产生导频信号以执行硬切换 的设备和方法 本发明涉及通信系统，尤其涉及一种用于在码分多址(CDMA)蜂窝系统采用外部导频发射机(EPT)来产生导频信号以执行硬切换的设备和方法。
在蜂窝移动电话系统中，蜂窝服务区域被分为多个子区域。每个子区域称作小区，其上设置基站。在蜂窝通信系统中，一个移动交换中心控制所有基站，并使移动台连续通信，在几个服务小区上移动。码分多址(CDMA)蜂窝或个人通信服务(PCS)系统采用各种类型的切换来保证连续通信。
当移动台进入新小区时，与原始基站的通信终止，而建立与新小区的通信。这种切换称作硬切换。这种切换处理在极短的时间内完成，而移动台用户甚至感觉不到通信的终止。
在CDMA蜂窝系统中，由于用户分布的不均衡而引起频率分配的偏移。换句话说，市区需要较大的业务容量以满足众多用户的需要，而在郊区则需要相对较小的业务容量，这是因为郊区的用户较少。因此，当移动台进入的相邻基站不具有建立当前通信的频率分配时，或者即使有，该频率分配也没有充足的业务信道时，可进行硬切换。
基站测量移动台的信号强度，并连续监视信号强度是否降低至低于预定阈值以下。当接收到的信号强度低于预定阈值以下时，基站察觉到该移动台位于小区的边缘，并通知基站控制器。该基站控制器确定哪个基站从移动台接收相对较强的信号，第一基站还是相邻基站。
当相邻基站接收到强信号时，基站控制器向该相邻基站发送切换请求消息，并向移动台发送与新基站(相邻基站)进行通信的命令。该移动台进行切换，从而新建立移动台和新基站之间的通信。
基站控制器根据目前与移动台进行通信的基站的导频信号强度来决定是否进行切换。在传统的系统中，如果到新基站的切换未获得成功，则呼叫中断。对于可能发生切换失败的原因有很多。如果在相邻小区中没有用于进行呼叫通信地可用信道或者如果移动台未能接收到切换消息，则切换可能失败。当移动台进入静区(shadow area)并且导频信号变得微弱时，也可请求进行切换。此外，在变化的蜂窝通信环境下，很难确定切换决定参数和时间。为了减少进行切换的概率，在各覆盖区域之间进行折衷。
采用导频信号来进行硬切换的方法公开在名为“为移动单元提供从CDMA通信系统到交替访问通信系统的辅助硬切换的方法和设备(A Methodand Apparatus for Providing Mobile Unit Assisted Hard Handoff from a CDMACommunication System to an Alternative Access Communication System)”的第5,594,718号美国专利中。该方法采用导频信标来产生相应于相邻基站的识别导频信号，从而克服上述问题。
图1是现有技术中用于产生相应于相邻基站的导频信号以进行硬切换的导频信号发生器的示意图。每个基站均包括RF(射频)通路单元，其包含：数字MODEM(调制解调器)部分200、210、220，用于将音频转换成中频；收发信机300、310、320，用于将中频转换为射频；和功率放大器400、410、420，用于放大从天线传输的RF。在它们中间，实际的通信是由数字MODEM 200、210，收发信机300、310和功率放大器400、410进行的。
另一方面，产生相应于相邻基站的识别导频信号的导频信号发生器包括其他一些部件，例如用于产生导频信号的数字MODEM部分220、收发信机320和功率放大器420。当移动台移动到相邻基站时，移动台从原始基站接收微弱的导频信号，同时从该相邻基站接收相对较强的导频信号。因此，移动台请求切换，并且导频信号发生器的数字MODEM部分220仅传送开销信道，例如导频、同步和寻呼。
上述用于传送开销信道的方法引起多个频率的覆盖区域的不均衡，并且这种不均衡增加了基频的负载。当导频信号发生器的覆盖区域大于基频的前向链路的覆盖区域时，移动台在具有导频信号发生器的基站中比在均衡的基站中更频繁地请求切换，其中在该均衡基站中，基频的覆盖区域与该导频信号发生器的覆盖区域大致均衡。因此，呼叫更频繁地传递给基频，导致基频负载的增加，并使整个系统性能的破坏。导频信号增益调制可控制覆盖区域的不均衡，但很难不从实际无线电环境和系统操作出发就调制导频信号增益。
