时分多址收发机及其接收自动增益控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种时分多址收发机及其接收自动增益控制方法，具体涉及一种共用天线，以时分的不同定时进行射频信号的发送和接收的时分多址收发机及其接收信号的自动增益控制方法。
背景技术
在接收机的输入电场/输入电平大幅变动的外部传播环境下使用的时分多址收发机中，特别是当设计低噪声接收系统及接收自动增益控制方法时，需要一种电路方式部件，该电路方式部件包含接收系统总增益的温度变动、频率偏差、个体差，对估计的大的接收动态范围在解调前进行吸收，以及总是使解调信号电平保持恒定。
因此，一般，为了进行高速大容量的接收并减轻接收系统解调器的负担，在对到达解调器和RSSI电路输入的接收电平进行检测判定之后，适当从解调器发送控制信号，并对RF/IF部的自动增益控制放大器进行增益控制，以便把该接收电平压缩到不引起解调器输入的接收信号电平劣化的容许输入范围。
图1示出了这种时分多址收发机的现有实施例。收发机具有：控制部80，用于对装置整体进行控制；发送部7，用于对发送数据进行调制，将其作为射频信号输出；接收部20，用于接收射频信号，并将其解调为接收数据；以及共用部10，其具有RF开关12，用于在控制部80的控制下，在发送定时时，把天线11切换并连接到发送部7侧，并在接收定时时，把天线11切换到并连接到接收部20侧。
接收部20的放大部5可具有图4A～4D所示的种种变形。放大部5在初级低噪声放大器51以后，根据中间频率(IF)的变换级数，把自动增益控制放大器52和固定增益放大器54进行任意组合，对接收高频信号进行放大，然后把该信号输入到解调部60。
特别是在接收电场高速大幅变动的外部传播环境下，对于处理高速大容量数据地系统，需要一种具有更高速响应特性并可在很大程度上对接收增益量进行控制的RF/IF自动增益控制电路方式。
对于这种系统，在图1所示的现有实施例中，为了对较大的接收增益量进行可变控制，有必要在接收系统中装备多级多个自动增益控制放大级，从而招致电路的复杂化、大规模化和高价化。
并且，在寻求自动增益控制的高速响应这一点，伴随着控制电路和RF/IF增益可变电路的复杂化，实现所要求的响应是困难的。
本发明的目的是提供一种满足对接收自动增益控制的要求，并能够克服现有实施例的上述问题的时分多址收发机及其接收自动增益控制方法。
【发明内容】
本发明的时分多址收发机在共用天线的同时，在时分的不同定时中，分别进行射频信号的发送和接收，其特征在于，该时分多址收发机具有：切换开关，用于把所述天线切换到并连接到发送系统和接收系统中的任何一方侧；以及控制装置，在发送定时时，把所述切换开关切换到发送系统侧，并把发送信号输出到所述天线，在接收定时时，对接收信号的接收电平进行判定，当所述接收电平在规定值以下时，把所述切换开关切换到接收系统侧，把来自所述天线的接收信号照原样输入到接收系统，当所述接收电平超过所述规定值时，把所述切换开关切换到发送系统侧使被高衰减和泄漏的来自所述天线的信号输入到接收系统。
本发明的时分多址收发机可构成为：在所述切换开关和接收系统的初级放大器之间，与所述切换开关的切换状态无关地设置用于使所述初级放大器的输入阻抗匹配的隔离器。
用于根据接收信号对数据进行解调的解调装置可构成为具有：判定装置，用于对所述接收信号的接收电平进行判定；以及切换装置，用于当所述接收电平超过规定值时，把所述切换开关切换到发送系统侧。
此外，本发明的时分多址收发机也可构成为：在所述切换开关和所述解调装置之间设置任意多个自动增益控制放大器，作为射频信号或中间频率信号的放大器，把接收信号的自动增益控制分散给所述切换开关和所述自动增益控制放大器进行。
本发明的接收自动增益控制方法是一种时分多址收发机的接收自动增益控制方法，该时分多址收发机在共用天线的同时，在时分的不同定时中，分别进行射频信号的发送和接收，其特征在于，该接收自动增益控制方法具有以下步骤：在接收定时时，对接收信号的接收电平进行判定的步骤；当所述接收电平在规定值以下时，把用于使所述天线切换到并连接到发送系统和接收系统中的任何一方侧的切换开关切换到接收系统侧，并把来自所述天线的接收信号照原样输入到接收系统的步骤；以及当所述接收电平超过所述规定值时，把所述切换开关切换到发送系统侧，把被高衰减和泄漏的来自所述天线的信号输入到接收系统。
