专利名称：用于码分多址通信系统的线性覆盖区域天线系统的制作方法
本申请是美国待批专利申请第08/112,392号的续展申请(1993年8月27日申请，发明名称是“双分布式天线系统”)，所述申请是美国专利申请第07/849,651号的续展申请(1992年3月9日申请，发明名称是“CDMA微蜂窝状电话系统和用于它的分布式天线系统”)，所述申请是美国专利申请第07/624,118号的续展申请(1990年12月7日申请，发明名称相同)，并在1994年1月18日作为美国专利第5,280,472号获得批准。发明背景I.发明领域本发明涉及通信系统，特别涉及室内通信系统，它包括蜂窝状电话、个人通信装置(PCS)、无线专用小交换机(PBX)和无线市内环路系统。更精确地说，本发明涉及用于微蜂窝状天线系统的新型并改进过的分布式同轴天线，以有利于运用扩展频谱信号的室内通信。
II.相关技术描述码分多址(CDMA)调制技术是促进包括大量系统用户的通信的几种技术中的一种。现有技术中已知其它多址通信系统技术(诸如，跳频扩展频谱、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、和诸如幅度压扩单边带的调幅法)。然而，比起多址通信系统的其它调制技术，CDMA的扩展频谱调制技术有许多优点。美国专利第4,901,307号(1990年2月13日获得批准，发明名称是“运用卫星或地面中继站的扩展频谱多址通信系统”，转让于本发明的受让人)揭示在多址通信系统中CDMA技术的用途，列入于此，以作参考。
在上述专利中，揭示了多址技术，其中具有收发机的大量移动电话系统用户运用CDMA扩展频谱通信信号，通过卫星中继站或地面基站(也称为小区位置站；小区位置；或简称小区)进行通信。运用CDMA通信，可以重复使用频谱多次。运用CDMA可导致比运用其它多址技术所获得的更高的频谱效率，从而增加系统用户容量。
地面信道经历被称为Rayleigh衰落的信号衰落。从不同的物理环境反射的信号使地面信道信号具有Rayleigh衰落特性。结果，信号沿着许多方向以不同的传输延迟到达移动单元接收机。在通常用于移动无线通信(包括那些蜂窝状移动电话系统)的UHF频率带下，在不同路径上传输的信号之间可能具有明显的相位差异。信号的有危害的总和可能导致偶然的深衰落。
地面信道衰落是随着移动单元的物理环境而强烈地变化。移动单元的位置小的变化或环境小的变化可以改变所有信号传播路径的物理延迟，它还进一步导致每条路径的不同相位。例如，在通过环境中移动单元的移位可以导致快速衰落过程。例如，在850MHz蜂窝状射频带中，一般是在1英里/小时的车辆速度下，每秒发生一次衰落。如此严重的衰落可能对在地面信道中的信号形成极大的破坏性，从而导致劣质的通信质量。可将附加的发射机功率用于克服衰落问题。然而，功率的增加反过来影响用户(过量的功率消耗)和系统(干扰增强)。
在CDMA通信系统中，所有基站都用相同的宽频带信道来通信。一般，在FDMA方法中，把只一个频带分配给一个通信链路，例如，从基站到一个移动单元。然而，在CDMA系统中，还把提供处理增益的CDMA波形特性用于区别拥有相同频带的信号。此外，高速伪随机噪声(PN)调制所得公共信号的许多不同的传播路径在接收单元处被分别解调，假设在路径延迟之间的差超出PN子码持续时间，即，1/带宽。如果在CDMA系统中采用大约为1MHz的PN子码速率，那么可将全部扩展频谱处理增益(等于扩展频谱带宽与系统数据速率之比)用于区分路径延迟相差多于1微秒的路径。1微秒的路径延迟差异与大约1,000英尺的路径距离差异相对应。城市环境一般具有超过1微秒的路径延迟差异，而且在一些地区所报告的路径差异高达10-20微秒。
在窄带调制系统(诸如，传统电话系统所采用的模拟FM调制)中，多条路径的存在导致严重的多路径衰落。解决在FM系统中衰落的唯一方法是增加发射功率。然而，对于宽带CDMA调制，在解调过程中可能区分不同的路径。可将这种区分用于大大减小多路径衰落的严重性。
希望在这种通信系统中，提供一些形式的分集，它使系统进一步减小衰落影响。分集是减轻衰落的有害影响的一种方法。主要的三种分集是时间分集、频率分集和空间分集。
通过重复运用、时间交叉、误码检测和校正(它是重复的一种形式)，可以获得最佳时间分集。本发明可以采用这些技术中的一种来作为时间分集形式。由于CDMA本身是宽带，所以CDMA提供频率分集形式(因为在宽的带宽中分布信号能量)。因此，频率选择衰落可能只影响CDMA信号带宽的一小部分。
通过在移动单元和两个或多个基站之间的瞬时链路上提供多信号路径，获得空间或路径分集。美国专利第5,101,501号(1992年3月31日批准，发明名称是“在CDMA蜂窝状电话系统中的软切换”)和美国专利第5,109,390号(1992年4月28日批准,发明名称是“在CDMA蜂窝状电话系统中的分集接收机”)(它们都被转让给本发明的受让人)揭示路径分集的例子。
通过控制发射机功率，可以把衰落的有害影响控制在一定范围内。通过增加由移动单元发射的功率，可以补偿减小由基站从移动单元接收到的功率的衰落。功率控制功能按照时间常数进行操作。根据功率控制环路的时间长数和衰落的持续时间，系统通过增加移动单元的发射功率可以补偿衰落。在美国专利第5,056,109号(1991年10月8日批准，发明名称是“在CDMA蜂窝状电话系统中控制发射功率的方法及装置”，同样被转让给本发明的受让人)揭示基站和移动单元功率控制的系统。
