸的帶通濾波器和開關(guān)，從而降低無線電通信系統(tǒng)的尺寸和重量。進(jìn)而，本發(fā)明的裝置通過使用開關(guān)有利于轉(zhuǎn)換操作，除此之外，在通過時(shí)間分離傳輸和接收信道的情況下，該裝置還能分開控制該傳輸天線和接收天線，從而改進(jìn)了系統(tǒng)性能。
當(dāng)參考最佳實(shí)施例已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)可以做出各種形式和細(xì)節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1．一種無線電通信系統(tǒng)的天線轉(zhuǎn)換分集裝置，其特征是，包括至少兩個(gè)天線；連接在所述天線和接收機(jī)之間的第一開關(guān)；和連接在所述天線和發(fā)射機(jī)之間的第二開關(guān)；其中所述天線轉(zhuǎn)換分集裝置檢測接收的信號(hào)強(qiáng)度，和在如果檢測的強(qiáng)度低于一規(guī)定值時(shí)，控制該第一和第二開關(guān)以便轉(zhuǎn)換該天線。
2．一種無線電通信系統(tǒng)的天線轉(zhuǎn)換分集裝置，其特征是，包括第一和第二天線；第一開關(guān)，具有連接到第一天線的輸入節(jié)點(diǎn)；連接到第二天線的另一輸入節(jié)點(diǎn)；和連接到接收機(jī)的一公共節(jié)點(diǎn)，所述第一開關(guān)根據(jù)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換接收機(jī)到所述第一和第二天線中的選定的一個(gè)；第二開關(guān)，具有連接到第二天線的輸入節(jié)點(diǎn)；連接到第一天線的另一輸入節(jié)點(diǎn)；和連接到發(fā)射機(jī)的一公共節(jié)點(diǎn)，所述第二開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射機(jī)到所述第一和第二天線中的另外一個(gè)；接收信號(hào)處理器，用于檢測從接收機(jī)輸出的接收信號(hào)的強(qiáng)度；和控制器，用于比較接收的信號(hào)強(qiáng)度與一規(guī)定值，如果接收的信號(hào)強(qiáng)度低于規(guī)定值時(shí)，反相所述轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
3．一種用于操作無線電通信系統(tǒng)的天線轉(zhuǎn)換分集裝置的方法，該裝置包括，至少兩個(gè)天線，連接到所述天線和接收機(jī)之間的第一開關(guān)，和連接到所述天線和發(fā)射機(jī)之間的第二開關(guān)，其特征是所述方法包括的步驟有檢測接收的信號(hào)強(qiáng)度；和如果檢測的強(qiáng)度低于規(guī)定值時(shí)，控制第一和第二開關(guān)以便轉(zhuǎn)換該開線。
4．一種用于操作無線電通信系統(tǒng)的天線轉(zhuǎn)換分集裝置的方法，該裝置包括，至少兩個(gè)天線，連接到所述天線和接收機(jī)之間的第一開關(guān)，和連接到所述天線和發(fā)射機(jī)之間的第二開關(guān)，其中當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)轉(zhuǎn)換接收機(jī)到天線中的一個(gè)時(shí)，第二開關(guān)轉(zhuǎn)換發(fā)射機(jī)到天線中的另一個(gè)，其特征是所述方法包括的步驟有檢測從接收機(jī)輸出的接收信號(hào)的強(qiáng)度；將接收信號(hào)的強(qiáng)度與規(guī)定值進(jìn)行比較；如果接收信號(hào)的強(qiáng)度高于規(guī)定值，維持第一和第二開關(guān)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)；和如果接收信號(hào)的強(qiáng)度低于規(guī)定值，控制該第一和第二開關(guān)以便轉(zhuǎn)換天線。
全文摘要
用于無線電通信系統(tǒng)中移去天線共用器的天線轉(zhuǎn)換分集裝置,該天線轉(zhuǎn)換分集裝置包括兩個(gè)天線和檢測經(jīng)由天線中的一個(gè)接收的信號(hào)強(qiáng)度,如果檢測的接收信號(hào)強(qiáng)度低于規(guī)定基準(zhǔn)值,該裝置將處于較好接收狀態(tài)的天線連接到接收機(jī)和將另一天線連接到發(fā)射機(jī)。
文檔編號(hào)H04B7/04GK1211114SQ9810335
公開日1999年3月17日 申請日期1998年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月9日
發(fā)明者鄭采成, 羅普圭 申請人:三星電子株式會(huì)社