此外，当将导频信号发生器加到基站时，需要对安装、数字硬件MODEM和信道卡留出空间。该数字硬件MODEM并不用于实际通信，但用于进行切换，例如用于产生一些信道，诸如导频信道、同步信道和寻呼信道。由于这种导频信号发生器被安装在室外设备中，因此不能便携。
简言之，现有的导频信号发生器的缺点在于：由于其需要安装空间，因此将庞大并且成本较高；不能便携，并且在插入和抽出时需要进行大量的工作；以及在多个频率的覆盖区域中引起不均衡。
本发明的一个目的是提供一种采用IF放大器/分配器而不增加频率分配发生硬件来产生用于硬切换的导频信号的方法和设备。该IF放大器/分配器易于与数字MODEM耦合。
本发明的另一个目的是提供一种为了使负载均衡而产生导频信号并将其输出给每个信道的方法和设备。
用于产生道导频信号的设备不需要安装空间，因此可以是便携式的。
将参照附图详细描述本发明。
在根据本发明的优选实施例中，用于产生相应于相邻基站的识别导频信号以在码分多址蜂窝通信系统中进行频率间硬切换的基站的导频信号发生器包括：中频放大器/分配器，用于对中频进行分配，该中频从数字MODEM传送；服务RF通路单元，用于将分配信号的第一部分上变换到射频并传输该射频，该服务RF通路单元指的是仅用于进行实际通信的通路；和RF通路单元，用于将分配信号的第二部分上变换到射频并传输该射频，此时，该RF被用作硬切换的对应于相邻基站的识别导频信号，其中RF通路单元指的是仅用于进行导频信号传输的通路。
在根据本发明的优选实施例中，提供一种在码分多址蜂窝通信系统中产生用于频率间硬切换的导频信号的方法，在该码分多址蜂窝通信系统中，基站使用相应于相邻基站的用于频率间硬切换的识别导频信号，该方法包括如下步骤：由数字MODEM产生通信用的中频信号；将该中频信号分配给多个通路；在将该分配信号的第一部分上变换后，将该上变换的信号传送到服务RF通路单元进行通信；在将该分配信号的第二部分进行上变换后，将该上变换的信号传送给至少一RF通路单元，以产生相邻基站的导频信号。
在本发明的另一优选实施例中，在码分多址蜂窝通信系统中产生用于频率间硬切换的相邻基站的导频信号的方法包括如下步骤：在RF通路单元上，传输所有由开销信道和业务信道变换的所有信号，此时该RF通路单元传送用于硬切换的相邻基站导频信号；和对于基频，在RF通路单元上，在对通路的信号进行上变换后，传输上变换信号。
图1是表示现有技术中用于产生相应于相邻基站的导频信号以进行硬切换的导频信号发生器的示意图；
图2表示根据本发明的具有示意性的放大器/分配器的基站的框图；
图3是表示根据本发明的第一示意性自切换IF放大器/分配器100的框图；
图4是表示根据本发明的第二示意性自切换IF放大器/分配器的框图；
图5是表示示意性切换控制电路的示意图；
图6是表示根据本发明当IF开关110、130均选择IF放大通路A时示意性IF放大器/分配器的框图；
图7是表示根据本发明当IF开关110、130均选择IF放大通路B时示意性IF放大器/分配器的框图；
图8表示根据本发明的导频信号发生器的连接关系；和
图9表示根据本发明的导频信号发生器的框图。
根据本发明，一旦将放大器/分配器加到传统的数字MODEM上，则该数字MODEM产生通信信号和用于硬切换的导频信号两者。此外，射频通路单元传输由开销信道或业务信道变换的所有信号，以均衡多个频率的覆盖范围。
图2表示根据本发明具有示意性放大器/分配器的基站的框图。如图所示，该基站包括数字MODEM 200和中频放大器/分配器100。数字MODEM200产生用于频率#1的中频。也就是说，中频导致频率#1。与数字MODEM200耦合的IF放大器/分配器将信号分配入具有收发信机#1 300和功率放大器400的服务RF通路单元500以及具有收发信机#3 330和功率放大器430的RF通路单元530。与具有收发信机#2 310和功率放大器410的服务RF通路单元510耦合的另一数字MODEM 210产生用于频率#2的中频。在说明书和权利要求书中，服务RF通路单元指的是仅用于实际通信的RF通路单元，而RF通路单元指的是仅用于传输导频信号的RF通路单元。
如上所述，传统的数字MODEM产生导致用于实际通信的频率#1的信号。然而，在根据本发明的优选实施例中，附加到数字MODEM的IF放大器/分配器将导致实际通信的频率#1的信号的部分传输到RF通路单元中，而该信号部分导致频率#3。因此，RF通路单元530接收来自数字MODEM的用于实际通信的信号。