多个空间不同路径的存在向宽带CDMA系统提供空间分集。如果可获得两个多个空间不同路径(诸如，由两个空间隔开天线所提供的)，而且它们具有大于一个子码持续时间的不同路径延迟，那么可将在公共接收机内的两个或多个解调元件用于在单个基站或移动单元处分别解调信号。由于这些信号一般与多路径衰落无关，即，它们通常不一起衰落，所以分集组合两个解调元件的输出以减轻衰落的不利影响。因此，当两条路径在同一时刻衰落，只发生功能损耗。因而，本发明的一个方面是提供与分集组合器结合的两个或多个解调元件。
为了运用多个解调元件，必须运用不仅与系统中的其它信号正交，而且与相同信号的延迟形式正交的波形。美国专利第5,103,459号(1992年4月7日批准，发明名称是“在CDMA蜂窝状移动电话系统中生成信号波形的方法及装置”，也转让给本发明的受让人)揭示构造在用户间提供正交性从而减小互干扰的PN序列的方法及装置。运用这些减小互干扰的技术，使得具有更高的系统用户容量和更好的链路性能。运用正交PN码，在预定的时间间隔内，代码之间的互相关性为零，从而在正交码之间没有干扰。
在蜂窝状电话系统中，通过安装大量基站(定位每个基站以向相应有限的基站覆盖区提供服务)，向较大面积区域提供移动电话服务。如果服务需求量很大，就细分基站或把它们分成更小的覆盖区，或者添加更多的基站。例如，现在，一些主要大城市区域具有大约400个基站。
在蜂窝状电话系统的进一步发展中，希望提供多个小型基站(称为微区)，它们提供非常有限的地区覆盖面积。一般认为，这种区域局限于局办公大楼的单层，而且可把移动电话服务看作是与外部移动蜂窝状电话系统兼容或不兼容的无绳电话系统。提供这种服务的基本原理与在商业办公楼中运用专用小交换机(PBX)系统原理类似。这种系统为在业务中的大量呼叫提供低成本电话服务，而为内部电话号码提供简单拨号。还提供少量线路以把PBX系统与公用电话系统相连，从而在PBX系统中的电话和在其它地方的电话之间发出呼叫和接收呼叫。对于微区系统而言，希望提供类似服务，但是在PBX服务区内的任何地方提供无绳操作的附加特性。
在室内环境和受非常接近的大面积表面限制的其它区域中，在持续时间内路径延迟一般比在室外通信系统环境下要短。在建筑物和其它用通信系统的室内环境下，需要提供能够在多路径信号之间进行区分的分集附加形式。
在上述美国专利第5,280,472号(‘472专利)(它被转让给本发明的受让人，而且应用于此以供参考)中，描述适合于室内环境的通信系统。在其它方面，’472号专利描述运用单组或双组离散天线的分布式天线系统的实行过程，其中用延迟元件把在公共线束上的每根离散天线与它的邻近天线分开。
而且，存在其它较少受限的环境，其中，希望具有不同于由标准基站提供的标准圆形或圆锥形的覆盖区形状。即使串联离散天线组(它们形成分布式天线)在一些线形区域中提供小于理想覆盖区的覆盖区。例如，繁忙的公路是高容量需求区域。如果沿着公路提供离散天线，那么信号电平必须是紧挨着天线的高信号电平，以到达天线之间的区域。在基站附近，高信号电平会引起不利的互调问题，同时在覆盖区边缘不能提供充分的信号电平。另一个有问题的例子是地铁或公路隧道。隧道提供独特环境，它大大限制传播路径。被限定的路径邻近导致强劲而且持续期较短的多路径传播路径，它引起相对快速、平坦、宽带衰落。如果功率控制的时间常数比衰落速率慢，那么快速衰落阻止功率控制进行有效补偿。而且，快速衰落的固有宽带本质阻止宽带CDMA波形的频率分集减轻快速衰落的影响。
在这种环境下，希望具有一种天线系统，它提供伸长的、恒定信号强度的覆盖区。如果认为包括一组离散天线的分布天线具有与一连串圣诞树灯样式类似的天线样式，那么较理想的天线样式是具有与氖灯光类似的覆盖区的样式。理想的天线结构还提供一些分集形式，即使在诸如隧道环境的这种苛刻的环境下它也同样具有生命力。本发明提供独特的覆盖区和可靠的分集形式。
在上述共同待批的美国专利申请第08/112,392号中(它还被转让给本发明的受让人，而且通过引用包括于此)，揭示运用并行离散天线串提高分布天线系统的性能的技术，用延迟元件把在公共线束上的每根天线与它的邻近天线区分开来。在每个节点处安装两根相互平行天线，以在覆盖区内提供空间分集。然后，移动单元一般具有与频率的天线对类似的距离和路径损耗。离散的天线元件包括频率转换电路，从而减少在天线元件和基站之间的电缆路径损耗，而且把容易获得的SAW装置作为延迟元件来使用。在每个离散天线节点处，可用电路来提供增益和双工功能。
不幸的是，与每个天线节点相关的电路都较贵，而且还要求DC电源操作。在节点之间发生的任何电缆路径损耗还增加DC电源要求，特别是，具有适当长度的分布天线。此外，与沿着这些漫长的系统分布的SAW装置相关的累积延迟可能使这些努力复杂化以与被接受的电信工业标准(例如，IS-95)取得一致。
在本发明的主要目的是，提供具有高容量、安装简单、覆盖性强而且对于多路径衰落具有低敏感度的简单天线系统。本发明的天线系统有利地提供这些特性，而不要求DC电源，而且通过对具有给定长度的天线产生较小积累延迟，促进它与工业标准相一致。
发明概述在本发明的较佳实施例中，耦连到基站的两个线性覆盖区天线结构并联设置，以产生线性覆盖区天线系统。在基站内，发射机生成指向移动单元(前向链路)扩展频谱信号。通过天线接口向两个线性覆盖区天线结构提供前向链路信号。天线接口包括在由每个线性覆盖区天线结构发射的信号之间引入时间延迟的时间延迟元件。同样在较佳实施例中，基站还包括第一接收机和第二接收机，其中第一接收机解调由线性覆盖区天线结构的第一个接收到的指向多个基站(反向链路)扩展频谱信号；而第二接收机解调由线性覆盖区天线结构的第二个接收到的多个反向链路扩展频谱信号。
本发明所提供优点在于，只需要小型地点特定工程来用于安装。天线设置不受要求服务的环境的物理限制。不用考虑两个线性覆盖区天线结构的覆盖区精确重叠。重叠覆盖区是有利的，但不是必须的。