在上述步骤中可具有以下步骤：把自动增益控制分散给所述切换开关和自动增益控制放大器进行，该自动增益控制放大器设置在所述切换开关和用于根据接收信号对数据进行解调的解调装置之间，作为射频信号或中间频率信号的放大器。
【附图说明】
图1是示出现有时分多址收发机的一例的方框图。
图2是示出本发明一实施例的方框图，并且是示出接收信号电平较小时的状态的图。
图3是示出在图2中，接收信号电平较大时的状态的图。
图4A～图4D是示出接收部的放大器的多级构成例的图。
【具体实施方式】
首先，对本发明的概要进行说明。本发明采用一种由较少的增益控制级组成的简易的电路构成来实现RF/IF自动增益控制电路，使得在接收电场高速大幅变动的外部传播环境下，在使用高速大容量数据的时分多址收发机中，具有更高速响应特性，并可对较大的接收增益量进行控制。
本发明的第一特征着眼于在使收发时分方式的收发路径切换所用的RF开关的天线-低噪声放大部两点间的连接断开时这两点间的较大衰减特性，并积极对此加以利用，作为自动增益控制功能的一部分。特别是在高电场信号接收时，在超过解调器或RSSI的输入检测电平阈值的情况下，为了对接收总增益的大幅降低进行高速控制，设定一种用于在进行接收的同时，使RF开关与发送系统侧连接的方式，并通过连接和断开RF开关，实现高速以及较大接收总增益的必要可变幅度。
其次，本发明的第二特征是在RF开关和初级低噪声放大器之间插入用于改善阻抗的隔离器，以使初级低噪声放大器的输入侧阻抗条件在50欧姆附近保持恒定和稳定，而与RF开关的设定方式无关。
通过插入该输入隔离器，可总是使初级低噪声放大器输入阻抗在50欧姆附近稳定，因而在高输入电场时，可稳定确保初级低噪声放大器的低噪声特性。因此，在较大的接收输入动态范围内，可使解调器输入电平高速收敛，并可提高接收灵敏度。通过插入该输入隔离器，可在较大的接收输入电场中持续稳定地确保高灵敏度的接收机特性(基准灵敏度特性)，其原因如下。
针对较大的接收输入动态范围，采用包含RF开关的自动增益控制来对应。此时，需要一种用于稳定保持接收机的低噪声特性的电路构成，而与RF开关的设定状态无关。此处，应考虑的是用于决定接收机的低噪声特性的初级低噪声放大器的噪声特性和稳定性。这些特性在很大程度上依赖于初级低噪声放大器的输入负载侧阻抗。
一般，在高输入电场时的RF开关切换到发送侧的状态(断开状态)中，从初级低噪声放大器的输入端观察输入负载侧时的电源阻抗，与在低输入电场时的RF开关通常与接收系统连接的状态下从低噪声放大器观察输入负载侧时的50欧姆附近的电源阻抗(＝在自由传播空间内设置天线时的天线输出阻抗)有大幅偏离并发生劣化。
另一方面，从初级低噪声放大器观察输入侧时的VSWR(电压驻波比)由RF开关断开时的阻抗(VSWR)来决定。一般，开关断开时，即高电场输入时的输入负载VSWR增加。
最初在初级低噪声放大器设计时，以输入负载阻抗为天线连接时的额定值50欧姆为前提进行阻抗变换，即：从该50欧姆变换为从低噪声放大器输入观察输入负载侧时的用于实现最佳噪声匹配的阻抗。也就是说，设计最佳噪声匹配电路是惯例。
并且，结合该低噪声匹配，以50欧姆输入负载为前提，为了确保初级低噪声放大器的绝对稳定(防止无用振荡)，设计低噪声放大器输入匹配电路，以使K系数在较大的频率范围内在1以上，这是绝对稳定条件。
也就是说，在通常低输入电场时，可接近该状况，并可确保初级低噪声放大器的低噪声特性和稳定性。
另一方面，在高输入电场时，由于输入开关断开，因而低噪声放大器的输入负载阻抗发生偏移和变化。因此，低噪声放大器输入侧的最佳噪声匹配和绝对稳定条件被破坏，并且由于噪声劣化或者频带内外的特定频率而发生无用振荡。
为了消除该问题，把隔离器插入在RF开关和初级低噪声放大器之间，并改善初级低噪声放大器的输入侧阻抗。
以下将参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。