与IF放大器/分配器100耦合的数字MODEM 200传输由开销信道和业务信道变换的所有信号。从而，通过传输由开销信道和业务信道变换的信号，RF通路单元530均衡多个频率的覆盖范围。
最好产生可用于所有基站的基频的数字MODEM对信号进行分配，并且导频信号发生器产生导频信号。这是因为，来自导频信号发生器的信号的覆盖范围由基频信号的覆盖范围均衡。
信号通过由IF放大器/分配器100选择的放大通路传送到功率分配器，而该功率分配器将信号分配成希望数目的信号。以这种方式，较容易地根据要求增加和减少频率和导频的数目。这种对RF通路单元的增加和减少是根据子小区(subcell)的数目多少而进行。也就是说，一个RF通路单元分配给一个子小区。例如，当在两个扇区上进行切换时，两个扇区的收发信机和功率放大器与IF放大器/分配器100的通路相连。
IF放大器/分配器包括：IF放大器，用于放大输入信号；衰减器，与IF放大器耦合，用于衰减非必要增益；和N路功率分配器，用于将从衰减器传送来的信号分到各通路中。该N路功率分配器将放大信号分配到频率#1的通路中，并分配到用于导频信号传输的通路中。
上述电路的问题在于当在RF放大器或衰减器上产生故障时，不传送用于实际通信的信号和导频信号。然而在本发明中，采用两个放大通路，并且为了保证安全而加入用于检测故障的自切换电路。具体地讲，通过采用双放大通路，仅采用双放大器，或者对放大器和衰减器两者均采用双体。
图3是表示根据本发明的第一示意性自切换IF放大器/分配器100的框图。
自切换IF放大器/分配器100包括：第一IF开关110，用于选择IF放大通路A和IF放大通路B之间的一个，以传输从数字MODEM传送来的IF信号；IF放大器A120，用于放大由第一IF开关选择的通路_A的IF信号；IF放大器B 125，用于放大由第一开关选择的通路_B的IF信号；第二IF开关130，用于选择由IF放大器A120放大的信号和由IF放大器B 125放大的信号中的一个；衰减器140，与IF开关B 130耦合，用于衰减由第二IF开关选择的信号的非必要增益，此时该非必要增益可能在整个电路上产生；和N路功率分配器150，用于将衰减信号传输到N个通路上。
第一和第二IF开关110、130将每个输入信号切换成每个输出信号。RF放大器A120和B125以预定值放大输入信号。N路功率分配器150将切换的信号分配到所要求的通路中。衰减器140衰减信号，以将自切换IF放大器/分配器的通路增益降低为0dB。
图4是表示根据本发明的第二示意性自切换IF放大器/分配器的框图。
如图所示，该IF放大器/分配器包括：第一IF开关110，用于选择IF放大通路_A和IF放大通路_B之间的一个，用于传输从数字MODEM传送的IF信号；IF放大器A120，用于放大由第一IF开关110选择的通路_A的IF信号；衰减器A142，用于衰减由IF放大器A120选择的IF信号的非必要增益；IF放大器125，用于放大由第一IF开关110选择的通路_B的IF信号；衰减器B 144，用于衰减由IF放大器B 125选择的IF信号的非必要增益；第二IF开关130，用于在衰减器A142衰减的信号和由衰减器B 144衰减的信号中选择一个；和N路功率分配器150，用于将由第二IF放大器130选择的信号传输到N个通路。由衰减器A和B衰减的非必要增益可能出现在整个电路中。
对于功能而言，表示第二示意性IF放大器/分配器的图4的所有装置与图3的相同。前述自切换IF放大器/分配器包括IF放大通路A和IF放大通路_B。
至自切换IF放大器/分配器的输入信号通过在IF放大通路A和IF放大通路_B之间选择的一个通路上传送。输出信号的增益为0dB。
在两个IF放大通路上的每个IF放大器120、125具有相同的功率增益G。每个IF放大器120、125的功率增益G补偿IF放大器/分配器100中的N路功率分配器150的介入损耗。
IF放大器120、125具有用于控制细微功率增益以保持定常功率增益的功率增益控制器，另外当电路中出现故障时，由于IF放大器为模块形式，因此易于插入和抽取。
上述IF放大器/分配器100具有恒压电路，用于将从外部传来的电源转换成恒定电压，并将该恒定电压用作电源。
第一IF开关110和第二IF开关130同时选择同一通路，并由开关控制电路进行控制。