当考虑到支持诸如蜂窝电话、PCS、无线PBX、无线本地环路、或无线家用并接电话的通信类型所需的基站装置的固有简单性时，线性覆盖区天线结构的有利之处便显而易见了。
结合附图，通过下面的详细描述使本发明的特性、目的和优点显而易见。
图1A和1B是本发明的单个线性覆盖区天线结构的方框图；图2是包括两个线性覆盖区天线结构的线性覆盖区天线系统的方框图，它提供关于反向链路信号的空间分集；图3是能够提供相对于向前和反向链路的空间分集的线性覆盖区天线结构的方框图；图4是远端或移动单元接收机的示例性实现的方框图；图5是示例性基站的方框图；和图6示出基站的结构，它加入小区调制解调器(CSM)应用的专用集成电路(ASIC)芯片以进行搜索、接收、组合和译码功能。
较佳实施例的详细描述单组天线和延迟元件提供最基本的分布天线实现功能。在上述第‘472号专利中，揭示单组天线的细节。本发明考虑运用线性覆盖区天线结构，而不是指定运用一组离散天线。
图1A和1B示出本发明的单个线性覆盖区天线结构的示例结构。图1A和1B所示的线性覆盖区对于设置在隧道中、在船上或在下过道上的系统是十分有用的。在图1A中，基站100向线性覆盖区天线结构110提供信号，并接收来自它的信号。虽然，结合本发明，可以运用提供线形连续覆盖区的任何天线，但是，在较佳实施例中，线性覆盖区天线结构110可以包括同轴辐射天线电缆，其中沿着外部同轴导体的长度每隔一段间隔就设置小槽112。槽112使来自线性覆盖区天线结构110的射频(RF)能量的受控部分辐射到周围环境中，并接收来自周围环境的射频能量。适于作为线性覆盖区天线结构110使用的示例同轴天线电缆是是FLEXWELL辐射电缆(它们是由RadioFrequencySystems，Inc，NorthHaven，Connecticut生产的)。而且，由英国和加拿大的ANDREWCorp.所生产的RADIAX辐射同轴电缆市场上有售。示例三同轴天线电缆(根据它，可以实现线性覆盖区天线结构110)是由TimesMicrowaveSystemsofWallingfor，Connecticut制造的nu-TRAC三同轴天线电缆。
在基站110中，模拟发射机120产生前向链路RF信号以由线性覆盖区天线结构110传输。双工器140把前向链路RF信号耦连到线性覆盖区天线结构110上。类似地，由线性覆盖区天线结构110从远端单元(未图示)接收到的反向链路RF信号通过双工器140传到模拟接收机150，它接受要处理的入局反向链路RF信号。
线性覆盖区天线结构110还接收相同反向链路RF信号的多路径分量。上述专利和共同待批专利申请揭示蜂窝状电话系统，它在1.25MHz带宽下运用CDMA调制、分集的多种形式并发送功率控制。利用分集的一种方法是提供“搜索”接收机结构，其中设有多个解调元件，每个解调元件能够接收通过不同路径的信号，并显示不同延迟。
在本发明中，通过在基站100中加入搜索接收机160，可以运用在线性覆盖区天线结构110上的入射信号之间的多路径分集(自然发生或设计引进)。耦连到模拟接收机150上的搜索接收机160包括至少一个解调元件(未图示)。然而，为了充分利用搜索接收机160的功能，较佳的是，采用两个或多个解调元件(例如，一般是三个或四个)。在美国专利第5,103,459号和第5,109,390号中详细描述搜索接收机的示例实施例。
现在参照图1B，在图1B中，在地理方面展开图1A的示意方框图。在图1B中，为了利于分集接收由移动单元发射的信号，设置线性覆盖区天线结构110’。把线性覆盖区天线结构110’设置在小巷里或在建筑物的平行走廊内，可能导致这种非线性设置。在图1B中，如此构造线性覆盖区天线结构110’，从而由第一移动单元170发射的反向链路信号(设有常规全方向天线)撞在第一和第二天线段110A’、110B’。类似地，在线性覆盖区天线结构110’的第三和第四天线段110C’和110D’内接收由第二移动单元172发射的反向链路信号。相对于分别从第一和第二天线段110A’、110B’、第三和第四天线段110C’、110D’辐射的前向链路信号，在第一和第二移动单元170和172内获得互补分集。
现在CDMA系统中，如果插入时间间隔超过用于调制所给信号的伪随机噪声(PN)码的单“子码”的时间，那么可以利用在给定信号的延迟形式之间的时间分集。于是，为了保证保持相对于与第一移动单元170和第一及第二天线段110A’、110B’通信的时间分集，如此设置线性覆盖区天线结构110’，从而在第一和第二天线段110A’和110B’之间存在多于一个PN码子码的信号传播延迟。同样地，在第三和第四天线段110C’和110D’之间的信号传播延迟可以超过一个PN码子码的时间以确立相对于与第二移动单元172通信的时间分集。
如果线性覆盖区天线结构110’的非线性设置不产生在第一和第二天线段110A’和110B’之间的至少一个PN码子码的延迟，那么把延迟元件设置在线性覆盖区天线结构110’中，以获得所需的分集延迟。图1B的实施例还可有选择地包括一个或多个放大模块176用来放大反向链路和前向链路信号的功率。每个放大模块176包括一对连有前向链路放大器182和第一延迟元件184以及反向链路放大器186和第二延迟元件188的双工器178和180。双工器178和180把在反向链路频带内的反向链路信号耦连到(或来自)反向链路放大器186，而且把在前向链路频带内的前向链路信号耦连到(或来自)前向链路放大器182。如果线性覆盖区天线结构110’具有相对较长的长度，那么前向链路放大器182和反向链路放大器186用于保持足够的信号功率。在CDMA系统中，第一和第二延迟元件184和188中的每个元件提供足以保证由线性覆盖区天线结构110的段在放大器模块176的一侧分集发射并接收信号用的延迟(例如，等价于一个PN码子码的延迟)。在另一个实施例中，可以把无源延迟元件加到线性覆盖区天线结构110’中，而无需附加应用放大器模块176的双工功能。
