码分多址系统之基站中的信号合并方法 发明背景
Ⅰ．发明领域
本发明总体上涉及无线电通信领域，尤其涉及多信道码分多址(CDMA)通信系统中的信号合并。
Ⅱ．背景
无线电通信领域具有许多应用，例如包括无绳电话、寻呼、无线局域回路和卫星通信系统。一种特别重要的应用是用于移动用户的蜂窝式电话系统。(如本文所使用的，术语“蜂窝式”系统包括蜂窝网和PCS频率)。已为这类蜂窝式电话系统开发了各种空间接口(over-the-air interface)，例如包括：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。与其相关地，已开发了各种国内和国际的标准，例如包括高级移动电话业务(AMPS)、全球移动通信系统(GSM)以及暂行标准95(IS-95)。特别是，电信工业协会(TIA)和其它著名的标准实体公布了IS-95及其派生标准IS-95A和ANSI J-STD-008等(本文通称为IS-95)。
根据IS-95构造的蜂窝式电话系统使用CDMA信号处理技术提供高效且强有力的蜂窝式电话业务。美国专利第5，103，459号举例描述了基本上根据IS-95标准构造的蜂窝式电话系统。该专利已转让给本发明的受让人，其整个内容以参考形式引入在此。上述专利说明了CDMA基站中的发送信号或前向链路信号的处理过程。美国专利申请第08/987，172号举例描述了在CDMA基站中的接收信号或反向链路信号的处理过程，该申请的申请日为1997年12月9日，发明名称为“多信道解调器”。所述美国专利申请已转让给本发明的受让人，其整个内容以参考形式引入在此。在CDMA系统中，功率控制是关键问题。美国专利第5，056，109号举例描述了CDMA系统的功率控制方法，该专利已转让给本发明的受让人，其整个内容以参考形式引入在此。
使用CDMA空间接口的一个主要益处是，在同一个射频(RF)带上进行通信。例如，在一给定的蜂窝式电话系统中的每个移动用户装置(一般是蜂窝式电话)可以通过在相同的1.25 MHz的RF频谱上发送反向链路信号，与同一个基站通信。同样，这种系统中地每个基站可以通过在另一个1.25 MHz的RF频谱上发送前向链路信号，与许多移动装置通信。
在同一个RF频谱上发送信号可以有许多好处，例如提高对蜂窝式电话系统的频率复用，以及提高在两个或多个基站之间进行软越区切换的能力。增加频率复用允许在一大小给定的频谱上进行更多数量的呼叫。软越区切换是一种在两个或多个基站的覆盖区过渡移动装置的强有力的方法，这里移动装置同时与两个基站接口。(相反，硬切换是在与第二个基站建立接口之前终止与第一基站的接口。)美国专利第5，267，261号举例描述了一种进行软越区切换的方法，该专利已转让给本发明的受让人，其内容以参考形式引入在此。
在根据IS-95标准工作的CDMA系统中，每个基站的每个扇区都发射或辐射一个或多个扩展频谱信号，而每个扩展频谱信号占用一个不同的频率范围或信道。以每秒1.2288兆码片的速率，用伪随机噪声(PN)扩展序列对每个信号扩展频谱信号进行调制，产生大约1.25 MHz宽的信号。当基站的一个给定扇区必须辐射不止一个信号时，必须对这些信号作一定程度合并。当在功率放大级之后进行这种合并时，合并器必须提供隔离，以保护每个功率放大器不受其它功率放大器产生的信号的影响。如果不能提供这种隔离，那么会产生不希望有的互调产物。或者，造成放大器发生故障。当然，应该理解，对于CDMA蜂窝式系统来说，这种对发送信号的合并不是唯一的。诸如AMPS、GSM等其它蜂窝网标准也从基站的每个扇区发送多频道信号，并因此使用信号合并。但是，由于这类系统的蜂窜网频率复用很稀疏，所以合并被简化。
在传统上，已有许多方法可以实现信号合并。一种方法称空间合并，来自每个功率放大器的输出被引向一个独立的天线。天线之间存在充分的隔离，致使每个功率放大器不受其它放大器之输出的影响。由于试图让天线覆盖同-地理区域，所以天线通常指向同一方向，并且必须相隔足够远，以提供所需要的信号隔离。可以理解，当需要合并的信号数量很大时，该方法变得很麻烦。