图5是表示用于检查图3和4中的通路和控制开关的状态的示意性开关控制电路的示意图。如上所述，该IF放大器/分配器具有开关控制电路160，其检测来自IF放大器A 120和B 125的报警，并控制第一IF开关110和第二IF开关130的切换。
当开关控制电路160检测到IF放大通路中出现故障时，它断开IF放大通路，并且代之以控制IF开关110、130来连接其它通路。
在起始状态下，开关控制电路160在通路_A和通路_B之间选择通路_A，以传输信号。开关控制电路160使用蜂鸣器162或报警LED_A164或LED_B166，以便以可视或音频方式通知用户。
图6是表示根据本发明当IF开关110、130两者均选择IF放大通路_A时的示意性IF放大器/分配器的框图。如图所示，当受开关控制电路160控制的IF开关110、130两者均选择IF放大通路A时，由数字MODEM 200传送的信号通过通路A传输到功率分配器150。
图7是表示根据本发明当IF开关110、130两者均选择IF放大通路_B时的示意性IF放大器/分配器的框图。如图所示，当受开关控制电路160控制的IF开关110、130两者均选择IF放大通路_B时，由数字MODEM 200传送的信号通过通路_B传输到功率分配器150。
N功率分配器150将通过IF放大通路_A或通路_B传输的放大信号分配成N个输出信号，并通过N个通路将它们传输。例如，当需要2个输出时，2路功率分配器分配两个输出，而当需要4个输出时，4路功率分配器分配4个输出。功率分配器中断未被使用的输出端。
前述的N路功率分配器150具有介入损耗，而该介入损耗的大小取决于输出信号的数量。一般来讲，2路功率分配器的介入损耗约为3.3dB，而4路功率分配器的介入损耗约为6.3dB。
衰减器140、142具有预定衰减量L1。为使整个放大通路的增益为0，衰减量由式1确定：
L1=G-A-L2[dB] (1)
式中，A是IF放大器/分配器的增益，L2为N路功率分配器的介入损耗。
如上所述，尽管在自切换IF放大器/分配器电路中出现故障，但不需任何指令的情况下便可进行从故障通路到正常通路的切换(例如，当通路_A出现故障时，由通路_A切换到通路_B)。此外，由于整个IF放大通路的增益为0dB，因此，该IF放大器/分配器应用于传统的基站而不必改变信号电平。
导频信号发生器的RF通路单元可便携，而不必安装在本发明的系统内部。
图8表示根据本发明的导频信号发生器的连接关系。安装在基站中的IF放大器/分配器100向安装在外部的RF通路单元的收发信机330提供信号，并通过RF通路单元产生导频信号。该RF通路单元与高速IPC节点板组件600耦合，并受基站的控制。
图9是表示根据本发明的示意性导频信号发生器的框图。该导频信号发生器包括：收发信机电源340；主控制器338；多个收发信机332、334、336；和多个与收发信机耦合的功率放大器432、434、436。收发信机和功率放大器均根据条件而增加或减少。
当导频信号发生器需要根据小区配置的改变而产生新的导频信号时，收发信机和功率放大器板的增加导致必要的RF通路单元。
涉及采用导频信号发生器的本发明是用于室内和室外，并满足如下规则：天线端的RF输出为每频率分配16瓦特，因此，从基站的输出的传输小于2m；输入电压为DC(直流)+27V的标准电压；传输频率在1810至1870MHz之间；室外导频信号发生器在-30℃至+46℃之间的温度和10％至90％之间的湿度下运行；并且，导频信号发生器具有环境控制器。
当温度升高超过预定阈值时，该环境控制器将热交换机打开致冷并提供电源，而当出现高温报警时切断电源。该环境控制器以这种方式改善系统的可靠性。
前述实施例与现有的技术相比具有多方面的优点：仅附加IF放大器/分配器而不增加数字MODEM就可以进行频率间硬切换；对传输由开销信道和由业务信道两者转换的所有信号的多个频率的覆盖区域进行均衡；由于受基站控制，因此可以进行维修；并且，由于导频信号发生器的每个板均为模块形式，因此易于插入或抽取。
本发明可以以各种修改和替换形式加以实现，因此仅以附图和说明书中的示例形式进行了描述。但应明白的是，本发明并不局限是所公开的特定形式，相反，本发明覆盖落入由所附权利要求限定的精神和范围内的所有修改、等效和替换。