在本发明的另一个较佳实施例中，双组线性覆盖区天线结构用于缓和服务质量的降低程度(而在单个线性覆盖区天线结构中，有时会发生这种情况)。在上述第’472号专利的系统情况下，如果把移动单元设置在第一离散天线的附近并远离其它多根较远离散天线，那么多路径衰落的影响会导致通信业务的瞬间递降。在这种情况下，移动单元发射足以与第一离散天线进行通信的功率，但用该功率不足以与较远离散天线可靠地进行通信。如果在这种情况下，相对于第一离散天线，移动单元突然经受严重的多路径衰落，那么在第一离散天线处减小的信号电平和在较远离散天线处的低信号电平可能引起通信业务变坏。在基站和移动单元之间的通信是次优的，直至控制环路增加移动单元的发射功率或改变移动单元环境以减轻多路径衰落。如上所述，通过用上述共同待批申请号第08/112,392号所述的方法，在每个节点处设置两个离散天线，可以减轻这种次优性能。使两根设置的离散天线互相离得足够远，以便它们显示出对于多路径的独立性，但同时又使它们离得足够近，以便相对于一个移动单元信号电平是类同的。如果相对于一根天线，移动单元经受衰落，那么其它合设天线通过具有类似功率要求的可靠路径。
在本发明的较佳实施例中，在出现多路径衰落的情况下，本发明通过提供一对线性覆盖区天线结构(设有重叠覆盖区以形成线性覆盖区天线系统)获得健全的性能。如此设置一对线性覆盖区天线结构，从而每个线性覆盖区天线结构对在覆盖区内移动单元具有类似的功率要求，但是每个线性覆盖区天线结构相对于同一移动单元提供独立的衰落。一般，使线性覆盖区天线结构互相隔开1和10波长之间，而在本较佳实施例中，隔开大约5波长(即，在所建议的大约1800MHz的个人通信系统(PCS)频率下，大约隔开30英寸)，从而获得路径分集并在衰落中独立。
回到图2，示出在接收反向链路信号过程中提供空间分集的线性覆盖区天线系统设置。在图2中，基站200向第一线性覆盖区天线结构210提供信号，并接受来自它的信号。此外，基站200接受来自第二线性覆盖区天线结构212的信号。设置第一和第二线性覆盖区天线结构210和212，以提供上述优点。虽然较佳实施例设想运用两根线性覆盖区天线结构，但是在本发明的范围内，可以运用三根或多根天线。此外，可把图1B的地理方面考虑加入第一或第二线性覆盖区天线结构210或212中的一个或两个。同样，可把放大器模块176加入第一或第二线性覆盖区天线结构210或212中的一个或两个。
在基站200内，模拟发射机220产生前向链路RF信号用于由线性覆盖区天线结构210发射。由双工器240把前向链路RF信号耦连到第一线性覆盖区天线结构210。类似地，双工器240把由线性覆盖区天线结构210从移动单元(未图示)接收到的反向链路RF信号输入第一模拟接收机250。搜索接收机270包括至少一个解调元件(未图示)，而最好包括两个或多个解调元件。
用类似的方式，第二模拟接收机260处理由第二线性覆盖区天线结构212接收到的反向链路RF信号。第二搜索接收机280处理由第二模拟接收机260从第二分布天线结构212接收到的信号。搜索接收机280包括至少一个解调元件(未图示)，而最好包括两个或多个解调元件。
向分集组合器和译码电路284提供第一和第二搜索接收机270和280的输出。分集组合器和译码电路284组合并译码第一和第二搜索接收机270和280的输出。然后，在数字基带电路(未图示)内进一步处理译码数据。如图2的实施例所设计的所得数字位的组合提供几个优点。例如，这些优点包括降低由相干组合引起的误差率和减小移动单元的功率电平的起伏。这二个因数导致更高的容量和经改进的系统性能。
现在回到图3，示出线性覆盖区天线系统的方框图，它提供相对于前向链路信号的分集。注意，通过物理分离两个线性覆盖区天线结构，提供在反向链路上的分集。在较佳实施例中，把每个线性覆盖区天线结构耦连到不同的接收机上，从而在RF下，不组合来自每个线性覆盖区天线结构的信号。于是，不要求把来自每个线性覆盖区天线结构的信号延迟多于1PN子码时间以分辨它们。如果从移动单元到每个线性覆盖区天线结构的延迟相等，那么可以分辨来自每个线性覆盖区天线结构的信号。然而，对于前向链路，延迟相同是不真实的。由于经济、工程和实行问题，使得移动单元一般不设有两根天线和两个分开的RF/模拟接收机。然而，如果从每个线性覆盖区天线结构发射相同的前向链路信号，那么接收来自每个线性覆盖区天线结构的移动单元可以只分辨两个信号(如果这两个信号的时间相隔最小的一个PN子码时间)。(下面，给出移动单元结构的详细描述。)因此，理想的是，提供带有上述分集特性的前向链路，而在移动单元处不提供双接收路径。
一个解决方法是在前向链路的发射路径中提供分集，从而当移动单元接收信号时，分辨来自每个线性覆盖区天线结构的信号的能力是信号所固有的。与从另一个线性覆盖区天线结构发射的信号相比，通过延迟从一个线性覆盖区天线结构发射的信号，可以获得发射分集。通过在两个信号之间引入延迟，接收来自每个具有相同自然延迟的线性覆盖区天线结构的信号的移动单元能够分辨这两个引入延迟的信号。图3示出具有这种在前向链路上引入分集的实施例。考虑到图2和图3的实施例之间特定的相似性，在图3中用带“’”的标号来指定与图2所示相应的结构。