图2和图3是示出本发明实施例的方框图。图2是主要对收发状态，即：在低输入电场接收时的RF开关12的状态(方式：接收侧连接，开关损耗：小)及接收机整体构成进行说明的图。图3是主要对收发状态，即：在高输入电场中接收时的RF开关12的状态(方式：发送侧＝接收断开，开关损耗：大＝高衰减)及接收机整体构成进行说明的图。如图2所示，时分多址收发机由共用部1、接收部2(接收系统)、发送部7(发送系统)和控制部8构成。
共用部1具有：天线11，使用电波来收发射频信号(RF信号)；RF开关12，把与天线11的连接切换到接收部2侧或发送部7侧中的任何一方；以及开关切换器13，在控制部8和接收部2的控制下，对RF开关12的连接目标进行切换控制。
接收部2包含循环器31和终端器32(50欧姆)，其具有：隔离器3，用于把被输入到输入侧的来自RF开关12的接收RF信号输出到后级，同时把被输入到输出侧的来自后级的反射信号导入终端器32；高频滤波器(RF滤波器)4，用于针对来自隔离器3的接收RF信号，使规定频带的信号通过/衰减；放大部5，用于对来自RF滤波器4的接收RF信号进行放大；以及解调部6，用于对来自放大部5的接收RF信号进行解调(数据再现)。
当存在由于外来干扰波而招致的接收阻塞(灵敏度抑制/劣化)的问题时，为了防止该问题，RF滤波器4是用于确保接收选择度特性的滤波器。根据情况，分为带通滤波器(Band Pass Filter)、或者低通滤波器(Low Pass Filter)、高通滤波器(High Pass Filter)、带阻滤波器(BandElimination Filter)等。
放大部5由低噪声放大器51和自动增益控制放大器52构成。然而不限于此，可考虑图4A～D所示的各种变形。
图4A所示例的构成与图2相同，它是具有低噪声放大器51和自动增益控制放大器52各1台的多级构成例。不进行向中间频率(IF)的频率变换，而是按照由天线11接收的频率(RF)进行放大。放大部5中的自动增益控制(AGC)仅使用RF用的自动增益控制放大器52来进行。也就是说，该构成是使包含RF开关12的自动增益控制级仅与RF部集成。
图4B所示例使用变频器53(混频器531、局部振荡器532)向中间频率(IF)仅进行1级变频，并且是除具有1台低噪声放大器51以外，还具有2台供RF用和IF用的自动增益控制放大器52的多级构成例。也就是说，该构成是把包含RF开关12的自动增益控制级分散为RF部和1次IF级(初级)。
图4C所示例进行多级IF变换(图中省略)，并且是具有低噪声放大器51和RF用自动增益控制放大器52各1台的多级构成例，其中，仅把任意(n次)一个IF级的放大器设定为自动增益控制放大器52，把其他的IF级的放大器设定为固定增益放大器54。也就是说，该构成是把包含RF开关12的自动增益控制级分散为RF部和n次IF级(n级)。
图4D所示例将上述各构成进行混合，是把包含RF开关12的自动增益控制级正确分散为RF部和1次IF级～n次IF级的多级构成例。也就是说，除了低噪声放大器51以外的RF用和IF用放大器可任意被设定为自动增益控制放大器52或固定增益放大器54中的任何一方。
此外，RF开关12最初是收发时分方式的收发路径切换所用的开关。当天线11和低噪声放大部(隔离器3，RF滤波器4，放大部5)两点间的连接被断开时，获得较大的衰减特性(一般，在连接/断开这两者间有20～30dB损耗变化)。
解调部6具有接收信号强度指示器(RSSI：Received Signal StrengthIndicator)61和解调器62。RSSI 61是用于对接收信号电平进行检波和检测的信号强度检测器，并以绝对值方式对接收信号的强弱进行检测。
解调器62根据接收信号对数据进行解调。此时，对较大的接收电平进行检测，并把必要控制量传送到对应的增益可变部件进行控制。该必要控制量由内置的数字运算部来计算，以吸收较大的范围(如果按照原较大的范围吸收，则超出解调器的最佳范围，发生接收劣化：引起误码)，并且判断是否可在何种程度上对电平进行控制，在本实施例中，把由RSSI 61通知的接收电平与规定阈值进行比较，当超过阈值时，由共用部1的开关切换器13进行控制，并且RF开关12和接收部2的直接连接被切换。
