專利名稱：數(shù)字無線電通信線路系統(tǒng)和無線電通信線路終端的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及與權利要求1的前序部分相應的無線電通信線路系統(tǒng)和與權利要求5的前序部分相應的無線電通信線路終端。
無線電通信線路系統(tǒng)通常按雙工原理工作，這意味著兩個無線電通信線路終端共同建立雙向連接，從而在兩個方向上同時進行通信傳播。
雙向同時連接的建立是在輸出和輸入方向采用不同的無線電頻率?？墒沁@樣做會引起一些問題，這些問題將在下面A至D點中討論。
A.在這兩個無線電通信線路終端中，必須把發(fā)射機和接收機信號彼此分開，為的是接收機將不至于過負荷。實際上，唯一的方法是利用一個帶分濾波器(天線分支單元)，它在一個頻段把發(fā)射機與天線連接，并在另一個頻段把接收機與天線連接。這種濾波器是一種非常復雜的部件，因此造價也很高。
B.天線分支單元需要信道相關(chamnel—associated)調諧或者只對部分頻段進行調諧，這些使濾波器本身及其備件的制造復雜了。
C.由于工作在某個無線電中繼段(hop)兩端的設備在頻率(特征)上是相反的，所以很難把它們在結構上設計得相似。至少，有必要根據(jù)反向發(fā)射和接收頻率來修改天線分支單元，但是無線電部件本身可按照反向頻率變化。
D.因為無線電通信線路終端的發(fā)射機和接收機在不同頻率工作，它們包含一些工作在不同頻率的振蕩器，這可能在無線電通信線路終端內引起干擾混頻效應。
下面這些方法，作為諸多方法的幾種，被用來試圖解決上述問題(A到D與上述四點相對應)A.就一數(shù)字無線電通信線路來說，該帶分濾波器(天線分支單元)一直在使用，并且大體上只可能主要在涉及制造技術的方面降低其高造價。在某些應用中，例如在PCT申請WO84/00455中描述的無線電話系統(tǒng)中，實現(xiàn)雙工工作是采用單一信道，在該信道中通信是以比正常速率要高的速率在兩個方向交替進行的。通過一個適當?shù)膹椥跃彌_器，速率可以被拉平，并且天線分支單元可以用較便宜的開關來代替。
B.和C.如上面條款A中的陳述，以同樣的方式代替天線分支單元。
D.接收機可以依據(jù)方向轉換原理運行來實現(xiàn)這一點，以使選頻部件的數(shù)量和不利的混頻效應減小。在上述PCT Application WO84/00455中的無線電話系統(tǒng)中也應用了方向轉換。
本發(fā)明的目的是避免上述缺點同時盡可能經(jīng)濟地提供一個無線電通信線路終端和無線電通信線路系統(tǒng)，即在線路終端盡可能相似的同時，也要有最少數(shù)量的部件。該目的是通過依據(jù)本發(fā)明的解決方法來實現(xiàn)的，其中的無線電通信線路系統(tǒng)的特性在附后的權利要求1所述特征部分中被揭示，同時無線電線路終端是由附后的權利要求5所述的特征部分來揭示。
本發(fā)明的思想是對無線電通信線路系統(tǒng)采用單一頻率下的交替通信的方法，這時，發(fā)射機對無線電頻率應用直接調制，接收機采用從無線電頻率到基帶的直接轉換，因此(a)發(fā)射和接收使用一個公共的正交混頻器，該混頻器由同一個本機振蕩器控制，(b)發(fā)射和接收支路在基帶上被分離開。
原理上，依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)不包含高頻選頻部件，例如一個天線分支單元。依據(jù)本發(fā)明的線路終端或線路系統(tǒng)也不包含任何單獨的高頻開關，而它們可以用一個不很貴的基帶開關來代替。另外，小的調諧是必要的。當無線電通信線路終端的發(fā)射機和接收機共用相同的混頻器和本機振蕩器時，造價的節(jié)約是相當可觀的。因為發(fā)射機和接收機都按直接調制/轉換的原理工作并且在相同頻率上交替，所以不會有在發(fā)射機和接收機之間產(chǎn)生不利的混頻效應的危險。