图3的基站200’包括用于分离来自模拟发射机220’的信号的功率分配器290。第一高功率放大器(HPA)291放大由功率分配器290输出的一个信号分量，而且向双工器240’提供被放大的输出用来由线性覆盖区天线结构210’发射。向延迟元件292提供其它信号分量，所述延迟元件引入足以保证时间分集存在于由第一和第二线性覆盖区天线结构210’和212’辐射的信号之间的延迟(例如，一个PN子码)。对于1.25MHz的示例PN子码速率，由延迟元件292提供的延迟大约从0.5到3微秒。由第二HPA293放大来自延迟元件292的经延迟信号，而且双工器294把经放大的输出耦连到第二线性覆盖区天线结构212’。作为由上述天线系统所提供的路径和时间分集结果，移动单元的多个解调元件结构可以分别解调来自每个线性覆盖区天线结构的信号。
移动单元包括一个或多个数据解调元件和搜索元件。搜索元件扫描确定存在什么路径及路径大小的时间域。然后，分配所获得的解调元件去解调通过最方便获得的路径的信号。
图4示出形成示例CDMA移动单元的方框图。移动单元包括天线300，它通过双工器302耦连到模拟接收机304和发射功率放大器306上。模拟接收机304接收来自双工器302的RF频率信号用于放大和频率下转换。信号还经滤波、数字化，并向解调元件310A-310N和搜索接收机312的搜索元件314提供该信号。在上述美国专利第5,103,459号和第5,109,390号详细描述模拟接收机304和搜索接收机312的示例实施例。
模拟接收机304也进行调节移动单元的发射功率用的功率控制功能。模拟接收机304产生向发射功率控制电路308提供的模拟功率控制信号。
向解调元件310A-310N以及在模拟接收机304输出处的搜索元件314所提供的数字化信号可以包括试图用于其他移动单元的许多正在执行的呼叫信号和基站导频信号。分配每个解调元件310A-310N去解调相同前向链路信号的不同分集信号。信号中的分集可以自然发生多路径或引入的分集(诸如，来自如图3所示的线性覆盖区天线系统的分集)。解调元件310A-310N的功能是使采样值与适当的PN序列相关。这种相关处理提供作为在现有技术中“处理增益”而闻名的性能，它加强了与适当的PN序列相匹配的信号的信号一干扰比，通过把来自发射基站的导频载波用作载波相位基准，可以同步检测相关的输出。这个解调处理的结果是一系列编码数据码元。在共同待批的美国专利申请第08/343，800号(1994年11月21日申请，发明名称是“导频载波点乘积电路”，它被转让给本发明的受让人)中，揭示与运用导频序列的译码有关的信息。
在控制处理器316的控制下，搜索元件314不断扫描时间域以从多个周围基准中寻找多路径导频信号。搜索元件314测量任何被检测的导频信号的强度。搜索元件314向控制处理器316提供一组信号强度和被检测信号的时间偏移。控制处理器316向解调元件310A-310N提供控制信号，从而每个元件处理不同的最有利信号。在共同待批美国专利申请第08/144,902号(1993年10月28日申请，发明名称是“在能够接收多个信号的系统中解调元件的分配”，它被转让给本发明的受让人)中，揭示分配解调元件以根据搜索元件的输出处理不同信号的方法。
向分集组合器和译码电路318提供解调元件310A-310N的输出。分集组合器和译码电路318把解调元件310A-310N的输出组合成总信号，以对其进行进一步处理。这种组合处理使系统通过对来自每个解调元件310A-310N的能量求和而取得分集的优越性。运用也包括在分集组合器和译码电路318中的前向误差校正(FEC)译码器，可以对所得的总信号流进行译码。
用户数字基带电路320一般包括数字声码器(未图示)(它可能是多速率型的)。用户数字基带电路320还作为与手机或其它任何一种类型的外围设备(未图示)之间的接口。用户数字基带电路320根据从分集组合器和解码电路31 8向它提供的信息，向用户提供输出信息信号。
在反向链路上，一般通过手机提供用户模拟声音信号，以作为到用户数字基带电路320的输入。用户数字基带电路320包括模数(A/D)转换器(未图示)，它把模拟信号转换成数字形式。把数字信号提供到数字声码器在那里对数字信号进行编码。对前向误差校正(FEC)编码电路(未图示)提供声码器的输出。在示例实施例中，所进行的误差校正编码是卷积的编码方法。把数字化编码信号从用户数字基带电路320输出到发射调制器322。
发射调制器322对发射数据进行编码(其中示例实施例是基于Walsh码的64-阵列正交信令技术)，然后在PN载波信号上调制编码信号。控制处理器316向发射调制器322提供PN序列对准信息。在上述美国专利第5,103,459号中，详细描述数据调制。
发射调制器322把已调信号转换成模拟形式，以对于中频(IF)载波进行调制。向发射功率控制电路308提供来自发射调制器322的IF信号输出。发射功率控制电路308根据从模拟接收机304提供的模拟功率控制信号，控制发射信号功率。此外，解调元件310A-310N处理由基站以功率调节命令的形式发射的控制位，并向控制处理器316提供它。响应于这些命令，控制处理器316产生向发射功率控制电路308提供的第二功率控制信号。此外，对于功率控制，在上述美国专利第5,056,109号中描述有关接收机312、控制处理器316和发射功率控制电路308的关系的信息。
发射功率控制电路308把功率受控已调信号输出到发射功率放大器电路306。发射功率放大电路把IF信号转换成RF频率。发射功率放大器电路306包括把信号放大到最后输出电平的放大器。把发射信号从发射功率放大器电路306输出到双工器302。双工器302把信号耦连到天线300上以将它发射到基站。