另一种在扇区内合并信号的传统方法是使用选频信号合并器。例如，用选频信号合并器合并来自两个功率放大器的输出功率，并且将合并信号发送给单个天线。信号合并器必须允许其两个输入信号到达其输出端，同时防止任何一个输入信号到达另一个输入信号的输入端。一般通过合并器内的一对选频滤波器来实现此任务。但是，本领域的熟练技术人员应该理解，还可以用各种内部电路布局技术来设计选频合并器。在本领域中还知道，在完成上述任务时，可以为选频滤波器提供了一个隔离器。一般来说，合并器必须获得的隔离量由输入一端口的信号当它出现在另一端口时所衰减的分贝数来说明。
例如，如果在诸如AMPS系统中，两个信号频率分得足够开，那么很容易设计选频合并器。例如，在该AMPS系统，每个小区通常都在整个系统可使用的频道的1/7频道上进行发射。在分成三个扇区的小区中，每个扇区都将在这些频率的1/3频率上发射，即在总频率量的1/21频率上发射。因此，AMPS小区的设计可以利用此稀疏的频率复用，以便实现选频信号合并器。例如，为了AMPS系统中合并的两个频道(在这类系统中，每个频道为30 kHz宽)，频道之中心频率之间的间隔为21×30 kHz，或者630 kHz。合并器内的两个滤波器都必须通过30 kHz宽的频道(通带)，并且抑制另一个同样是30 kHz宽的频道(阻带)至少20 dB。通带和阻带之间的过渡带相对通带和阻带的宽度来说很大，这使得在AMPS系统能相对简单地实现选频滤波器。
但是，在依照IS-95标准工作的CDMA系统中，每个频道都可以在每个小区的每个扇区中使用。因此，在必须合并的频道之间不要求存在很大的间隔。在CDMA小区中，通常必须合并两个或多个直接相邻的频道中的信号。由于这些原因，很难设计和制造用于CDMA蜂窝式电话系统的选频信号合并器。因此，需要一种能够在蜂窝式基站中合并CMDA载波信号的有效选频方法。
发明内容
本发明旨在提供一种能够在蜂窝式基站中合并CDMA载波信号的有效选频方法。相应地，一种信号合并方法包括以下步骤：将个别频道合并到频道组中，使得任何一组频道中任意两个个别频道在频率上都不相邻；以及发送频道组。最好，被发送的频道中有一个或多个频道是扩展频谱信号。有利的是，被发送的频道中有一个或多个频道是遵照TIA IS-95A标准或ANSI J-STD-008标准的信号。
在本发明的第一方面，发送信号合并系统有利地包括两个或多个天线，以及两个或多个信号合并器。每个信号合并器都与各自的天线相连，并且与各自的频道组耦合，如此选择频道组，使得任何一组频道中没有两个在频率上相邻的频道。
在本发明的第二个单独的方面，双重分集接收和发送信号合并系统有利地包括：两个或多个信号合并器，每个合并器都与一组不同的频道耦合，并且任何一组频道中任意两个频道在频道上都不相邻；和两个或多个双工器，每个双工器都与各自的信号合并器耦合。有一根天线与每个双工器相连，并且有两个或多个分离器与各自的双工器耦合。
在本发明的第三个单独的方面，双重分集接收和发送信号合并系统有利地包括：两个或多个综合双工器/合并器，每个综合双工器/合并器都与一组不同的频道耦合，并且任何一组频道中任意两个频道在频道上都不相邻。有一根天线与每个综合双工器/合并器相连，并且有两个或多个分离器与各自的综合双工器/合并器耦合。
附图概述
图1是蜂窝式电话系统的方框图。
图2是一方框图，示出了在图1蜂窝式电话系统之基站的一个扇区中使用的发送信号合并系统。
图3是一曲线图，示出了一对发送给选频信号合并器的相邻频道，以及对选频信号合并器内用于处理各自频道的一对滤波器的响应要求。
图4是一曲线图，示出了一对发送给选频信号合并器的非相邻频道，以及对选频信号合并器内用于处理各自频道的一对滤波器的响应要求。
图5是一方框图，示出了在图1蜂窝式电话系统之基站的一个扇区中使用的双重分集接收和发送信号合并系统。
图6是一方框图，示出了在图1蜂窝式电话系统之基站的一个扇区中使用的双重分集接收和发送信号合并系统，该系统使用综合双工器/合并器。
图7是一曲线图，示出了单个带宽大于频道间隔的重叠频道。
图8是一曲线图，示出了具有不同带宽的重叠频道。
较佳实施例的详细描述