因為依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)并非采用兩個信道而是兩次采用同一個信道，所以頻譜效率大體上沒有變化。不過，發(fā)射和接收之間的交替需要一段預定的恢復時間，這實際在某種程度上減損了頻譜效率。
下面，本發(fā)明及其最佳實施例參照附圖中所示的例子被更充分地描述，其中

圖1是圖解依據(jù)本發(fā)明的無線電通信線路系統(tǒng)的方框圖；圖2是更詳細的圖解依據(jù)本發(fā)明的無線電通信線路終端的一部分的方框圖；圖3是一個更詳細的依據(jù)本發(fā)明的正交混頻器的圖。
依據(jù)本發(fā)明的無線電通信線路系統(tǒng)通過利用在發(fā)射機中對無線電頻率直接調制和在接收機中對從無線電頻率到基帶直接解調制的方式，把在一個頻率上的交替通信用于數(shù)字無線電通信線路連接來傳播雙路至少0.7Mbit/s(的數(shù)據(jù)傳輸速率)的通信(例如語音和/或數(shù)據(jù))。依據(jù)本發(fā)明的無線電通信線路終端包括單一的正交混頻器和單一的(高頻)本機振蕩器，該本機振蕩器交替充當發(fā)射機和接收機的本機振蕩器。
圖1表示了一個方框圖，它圖解說明了依據(jù)本發(fā)明的無線電通信線路系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括兩個無線電通信線路終端A和B，它們通過無線電路徑11互相通信。(在圖1中，對應的部分被用同樣的參考數(shù)字所表示，這樣，作為無線電通信線路終端A的參照符號，字母a被引入，同樣作為無線電通信線路終端B的參照符號，字母b被引入。)線路終端的發(fā)射分支包括彈性緩沖器11，它接收被發(fā)往線路的數(shù)字數(shù)據(jù)流D；基帶調制器部件12，它為與天線17相連的無線電部件13生成基帶調制信號，該無線電部件為接收分支和發(fā)射分支所共有。線路終端的接收分支包括解調器14，它解調從天線和無線電部件來的基帶調制信號；彈性緩沖器15，它轉送通過線路接收的數(shù)字數(shù)據(jù)流。該線路終端還包括定時裝置16，它通過控制調制器、解調器和彈性緩沖器使線路終端在發(fā)射和接收兩種方式之間交替。兩個線路終端都在同一頻率f上發(fā)射和接收。
進入線路終端A的基帶數(shù)據(jù)流D被施加到彈性緩沖器11a，傳輸?shù)綇椥跃彌_器11a的比特位被以均勻的速率存儲。(到緩沖器的存儲發(fā)生在一個由輸入時鐘信號CLK所決定的同步)。隨著線路終端A的發(fā)射周期起動，彈性緩沖器以一種適宜的幀方式發(fā)射所存儲的比特位至無線電中繼段(radio hop)的另一端，其速率比通過調制器12a、無線電部件13a和天線17a的存儲速率高兩倍以上。(在圖中，被以幀形式發(fā)射的數(shù)據(jù)流以標記TXD表示，并且相應的時鐘信號以標記TCK表示)。在無線電中繼段的另一端，接收到的信號經(jīng)過天線17b和無線電部件13b傳送到解調器14b，解調器14b完成解調(對接收到的比特位作判斷)并將比特位施加到彈性緩沖器15b。(在圖中，接收到的幀構成的數(shù)據(jù)流被以標記RXD表示，相應的時鐘信號被以標記RCK表示)。彈性緩沖器分解無線電通信線路的幀結構，并且以均勻速率恢復比特位。在相反的方向(從終端B到終端A)，運行是相似的，但它以第一次提及的傳播方向在時域中交替。
發(fā)射和接收時間以均勻的速率交替，并且比特流之間的速度差可以利用常規(guī)技術調整均勻。在發(fā)射和接收時間之間需要提供一段預置恢復時間，以便給設備時間來建立和包括信號及反射信號在無線電路徑中傳播的傳播時間。這樣總比特率明顯地比凈比特率高兩倍以上。