图5更完全地示出图2的示例基站200的方框图。在图5中，相同标号表示与图2所示相应的基站元件。基站200的接收机系统包括模拟接收机250和260，还包括搜索接收机270及280。搜索接收机270包括独立搜索元件500和解调元件510A-510N。类似地，搜索接收机280包括独立搜索元件515和解调元件520A-520N。如图5所示，解调元件510A-510N和520A-520N与分集组合器和译码电路284耦合。
参照图5，模拟接收机250和260分别输出从一个或多个移动单元发射的复合信号的数字化形式。搜索元件500和515跟踪单个移动单元发射的多路径传播。分配每个解调元件510A-510N和520A-520N，去解调来自公共移动单元的相同编码消息数据的特定多路径传播。还向其它搜索接收机提供模拟接收机250和260的输出，以跟踪并解调由其它移动单元发射的信号。详情请见上述美国专利申请第08/144,902号。
图5的基站包括CDMA控制器540，把它耦连到解调元件510A-510N和520A-520N，以及搜索元件500和515。CDMA控制器540提供Walsh序列和代码分配、信号处理、定时信号生成、功率控制和各种其它相关功能。
向模拟接收机250提供由第一线性覆盖区天线结构210接收到的信号，然后，向搜索元件500提供它。把搜索元件500用于扫描时间域以检测与特定移动单元相关的最有利获得的信号。搜索元件500向CDMA控制器540提供关于被检测信号的信息，作为响应，所述控制器生成并向解调元件510A-510N提供控制信号以选择用于处理的适当接收信号。
向模拟接收机260提供由第二线性覆盖区天线结构212接收到的信号，然后向解调元件520A-520N提供。搜索元件515还用于扫描关于被接收信号的时间域，以保证解调元件520A-520N用与搜索接收机270相同的方式去跟踪并处理与特定移动单元相关的最有利获得的信号。然后，分集组合器和译码电路284处理解调元件510A-510N和520A-520N的输出，以使其性能最优化。
再参照图5，搜索元件500和解调元件510A-510N接收从模拟接收机250输出的复合信号。为了对由单一移动单元发射的扩展频谱信号进行译码，必须生成适当的PN序列。在美国专利第5，103,459号中详细描述移动单元信号的生成过程。
在CDMA控制器540的控制下，把来自外部或内部网络的信号(诸如，专用小交换机(PBX))耦连到适当的声码器555。在CDMA控制器540的控制下，发射调制器535用扩展频谱调制用于发射到想要接收的移动单元的数据。分配发射调制器535去对预定发射到特定移动单元(把搜索接收机270和280分配给该移动单元)的数据进行编码和调制。发射调制器535用从一组正交码中选出的正交码对声码器数据进行调制，然后用PN扩展码对其进行调制。然后，把PN扩展信号转换成模拟形式并向发射功率控制电路550提供。
发射功率控制电路550在CDMA控制器的控制下控制信号的发射功率。向加法器560提供电路550的输出，在加法器560中把它与对应于其他移动单元的发射调制器/发射功率控制电路的输出加起来。向模拟发射机220提供加法器560的输出。模拟发射机220放大通过线性覆盖区天线系统输出的信号，以把它辐射到在基站覆盖区内的移动单元。在美国专利第5,103,459号中详细描述图5的示例发射机电路。
图5还示出导频/控制信道发生器和发射功率控制电路545。电路545在CDMA控制器的控制下生成并控制导频信号、同步信道和寻呼信道的功率，以将它们耦连到模拟接收机220上。
图6表示基站的结构，其中基站加入小区调制解调器(CSM)应用特定集成电路(ASIC)芯片580，以执行搜索、解调、组合和解码功能。在图6中，用相同标号表示与图5中相应的功能元件。CSMASIC芯片580包括特别有效的搜索发动机584以执行每个移动单元呼叫所需的搜索功能，正如在美国专利申请第08/316，177号(1994年9月30日申请，发明名称是“扩展频谱多址通信系统的多路径搜索处理器”，把它转让给本发明的受让人)中所述。简单地说，搜索发动机584通过监测模拟接收机250和260的输出，来限定与特定移动单元相关的最有利获得的时间域信号。向CDMA控制器540提供这个信息，所述控制器指令接口开关226把解调元件510A-510N连到模拟接收机250或260(根据它们产生最有利获得的信号)。相应地，图6的结构通过把每个解调元件510A-510N连到提供最有利获得信号的模拟接收机，来提高效率。
参照图6的细节，模拟接收机250和260处理RF信号，并把它转换成数字位。模拟接收机250和260向接口开关226提供所得的经滤波比特流。接口开关226在CDMA控制器540的控制下，把来自模拟接收机250和260中的一个或两个接收机的经滤波比特流连到解调元件510A-510N和搜索发动机585。
图6的较佳实施例示出CSMASIC执行过程，其中模拟接收机250和260产生数字信号，而且接口开关226是数字信号路由装置。然而，应理解，运用模拟技术也可以实现这种信号路由功能。在这样的模拟执行过程中，形成模拟接收机250和260以使模拟信号(而不是数字信号)通向接口开关226。以相同的方法，接口开关226加入适于向适当的解调元件提供模拟信号的模拟电路。在这种结构中，在进行进一步处理之前，在每个解调元件中进行模拟-数字转换。
如图6所示，由CDMA控制器540控制解调元件510A-510N。CDMA控制器540把每个解调元件510A-510N分配给多个信息信号中的一个信号，所述信息信号来自单个移动单元并由耦连到模拟接收机250和260上的线性覆盖区天线结构中的任何一个接收的。解调元件510A-510N产生数据比特流，它代表对于来自单个移动单元数据的评估。在共同待批的美国专利申请第08/372,632号(1995年1月13日申请，发明名称是“扩展频谱多址通信系统的小区解调器结构”)中，详细描述有效数字数据接收机结构。