如图1所示，CDMA无线电话系统一般包括多个移动用户装置10、多个基站12、基站控制器(BSC)14，和移动交换中心(MSC)16。MSC 16被构造成与传统的公共交换电话网(PSTN)18连接。MSC 16还被构造成与BSC 14连接。BSC 14与每个基站12耦合。基站12也称为基站收发信机子系统(BTS)。或者，在本行业中用“基站”统指BSC 14以及一个或多个BTS 12，其中BTS 12还可以称为“区站”12。(在另一种表示中，将一给定的BTS 12中的扇区称为区站)。移动用户装置10一般是蜂窝式电话10，并且有利的是，蜂窝式电话系统为根据IS-95标准所构造的CDMA系统。
在蜂窝式电话系统的典型工作过程中，基站12接收来自多组移动装置10的多组反向链路信号。移动装置10正在进行电话呼叫或其它通信。被一给定基站12接收到的每个反向链路信号在该基站12内进行处理。将所得的数据发送给BSC 14。BSC 14提供呼叫资源分配和移动管理功能，包括协调在基站12之间的软越区切换。BSC 14还将接收到的数据发送给MSC 16，而MSC 16提供附加的路由选择服务，以便与PSTN 18连系。同样，PSTN 18与MSC 16连系，MSC 16与BSC 14连系，由BSC 14轮流控制基站12，以便将多组前向链路信号发送给多组移动装置10。
在图1的CDMA系统中，每个基站12至少包括一个扇区(未图示)，每个扇区都包括一根天线，该天线指向一特定的沿径向离开基站12的方向。最好，每个基站12都包括三个扇区，并且每个扇区天线所指的径向都相差120度。
在一特定的实施例中，如图2所示，用发送信号合并系统30合并由基站某给定扇区所发出的多个信号，并且保护每个功率放大器32不受剩余功率放大器32产生的信号的影响。有利的是，发送信号合并系统30使用空间合并和选频信号合并的组合。
发送信号合并系统30有利地包括四个频道，它们分别具有中心频率f1、f2、f3和f4。四个频道与基站的一个发送信号处理路径(未图示)耦合。美国专利第5，103，459号描述了在一例CDMA基站中进行的发送信号处理过程，该专利已转让给本发明的受让人，其整个内容以参考形式引入在此。本领域的熟练技术人员应该理解，可以使用任何合理数量的频道。将每个频道输入一特定的功率放大器32，在图示的实施例中有四个功率放大器32。与f1频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第一选频信号合并器34的第一输入端A。与f2频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第二选频信号合并器36的第一输入端A。与f3频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第一选频信号合并器34的第二输入端B。与f4频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第二选频信号合并器36的第一输入端B。第一选频信号合并器被构造成，将输出端C的信号发送给第一天线38。第二选频信号合并器36被构造成，将来自输出端C的信号发送给第二天线40。本领域的熟练技术人员应该理解，尽管在图示的实施例中，在例示的CDMA基站的一个扇区中存在两个天线，但在一个扇区中可以有任伺数量的天线。
如本领域熟练技术人员所理解的，功率放大器32以及选频信号合并器34和36是传统部件，并且又可买到的。如本领域熟练技术人员所理解的，每个选频信号合并器34和36都有利地包括两个滤波器，用于处理各自的两个接收到频道。但是，还应该理解，如本领域已知的，可以用任何合理数量的滤波器设计选频信号合并器34和36(以便处理任何合理数量的频道，根据特定的CDMA基站扇区类型)。
在操作过程中，频道f1、f2、f3和f4之间的间隔为较有利的1.25 MHz。但是，应该理解，可以使用任何合理的间隔。用选频信号合并技术合并奇数编号的频道f1和f3，然后将其发送给第一天线38。同样，用选频信号合并技术合并偶数编号的频道f2和f4，然后将其发送给第二天线40。用这种方式，将不相邻的频道一起分组到一根天线上，由此降低对选频合并器34和36的性能要求，从而以较低成本制造合并器。