圖2更準確地表示了依據(jù)本發(fā)明的無線電通信線路終端。為了清楚，彈性緩沖器15沒有畫出。依據(jù)本發(fā)明，無線電部件13包括單一正交型混頻器22和用以控制它的本機振蕩器24。
在線路終端的接收期間，發(fā)往天線17的信號在正交型混頻器22內與基帶混頻，并且與本機振蕩器的輸入混頻，施加給該輸入的信號LO來自于本機振蕩器。從混頻器得到的實際上相互正交的基帶信號I和Q通過基帶放大器21進入解調器14，該解調器14確定接收到的比特并且與信號合并成為單一數(shù)據(jù)流RXD?；鶐Х糯笃?1還包含決定接收機的頻率選擇性的低通濾波器，并且也許還包含均衡器。
接收階段完成之后經(jīng)過一段時間到發(fā)射階段，基帶放大器21從混頻器斷開，并且一個從調制器12來的信號被提供給混頻器的I和Q部分，該信號的形狀依提供的調制而定。(通常來講，調制器完成需要的基帶調整，包括把數(shù)據(jù)流TXD分成兩部分(I和Q)，編碼，濾波，和將數(shù)字形式轉換成模擬形式。)不過，基帶放大器的斷開是可選的，因為發(fā)射和接收發(fā)生在不同時間，所以在發(fā)射期間接收到的信號并不重要。不過在邏輯上，在混頻器和基帶放大器之間有一個被表示為參考數(shù)字SW1的開關。如果這個開關以物理方式被實現(xiàn)，例如4052或4066型式的模擬場效應晶體管(FET)開關就可以做到。然而從本發(fā)明的觀點看，在基帶上分離發(fā)射和接收支路是必要的。
如果線路采用移相鍵控(PSK)或QAM型調制方式，由調制器12提供的對應于它們的電壓被作為I和Q信號，有可能被應用到從解調器14到本機振蕩器24的頻率的微調控制(圖2中未顯示)被斷開或凍結。
如果應用移頻鍵控(FSK)型調制，直流(DC)電壓作為I和Q信號被施加到混頻器22，并且本機振蕩器的頻率被由調制器獲得的電壓(在圖中以參照符號Vm表示)調制。在此期間，從解調器到本機振蕩器24可能獲得的自動頻率控制(AFC)電壓被斷開(或凍結)。
上述系統(tǒng)再增加移頻鍵控(FSK)型調制就成為本發(fā)明的最佳實施例，該實施例(不論其它方面如何)，至少是經(jīng)濟的。這是因為這種配置可以得到最大不失真輸出功率，除此之外，解調器利用一個電路裝置來被實現(xiàn)，該電路的原理是基于測量連續(xù)位移的方位角之間的差值，這些位移發(fā)生在信號點的I/Q平面上。這種解調器的解決方案抗干擾能力強并且在費用上具有優(yōu)勢，它在芬蘭專利申請FI932519中有更全面更詳細的描述。
原則上，混頻器22可以是任何已知類型(無源的，正交的)的混頻器結構。不過，為了混頻器22在發(fā)射階段不造成不必要的衰減，該混頻器依據(jù)本發(fā)明的最佳實施例來被實現(xiàn)，方法是對于發(fā)射階段的持續(xù)時間，轉換它到其變換損耗為最小的狀態(tài)。在這種替代中，正交混頻器可以例如是一種由FET實現(xiàn)的受控正交混頻器，以便它將在發(fā)射階段作為一個有源混頻器，而在接收階段作為一個無源混頻器。
圖3表示了這類無源/有源混頻器，它原則上包括兩個獨立的被控制在不同相位的混頻器部件。本機振蕩器信號LO經(jīng)過一個輸入電容器Cin被提供給第一功率分配器(power divider)31，從功率分配器31它被(按相同相位)分給第二功率分配器32，并且按90度相移分給第三功率分配器33。第二和第三功率分配器分別控制它們自己的FET部件F1和F2，它們很相象，以便與0度相移相對應的功率分配器的端口被連接在第一個FET的柵極上，與180度相移相對應的功率分配器的端口被連接在第二個FET的柵極上。