分集组合器和解码电路284组合来自每个解调元件510A-510N的比特流以对从移动单元接收到数据进行单个评估。例如，通过运用在美国专利申请第08/083，110号(1993年6月24日申请，发明名称是“采用双最大量度生成处理的非相干接收机”)中所述的双最大量度计算，这种组合可能有效。这个共同待批申请还特别描述用来产生集合软确定数据的非相干接收机。当采用这种非相干接收机时，分集组合器和解码电路284还包括对集合软确定数据进行译码用的Viterbi译码器。然后，组合译码码元，并将它输入到声码器555，以对其进行进一步处理。
上面对于较佳实施例的描述在于让熟悉本技术的人员进行或运用本发明。就熟悉本技术的人员而言，对于这些实施例的各种变更是显而易见的，而且还可将一般原理用于其它实施例，而不用进行任何创造。因而，本发明并不局限于这里所述的实施则，其范围是与这里所揭示的原理和新特性相一致的最大范围。
权利要求
1.在一种至少有一个远端运用数字调制通信信号与基站进行通信的数字通信系统中，所述基站具有天线系统，其特征在于，所述天线系统包括第一线性覆盖区天线结构；第二线性覆盖区天线结构；和天线接口装置，它耦合在所述基站和所述第一和第二线性覆盖区天线结构之间的所述通信信号，所述天线接口装置包括把所述通信信号中的一些信号分成分别由所述第一和第二线性覆盖区天线结构发射的第一和第二时间偏移信号分量的装置。
2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线接口装置包括第一和第二双工器，所述第一和第二双工器分别插在所述基站内的模拟发射机和所述第一和第二线性覆盖区天线结构之间。
3.如权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述天线接口装置包括分离器和延迟网络，其中，由扩展频谱调制信息信号根据预定伪随机噪声(PN)扩展码生成所述通信信号，每个所述扩展码包括具有预定子码持续时间的二进制子码的预定序列，所述分离器和延迟网络提供在所述第一和第二时间偏移信号分量之间的延迟，所述延迟至少等于一个子码持续时间的数量级。
4如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二线性覆盖区天线结构分别包括第一和第二泄漏共轴天线。
5.在一种数字通信系统中，其中系统用户通过基站与远端系统用户进行通信，所述远端系统用户通过所述基站经过无线电链路与它进行通信，其特征在于，所述基站包括第一线性覆盖区天线结构；第二线性覆盖区天线结构；发射机装置，它用扩展频谱调制系统用户信息信号，生成指向远端用户的扩展频谱信号；和天线接口装置，它向所述第一和第二线性覆盖区天线结构提供指向所述远端用户的扩展频谱信号，所述天线接口装置包括在分别由所述第一和第二线性覆盖区天线结构发射的指向所述远端用户的扩展频谱信号的分量之间引入预定时间延迟的装置。
6.如权利要求5所述的基站，其特征在于，还包括解调从所述第一天线结构耦合到的第一集合扩展频谱信号的第一装置，所述第一集合扩展频谱信号包括由所述第一线性覆盖区天线结构接收到的多个指向系统用户的扩展频谱信号。
7.如权利要求6所述的基站，其特征在于，还包括解调从所述第二天线结构耦合到的第二集合扩展频谱信号的第二装置，所述第二集合扩展频谱信号包括由所述第二线性覆盖区天线结构接收到的多个指向系统用户的扩展频谱信号。
8.如权利要求5所述的基站，其特征在于，所述系统用户信息信号是根据预定伪随机噪声(PN)扩展码调制的扩展频谱，每个所述扩展码包括具有预定子码持续时间的二进制子码的预定序列，所述预定时间延迟至少为一个子码持续时间的数量级。
9.如权利要求5所述的基站，其特征在于，所述第一和第二线性覆盖区天线结构分别包括第一和第二泄漏共轴通信。
10.如权利要求5所述的基站，其特征在于，所述第一和第二线性覆盖区天线结构沿着它的纵向方向连续辐射电磁能。
11.一种发射前向链路扩展频谱调制信息信号并接收反向链路扩展频谱调制信息信号的系统，其中由带有伪随机噪声码的扩展频谱调制信息信号生成所述前向和反向扩展频谱调制信息信号，每个预定伪随机噪声码包括具有预定子码持续时间的子码的预定序列，其特征在于，所述系统包括具有线性覆盖区的第一天线结构；具有线性覆盖区的第二天线结构；和向所述第一和第二线性覆盖区天线结构提供所述前向链路扩展频谱调制信息信号的天线接口装置，所述天线接口装置包括在分别由所述第一和第二天线结构发射的所述前向链路扩展频谱调制信息信号的分量之间引入至少等于一个所述预定子码持续时间的延迟的装置；其中，所述第一天线结构的所述线性覆盖区和所述第二天线结构的所述线性覆盖区基本上重叠。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括多个解调元件，其中所述多个解调元件中的第一个元件从所述第一个天线结构中接收所述反向链路扩展频谱信号中的第一分量，而所述多个解调元件中的第二个元件从所述第二个天线结构中接收所述反向链路扩展频谱信号第二分量。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述解调元件的所述第一和第二个元件号包括分集组合器以把所述解调元件的所述第一个元件的输出与所述解调元件的所述第二个元件的输出相结合，其中每个所述解调元件解调来自公共远端用户的信号。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括搜索发动机以识别从所述公共远端单元接收所述信号的多种方法。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于，接口开关，它把所述多个解调元件的第三个元件耦连到来自所述第一天线结构的所述反向链路扩展频谱信号的所述分量上，或者将它耦连到来自所述第二天线结构的所述反向链路扩展频谱信号的所述分量上。