如本文中所使用的，对于任何一对频道，术语“不相邻”或者“与…不相邻”是指，两个频道的带宽至少分开一个频道宽度。因此，如果第一频道之高带边缘与第二频道之低带边缘之间的间隔大于或等于分配给CDMA系统中一个频道的最小带宽，那么认为两个相邻频道是不相邻的。另一方面，如果第一频道的高带边缘离开第二频道的低带边缘一段频谱距离，该频谱距离小于分配给CDMA系统中一个频道的最小带宽，那么认为第一和第二相邻频道是相邻的。
如图3所示，如果一对频道的带宽肩并肩，那么认为这两个频道是相邻的。如本领域中已知的，如果在功率放大级之后将CDMA系统中的两个相邻频道发送给同一个选频信号合并器，那么如图3所示，对信号合并器内滤波器所要求的响应必须达到理想滤波器的响应能力。
如图4所示，一对不相邻频道的带宽没有肩并肩。与图2所示的实施例保持一致，在图4的曲线图中，偶数编号的频道内插在一对奇数编号的频道之间。从图4可见，对选频信号合并器内滤波器所要求的响应不需要达到理想滤波器的响应能力。在图示的实施例中，在每个滤波器的通带和阻带之间存在1.25 MHz宽的过渡带，这允许滤波器在性能约束不太严格的条件下进行构造。
最好，在图1系统之每个CDMA基站的每个扇区中重复图2所示的实施例。也可以使用在一个扇区内具有不同频道和/或天线数量的其它实施例。
在本领域中已知，蜂窝式电话系统在每个扇区使用两个或多个天线。这允许用两根天线进行接收(通常称为分集接收)，以提供改良的耐信号衰落的能力。如图5所示，在一具体的实施例中，用一对天线进行分集接收和发送信号合并两项操作。
在图5所示的实施例中，双重分集接收和发送信号合并系统50有利地包括四个频道，它们的中心频率分别为f1、f2、f3和f4。与结合图2实施例所描述的一样，这些频道与基站的一个发送信号处理路径耦合。本领域的熟练技术人员应该理解，可以使用任何合理数量的频道。将每个频道输入一特定的功率放大器32，在图示的实施例中有四个功率放大器32。与f1频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第一选频信号合并器34的第一输入端A。与f2频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第二选频信号合并器36的第一输入端A。与f3频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第一选频信号合并器34的第二输入端B。与f4频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第二选频信号合并器36的第二输入端B。第一选频信号合并器34被构造成，将来自输出端C的信号发送给第一选频双工器52的发送输入端。第一双工器52与第一天线38相连。第二选频信号合并器36被构造成，将来自输出端C的信号发送给第二选频双工器54的发送输入端。第二双工器54与第二天线40相连。本领域的熟练技术人员应该理解，尽管在图示的实施例中，在例示的CDMA基站的一个扇区中存在两个天线，但在一个扇区中可以有任何数量的天线。第一双工器52被构造成，将来自一接收输出端的信号发送给第一分离器56，而第一分离器56被有利地构造成，分别将四个输出信号发送给用于四个频道f1、f2、f3和f4的四个接收机(未图示)。第二双工器54被构造成，将来自一接收输出端的信号发送给第二分离器58，而第二分离器58被有利地构造成，分别将四个输出信号发送给用于四个频道f1、f2、f3和f4的四个接收机。
与针对图2实施例所描述的一样，功率放大器32以及选频信号合并器34和36最好是传统部件。双工器52和54以及分离器56和58也最好是传统上已知的部件。
在操作过程中，有利的是，用两根天线38和40的每一根在该扇区使用的一半频道上进行发送，并且在该扇区使用的所有频道上进行接收。每根天线38、40都与各自的选频双工器52、54相连，而选频双工器将各自的接收机(未图示)与发送信号隔离。在一特定的实施例中，在分离器56和58的前面，分别放置第一和第二低噪声接收信息前置放大器(未图示)。在另一个实施例中，在分离器56和58的后面，分别放置第一和第二低噪声接收信号前置放大器(未图示)。