第一FET部件F1構成信號I的端子，以便第一個FET的源極S構成信號的I+端子，并且第二個FET的源極S構成信號的I-端子。(信號I-與反相信號I+相等)相應地，第二FET部件F2構成信號Q的端子，以便第一個FET的源極S構成信號的Q+端子，并且第二個FET的源極S構成信號的Q-端子。(信號Q-與反相信號Q+相等。另外，信號I+和I-就是用圖2中的參照符號I表示，信號Q+和Q-就是用Q表示)。在兩個部件中，通過電容器C1、C2和C3、C4為相應的FET的源極構成射頻—地(RF-ground)(的耦合)。在兩個FET部件中，F(xiàn)ET的漏極互相連接，并且該共同的端子與第四功率分配器34相連，該功率分配器34組合已混頻的信號并且將它們通過一個輸出電容器Cout和混頻器的射頻(RF)口提供給天線，并且在接收過程中分別分配信號給混頻器部件。原則上，在混頻器中第四功率分配器不是絕對必需的。
依據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，這個混頻器結構本身是這樣被應用的使定時裝置16限定發(fā)射/接收交替并控制混頻器，其方法是在發(fā)射階段，通過扼流圈L2和第四功率分配器34連接偏置電壓+Vdd到FET的漏極，以便FET作為有源(放大)混頻器工作。經(jīng)過一段時間轉入接收階段，定時裝置16限定發(fā)射/接收交替斷開偏置電壓，這樣，F(xiàn)ET交替(alternately)作為導電開關工作，同時混頻器作為無源混頻器工作。通過扼流圈L1，偏置電壓被提供給FET的柵極；該電壓是持續(xù)存在的(在發(fā)射和接收期間)。
圖3中表示的混頻器構造在某種意義上具有優(yōu)勢，因為它可以工作在兩個方向上，并且在發(fā)射方向可以很容易地作為有源工作，這點特別具有優(yōu)勢，因為依據(jù)本發(fā)明的線路終端在RF側沒有單獨的放大器。
當使用FSK型信號時，由混頻器造成的衰減也可以消除，方法是為混頻部件配備一個轉換開關，該轉換開關將混頻器從發(fā)射持續(xù)時間轉換到另一狀態(tài)，在這種狀態(tài)中本機振蕩器信號以最大可能的功率直接傳送通過混頻器。盡管如此，限定發(fā)射/接收交替的定時裝置16控制混頻器的狀態(tài)。
盡管以上本發(fā)明以參照附圖的例子被描述了，但是很明顯，本發(fā)明決不僅限于此，而是可在上述發(fā)明思想范圍和附后的權利要求書范圍之內變更。比如，根據(jù)所采用的調制方式，本裝置的更詳細的結構可以以各種方式變化。
權利要求
1.數(shù)字無線電通信線路系統(tǒng)包括兩個無線電通信線路終端(A，B)，在它們之間建立有固定的無線電連接，其中無線電通信線路終端在相同的頻率上交替地發(fā)射，每一個無線電通信線路終端(A，B)包括在發(fā)射分支中的基帶調制器裝置(12a；12b)，用于從數(shù)字數(shù)據(jù)流(TXD)生成基帶調制信號；在接收分支中的解調器裝置(14a；14b)，用于通過解調接收到的基帶信號來生成基帶數(shù)據(jù)流(RXD)；頻率轉換裝置(22，24)，用于從上述基帶調制信號直接形成RF發(fā)射信號，并且用于形成上述基帶信號，該基帶信號是從接收到的RF信號直接接收到的；和定時裝置(16a；16b)，用于交替連接無線電通信線路終端到一個發(fā)射和接收模式，以便當一個無線電通信線路終端在發(fā)射狀態(tài)時，另外一個無線電通信線路終端在接收狀態(tài)。其特征是上述頻率轉換裝置包括單一的公用正交混頻器(22)和控制它的本機振蕩器(24)，發(fā)射和接收分支在基帶中被分開。
2.如權利要求1所述的無線電通信線路系統(tǒng)，其特征是正交混頻器(22)在定時裝置(16a；16b)的控制下交替地工作在兩個不同的狀態(tài)，定時裝置(16a；16b)被連接起來控制混頻器以便混頻器在發(fā)射持續(xù)期間處于有源混頻狀態(tài)，并且在接收持續(xù)期間處于無源混頻狀態(tài)。