发送部7具有：调制器71，用于把发送数据调制成射频信号；以及发送机高输出放大器72，用于对来自调制器71的射频信号进行功率放大。
控制部8根据发送定时和接收定时，分别使发送部7和接收部2动作。并且，控制部8对共用部1的开关切换部13进行控制，并把RF开关12的连接切换到发送部7侧或接收部2侧。并且，可构成为：开关切换部13包含在控制部8内，而不是共用部1。
以下参照图2和图3，对本发明的时分多址收发机用的动作及其接收自动增益控制方法进行说明。
控制部8在发送定时时，对共用部1的开关切换部13进行控制，并进行控制以使RF开关12中的天线11的连接目标是发送部7侧。并且，控制部8进行控制，以便把由发送部7生成的射频信号发送到天线11。并且，此时的RF开关12的连接状态与图3相同。然而，图3的状态表示接收定时的接收信号电平较大时的连接电波，并且信号不从发送部7输出，这一点是不同的。
控制部8在接收定时时，对共用部1的开关切换部13进行控制，并进行控制以使RF开关12中的天线11的连接目标是接收部2侧。并且，控制部8进行控制，以便把由天线11接收的射频信号(RF信号)输入到接收部2的隔离器3。
输入到隔离器3的RF信号通过RF滤波器4受到规定的带通/带阻作用，并在排除干扰波的影响后，被输入到放大器5。
放大部5首先使用低噪声放大器51对输入的RF信号进行放大。放大部5还根据需要，使RF信号保持原样或者变换为IF信号。RF信号或IF信号由自动增益放大器52或固定放大器54进行放大，并被输入到解调部6。
解调部6的RSSI 61对输入的接收信号(RF信号或IF信号)的电平(接收电平)进行检测，并通知给解调器62。解调器62把由RSSI 61通知的接收电平与规定阈值进行比较，如果接收电平在阈值以下，则根据接收信号对数据进行解调。当接收电平超过阈值时，解调器62对共用部1的开关切换器13进行控制，以把RF开关12的连接目标设定为发送部7侧，切断与接收部2的直接连接(图3所示状态)。
在图3所示的状态下，尽管RF开关12的连接目标为发送部7侧，然而如上所述，由于不是在发送定时而是在接收定时中，信号不从发送部7发送，因而来自天线11的RF信号得到大幅衰减(例如，20～30dB损耗)，并被输入到接收部2。
由于该衰减而使电平下降的接收信号通过与上述相同的路由(隔离器3，RF滤波器4，放大器5)被输入到解调部6，并被解调成数据。这样，即使天线11的接收信号电平较大，也可使由放大器5处理的信号的电平大幅下降，因而可减少放大器5的自动增益控制的控制量，并可简化用于自动增益控制的电路构成。
解调部6对开关切换器13进行控制，以便当检测出接收信号电平下降到规定阈值以下时，使RF开关12的连接目标返回到接收部2侧。把RF开关12的连接目标从接收部2侧切换到发送部7侧时的接收电平阈值(L1)和从发送部7侧切换到接收部2侧的接收电平阈值(L2)可以设定为彼此不同的值。通常，L1比L2大。并且，优选的是，维持滞后特性，以使RF开关12的切换不会频繁发生。
并且在本例中，不通过解调部6对接收信号的信号电平进行检测，然而不限于此，通过设置公知的合适部件，可在放大部5或者其前级进行检测。
以下将对作为本发明特征的隔离器3的动作进行详细说明。
在接收电场高速大幅变动的外部传播环境下，对于使用高速大容量数据的系统，要求一种简易的电路构成，具有更高速的响应特性并可对接收增益量进行较大控制的RF/IF自动增益控制电路由较少的增益控制级组成。
为了实现这一点，本发明的特征是着眼于在使收发时分方式的收发路径切换所用的RF开关12中的天线11与低噪声放大部51之间的连接断开时这两点间的较大衰减特性(一般在连接/断开这两者间有20～30dB损耗变化)，并积极对此加以利用，作为自动增益控制功能的一部分。
这样，在进行接收的同时，通过使RF开关12与发送侧连接，使与接收侧的连接断开，特别是在高电场信号接收时，可高速进行接收总增益的大幅降低高速控制。