16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一天线结构是泄漏同轴电缆。
17.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一天线结构是三同轴电缆。
18.如权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述实体重叠内的远端单元，其中所述远端单元包括多个解调元件，所述解调元件在由所述第一天线结构发射的所述前向链路扩展频谱解调信息信号的所述分量内解调所选的前向链路信号，而且在由所述第二天线结构发射的所述前向链路扩展频谱调制信息信号的所述分量内解调所述所选前向链路信号。
19.在一种数字通信系统中，其中至少一个远程终端运用数字调制通信信号与基站进行通信，一种完成所述数字调制通信信号的分布式发射的方法，其特征在于，包括下列步骤提供第一线性覆盖区天线结构；提供第二线性覆盖区天线结构；和把来自所述基站的所述数字调制通信信号分成具有不同时间延迟的第一和第二信号分量，而且把所述数字调制通信信号的所述第一和第二信号分量耦连到所述第一和第二线性覆盖区天线结构上。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，扩展频谱调制信息信号根据预定伪随机噪声(PN)扩展码生成所述通信信号，其中每个所述扩展码包括具有预定子码持续时间的二进制子码的预定序列，还包括在具有不同时间延迟的所述第一和第二信号分量之间提供至少为一个子码持续时间数量级的延迟这一步骤。
21.在一种数字通信系统中，其中系统用户通过基站与远端系统用户进行通信，所述远端系统用户通过所述基站经过无线电链路与它进行通信，一种完成在所述基站处分布式发射并接收扩展频谱通信信号的方法，其特征在于，包括下列步骤提供第一线性覆盖区天线结构；提供第二线性覆盖区天线结构；通过扩展频谱调制用户信息信号生成所述扩展频谱信号中指向远端用户信号；向所述第一和第二线性覆盖区天线结构提供所述扩展频谱信号的指向所述远端用户信号，而且在分别由所述第一和第二线性覆盖区天线结构发射的所述扩展频谱信号中的指向所述远端用户信号的分量之间引入预定时间延迟。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤解调来自所述第一天线结构耦合的第一集合扩展频谱信号，所述第一集合扩展频谱包括由所述第一线性覆盖区天线结构接收到的所述扩展频谱信号的多个指向系统用户信号。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤解调来自所述第二天线结构耦合的第二集合扩展频谱信号，所述第二集合扩展频谱包括由所述第二线性覆盖区天线结构接收到的所述扩展频谱信号的多个指向系统用户直接信号。
24.如权利要求21所述的天线系统，其特征在于，把所述第一和第二线性覆盖区天线结构分开大于所述扩展频谱通信信号的波长的距离，同时基本上保持重叠覆盖区。
25.在一种数字通信系统中，其中至少一个远程终端运用数字调制通信信号与基站进行通信，所述基站具有天线系统，其特征在于，所述天线系统包括第一线性覆盖区天线结构，它传输数字调制通信信号，而且包括具有第一段覆盖区的第一段和具有第二段覆盖区的第二段；和插在所述第一段和所述第二段之间的串联元件，并在由所述第一段传输的所述数字调制通信信号和由所述第二段传输的所述数字调制通信信号之间提供延迟。
26.如权利要求25所述的天线系统，其特征在于，所述串联元件放大所述数字调制通信信号。
27.如权利要求25所述的天线系统，其特征在于，所述第一段覆盖区和所述第二段覆盖区重叠。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述第一和第二覆盖区的所述重叠部分内的远端单元，其中所述远端单元包括多个解调元件，它在由所述第一段传输的所述数字调制通信信号内调制所选前向链路信号，而且在由所述第二段传输的所述数字调制通信信号内调制所述所选前向链路信号。
全文摘要
这里揭示在CDMA通信系统中用到的线性覆盖区天线系统。在较佳实现方法中,并行放置两个线性覆盖区天线结构(210’、212’),并把它耦连到基站(200’)。在基站(200’)中,发射机(220’)生成远端用户直接扩展频谱信号,通过天线接口,向第一和第二线性覆盖区天线结构(210’、212’)提供这些信号。天线接口包括在分别由第一和第二线性覆盖区天线结构(210’、212’)发射的指向远端用户扩展频谱信号的分量之间加入预定时间延迟用的时间延迟元件(292)。基站(200’)还至少包括第一解调元件(510A)和第二解调元件(515A),其中第一解调元件解调包括由第一线性覆盖区天线结构(210’)接收到的多个指向系统用户扩展频谱信号的集合扩展频谱信号;而第二解调元件解调包括由第二线性覆盖区天线结构(212’)接收到的多个指向系统用户扩展频谱信号的集合扩展频谱信号。
文档编号H04B7/02GK1192833SQ96196095
公开日1998年9月9日 申请日期1996年6月7日 优先权日1995年6月7日
发明者理查德·F·迪安, 富兰克林·P·安东尼奥 申请人:夸尔柯姆股份有限公司