3.如權利要求1所述的無線電通信線路系統(tǒng)，在其中應用FSK調制技術，其特征是直流(DC)電壓信號被作為正交信號(I和Q)提供給混頻器(22)，并且本機振蕩器頻率被從調制器裝置(12a；12b)獲得的電壓(Vm)調制。
4.如權利要求1所述的無線電通信線路系統(tǒng)，在其中應用FSK調制技術，其特征是上述定時裝置(16a；16b)被連接起來控制本機振蕩器信號以便在發(fā)射期間該本機振蕩器信號可以直接傳送通過混頻器。
5.數(shù)字無線電通信線路終端包括在發(fā)射分支中的基帶調制器裝置(12a；12b)，用于從數(shù)字數(shù)據(jù)流(TXD)生成基帶調制信號；在接收分支中的解調器裝置(14a；14b)，用于通過解調接收到的基帶信號來生成基帶數(shù)據(jù)流(RXD)；頻率轉換裝置(22，24)，用于從上述基帶調制信號直接形成RF發(fā)射信號，并且形成上述基帶信號，該基帶信號是從接收到的RF信號直接接收到的；和定時裝置(16a；16b)，用于交替連接無線電通信線路終端到一個發(fā)射和接收模式，以便發(fā)射和接收發(fā)生在不同時間。其特性是上述頻率轉換裝置包括單一的公用正交混頻器(22)和控制它的本機振蕩器(24)，發(fā)射和接收分支在基帶中被分開。
6.如權利要求5所述的無線電通信線路終端，其特征是混頻器是由FET開關實現(xiàn)的，并且上述定時裝置(16a，16b)被連接起來控制上述FET，以便在發(fā)射持續(xù)時間它們工作在有源混頻狀態(tài)，在接收持續(xù)期間混頻器工作在無源混頻狀態(tài)。
7.如權利要求5所述的無線電通信線路終端，其中的上述基帶調制器裝置(12a；12b)包括FSK調制器，其特征是直流(DC)電壓被作為正交信號(I和Q)提供給混頻器(22)，并且本機振蕩器的頻率被從調制器裝置(12a；12b)獲得的電壓(Vm)調制。
8.如權利要求5所述的無線電通信線路終端，其中上述基帶調制器裝置(12a；12b)包括FSK調制器，其特征是上述定時裝置(16a；16b)被連接起來控制本機振蕩器信號，以便在發(fā)射階段它直接傳送通過混頻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字無線電通信線路和無線電通信線路系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個無線電通信線路終端(A，B)，在它們之間建立固定的無線電連接。在該系統(tǒng)中，無線電通信線路終端在同一無線電頻率上交替發(fā)射，每一個無線電通信線路終端(A，B)包括(a)在發(fā)射分支中的基帶調制器裝置(12a；12b)，用于從數(shù)字數(shù)據(jù)流(TXD)生成基帶調制信號；(b)在接收分支中的解調器裝置，用于通過解調接收到的調制基帶信號生成基帶數(shù)據(jù)流(RXD)；(c)裝置(22，24)，用于直接從上述基帶調制信號生成射頻(RF)發(fā)射信號，并且直接從接收到的RF信號生成上述接收到的基帶信號；和(d)定時裝置(16a；16b)，用于將無線電通信線路終端交替地與發(fā)射和接收模式相連。為了在經(jīng)濟上具有優(yōu)勢和盡可能簡便地得到線路和一套線路系統(tǒng)，該裝置包括單一的公用正交混頻器(22)和控制它的本機振蕩器，在基帶中發(fā)射和接收支路被分離。
文檔編號H04B1/54GK1133656SQ94193921
公開日1996年10月16日 申請日期1994年9月22日 優(yōu)先權日1993年9月24日
發(fā)明者加莫·馬基南 申請人:諾基亞電信公司