如图6所示，在一具体的实施例中，可以将双工器和信号合并器结合成单个装置。在图6的实施例中，双重分集接收和发送信号合并系统60使用综合双工器/合并器62和64。将合并器和双工器结合成单个装置具有缩小尺寸的优点。由于避免了合并器中的选频滤波器与双工器之发送信号路径中的冗余选频滤波器的互连，所以一个附加优点是插入损耗较低。
在图6的实施例中，双重分集接收和发送信号合并系统50有利地包括四个频道，它们的中心频率分别为f1、f2、f3和f4。与结合图2实施例所描述的一样，这些频道与基站的一个发送信号处理路径耦合。本领域的熟练技术人员应该理解，可以使用任何合理数量的频道。将每个频道输入一特定的功率放大器32，在图示的实施例中有四个功率放大器32。与f1频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第一综合选频信号双工器/合并器62的第一发送输入端。与f2频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第二综合选频信号双工器/合并器64的第一发送输入端。与f3频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第一综合选频信号双工器/合并器62的第二发送输入端。与f4频道耦合的功率放大器32被构造成，将输出信号发送给第二综合选频信号双工器/合并器64的第二发送输入端。第一综合选频信号双工器/合并器62与第一天线38相连。第二综合选频双工器/合并器64与第二天线40相连。本领域的熟练技术人员应该理解，尽管在图示的实施例中，在例示的CDMA基站的一个扇区中存在两个天线，但在一个扇区中可以有任何数量的天线。第一综合选频双工器/合并器62被构造成，将来自一接收输出端的信号发送给第一分离器56，而第一分离器56被有利地构造成，分别将四个输出信号发送给用于四个频道f1、f2、f3和f4的四个接收机(未图示)。第二综合选频双工器/合并器64被构造成，将来自一接收输出端的信号发送给第二分离器58，而第二分离器58被有利地构造成，分别将四个输出信号发送给用于四个频道f1、f2、f3和f4的四个接收机。
在一特定的实施例中，在分离器56和58的前面，分别放置第一和第二低噪声接收信号前置放大器(未图示)。在另一个实施例中，在分离器56和58的后面，分别放置第一和第二低噪声接收信号前置放大器(未图示)。
与针对图2实施例所描述的一样，功率放大器32以及分离器56和58最好是传统部件。综合选频双工器/合并器62和64也最好是传统上已知的、又可以获得的部件。
如本领域的熟练技术人员容易理解的，频道间隔可以与本文中描述的不同。例如，IS-95A和J-STD-008中的频道不需要相隔1.25 MHz；这只是习惯上这样做。如图7中的曲线所示，当一些频道重叠时，单独的选频合并不会产生令人满意的结果，因为一个频道的频率分量不可能仅仅通过选择频率而与另一个频道隔离。当可获得的频谱总量受到限制，并且非重叠频道会浪费一些频谱时，图7所示的技术是有用的，在该技术中，四个频道相隔1.00MHz，每个频道为1.25 MHz宽(为清楚起见，只标注了f1的大小，以及f1和f2之间的间隔)。利用图2的系统可以获得令人满意的结果。
图8示出了另一例重叠频道。在该例中，使用具有两个不同带宽的扩展频谱信号。因此，在同一中心频率，即频率f1上发送具有不同带宽的两个扩展频谱信号。利用图2的系统，可以合并较宽的f1信号和f3信号，然后将其发送给第一天线38，同时合并较窄的f1信号和f2信号，然后将其发送给第二天线40。
在本文所描述的诸多实施例中，第一和第二天线之间的隔离可以是天线之间物理间距的结果，或者可以通过天线极化来提供。如果通过极化提供隔离，那么可以有利地用具有两个馈电的一根天线来代替两根天线，其中一个馈电用于第一极化，另一个馈电用于第二极化，而第一和第二极化是正交的或接近正交的。可以对正交极化几种不同的合并，例如{水平极化，垂直极化}、{垂直向左线性倾斜45度极化，垂直向右线性倾斜45度极化}，以及{左旋圆极化，右旋圆极化}。本领域已知如何用两个具有不同极化的接收天线来分集接收。
因此，已经描述了本发明的较佳实施例。但是，本发明的普通技术人员应该理解，不脱离本发明的精神或范围，可以对本文描述的实施例进行各种变化。因此，本发明仅受以下权利要求书的限制。