然而，为了在较宽的接收输入电场中持续稳定地确保高灵敏度的接收机特性(基准灵敏度特性)，重要的是提供一种与RF开关12的设定状态无关、用于稳定保持接收机的低噪声特性的电路构成，。此时，特别应考虑的是用于决定接收机的低噪声特性的初级低噪声放大器51的噪声特性和稳定性。该噪声特性和稳定性在很大程度上依赖于初级低噪声放大器51的输入负载侧阻抗。
一般，在高输入电场时的RF开关12切换到发送侧的状态(断开状态)下从初级低噪声放大器51的输入端(通过RF滤波器4)观察输入负载侧时的电源阻抗，与在低输入电场时的RF开关12通常与接收系统连接的状态下从低噪声放大器51(通过RF滤波器4)观察输入负载侧时的50欧姆附近的电源阻抗(在自由传播空间内设置天线1时的天线1的输出阻抗)有大幅偏离并发生劣化。
另一方面，从初级低噪声放大器51观察输入侧时的VSWR(电压驻波比)由RF开关12断开时的阻抗(VSWR)来决定。一般，开关断开时(高电场输入时)的输入负载VSWR增加。
在初级低噪声放大器51的设计阶级，如图2所示，以输入负载阻抗在天线连接时的额定值50欧姆终止为前提进行阻抗变换，即：从该50欧姆(50欧姆标准化阻抗＝1+j0)变换为从低噪声放大器输入观察输入负载侧时的用于实现最佳噪声匹配的标准化阻抗(Zo＝Ro+jXo＝Zs＝Rs+jXs)。这样设计最佳噪声匹配电路是惯例。
此处，Zo表示在把配备在低噪声放大器51的输入侧的天线11(50欧姆附近)、RF开关12、隔离器3、RF滤波器4、以及设置在低噪声放大器51的输入侧的输入噪声匹配电路看作一组时，从该输入匹配电路输出端观察输入侧时的实际电路标准化阻抗。Zs是表示提供低噪声放大器51对各频率固有保持的最佳噪声NFmin(最小噪声)的电源阻抗。
并且，为低噪声放大器输入配备任意输入电路时获得的低噪声放大器的噪声指数NF与最小噪声Nfmin、Zo、Zs及等效输入噪声电阻Rn的关系由以下公式(1)给出。
NF(dB)=10×Log[10(NFmin(dB)/10)+RnRs×{(Rs-Ro)2+(Xs-Xo)2}(Ro2+Xs2)]---(1)]]>
根据上式，为了使Zo与Zs相同，通过预先设计低噪声放大器输入匹配电路，可获得低噪声放大器51的NF＝最小噪声NFmin。
由于本发明的特征是插入输入隔离器3，因而在图2所示的RF开关12与接收系统侧连接的低输入电场时当然不用说，即使在图3所示的RF开关12与连接到发送系统侧的接收系统断开的高输入电场时的情况下，从低噪声放大器51观察输入侧时的RF开关12的阻抗变化也被插入隔离器3屏蔽。
其结果是，与RF开关12状况无关，通过把隔离器3内部的50欧姆终端器32确定为输入阻挡，可使低噪声放大器51的噪声指数NF保持最小，而与RF开关12的连接/断开状态无关。
并且，对于低噪声放大器51的稳定性也是同样，与RF开关12的状况无关，通过把隔离器内部的50欧姆终端器32确定为输入阻挡，可总是保持低噪声放大器51的动作稳定性，而与输入阻抗状态无关。因此，不会发生无用振荡等的问题。
因此，通过插入输入隔离器3，可总是使初级低噪声放大器51的输入阻抗稳定在50欧姆附近。也就是说，即使在高输入电场时，也能稳定确保初级低噪声放大器51的低噪声特性，因而在较大的接收输入动态范围内，可使解调器输入电平高速收敛，同时可提高接收灵敏度。也就是说，可实现高性能接收机。
如上所述，在时分多址收发机中，可对在收发时分方式的收发路径切换所用的切换开关(RF开关)的天线与接收系统(低噪声放大部)两点间的连接被切断时的该两点间的大幅衰减特性加以积极利用，作为自动增益控制功能的一部分。
此外，为了使接收系统的初级放大器(低噪声放大器)的输入侧阻抗条件保持恒定而与切换开关的设定方式无关，可在切换开关和初级放大器之间插入隔离器，在接收高电场信号时，如果超过解调装置的输入检测电平阈值，则也可在接收的同时，使切换开关与发送系统侧连接。
根据本发明，可实现高速及较大的接收总增益的必要可变幅度，并且即使在接收电场在较大的动态范围内高速变化的这种严酷的外部传播环境下，也能构筑用于进行高速大容量数据等的无线通信的系统。
并且，根据本发明，由于确保解调装置内部的输入电平的高速收敛和接收机的低噪声性和稳定性，可最大限度地确保接收特性以免受到误码等的接收劣化，并且可实现具有高可靠性和高接收灵感度的良好的无线通信用时分多址收发机。