CN1707987A - 一种用于时分双工通讯***中的双向放大器及其放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于时分双工通讯***中的双向放大器及其放大方法，包括有两个收发天线，一放大链路，以及一开关矩阵，利用所述开关矩阵实现所述放大链路上下行信号放大的倒换。本发明还设置了一个增益调整电路，实现上下行链路不同增益的要求；以及一同步控制电路，控制所述开关单元，实现上下行的倒换。本发明的双向放大器有效的降低了设备的成本和设备的复杂度，提高了设备的可靠性。

Description

一种用于时分双工通讯***中的双向放大器及其放大方法

技术领域

本发明涉及通讯***，特别是涉及一种适用于时分双工(TDD)通讯***，有保护时隙的中继射频双向放大器及其放大方法，如直放站、中继器等产品。

背景技术

双向放大器广泛用于目前GSM、CDMA、WCDMA、PHS等多种制式的通讯***里，其在通讯***中的位置示意图如图1所示，所述双向放大器20通常位于通讯***的基站10和终端30之间，用于对上行或下行的信号进行双向放大。

FDD(频分双工)模式下，一般的双向放大器框图如图2所示，由两个收发天线21和22，频率双工器23和24，上行放大链路25，下行放大链路26组成。

TDD(时分双工)模式下，一般的双向放大器框图如图3所示，由两个收发天线31和32，收发开关(T/R开关)33和34，上行放大链路35，下行放大链路36组成。

如图2和图3所示的双向放大器的共同特点是：上下行放大链路均使用各自独立的放大链路。不同的是，对于FDD模式来说，上下行链路的工作频率不同，且上下行链路是同时工作的；对于TDD模式来说，上下行链路的工作频率相同，上下行链路是不同时工作的，就是说上行链路放大上行信号时，下行链路不工作，下行链路放大下行信号时，上行链路不工作。

另外，例如中国专利申请号03145982.X中所描述的，适用于TDD工作模式的双向放大器，其中包括上下行两条独立的放大链路。对于TDD模式来说，双向放大器采用两条独立的放大链路不是完全必须的，使用两条放大链路，增加了设备成本，且增加了设备复杂度，降低了设备的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于TDD工作模式的双向放大器及其放大方法，用一条放大链路代替传统的两条放大链路，有效地降低设备成本、设备复杂度，提高设备的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于时分双工通讯***中的双向放大器，设置于所述时分双工通讯***的基站和终端之间，包括有：

第一收发天线，用于接收所述基站发射的下行信号和转发所述终端发射的上行信号；

第二收发天线，用于接收所述终端发射的上行信号和转发所述基站发射的下行信号；

其特点在于，还包括有：

一放大链路，用于将来自所述基站和终端的信号进行下行和上行的双向放大；

一开关矩阵，用于实现所述放大链路上行和下行信号放大的倒换。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特点在于，所述开关矩阵包括：

第一开关单元，设置于所述第一收发天线与放大链路一端之间，用于在所述时分双工通讯***的保护时隙内进行切换连接，使所述放大链路在上行放大和下行放大两种工作状态间进行切换；

第二开关单元，设置于所述第二收发天线与放大链路另一端之间，用于在所述时分双工通讯***的保护时隙内，进行切换连接，使所述放大链路在上行放大和下行放大两种工作状态间进行切换。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特点在于，还包括一同步控制电路，用于当处于保护时隙时，所述同步控制电路改变上行使能状态为下行使能状态或下行使能状态为上行使能状态，并在保护时隙内控制所述开关动作。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特点在于，在所述上行放大链路或下行放大链路的支路中或者放大链路内部还设置有一个增益调整电路，用于当所述上、下行放大链路支路工作于不同增益放大状态时，受所述同步控制电路的控制，选择不同的放大增益。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特点在于，所述第一开关单元和/或第二开关单元，每个开关单元可包括两个独立的单刀双掷开关或一个双刀双掷开关，每个单刀双掷开关或双刀双掷开关由多个开关构成，且所述多个开关的切换时间小于所述时分双工通讯***的保护时隙。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特点在于，所述多个开关中，位于所述上行或下行信号放大之后的开关采用高线性高功率开关；位于所述上行或下行信号放大之前的开关可采用高线性低功率开关，也可以采用高线性高功率开关。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特点在于，连接各个电路模块之间的射频连接线，可以是射频电缆，也可以是印制板布线。

本发明还提供了一种用于时分双工通讯***中的双向放大器的双向放大方法，其特点在于，包括如下步骤：

步骤一，在所述时分双工通讯***的基站和终端之间设置一第一收发天线和一第二收发天线，通过所述第一收发天线来接收所述基站发射的下行信号和转发所述终端发射的上行信号，通过所述第二收发天线来接收所述终端发射的上行信号和转发所述基站发射的下行信号；

步骤二，在所述第一收发天线和第二收发天线之间设置一放大链路；

步骤三，设置一开关矩阵，位于所述第一收发天线和所述放大链路之间以及所述第二收发天线和所述放大链路之间；

步骤四，设置一开关控制时序，控制所述开关矩阵在不同控制时隙内切换至不同开关状态，实现所述放大链路上行和下行信号放大的倒换，将来自所述基站和终端的信号进行下行和上行的双向放大。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器的双向放大方法，其特点在于，所述开关控制时序的设置原则如下：

首先断开放大链路的输入，然后断开放大链路的输出；

将放大链路的输出先接到收发天线后，再接通放大链路的输入；

各个开关的控制不能同时进行，有不同的延时，以避免放大器的记忆效应。

上述的用于时分双工通讯***中的双向放大器的双向放大方法，其特点在于，在步骤四之前还包括一步骤：

在所述上行放大链路或下行放大链路的支路中或者放大链路内部设置一增益调整电路和在所述上行放大链路或下行放大链路的支路中设置一同步控制电路，当处于保护时隙时，所述同步控制电路改变上行使能状态为下行使能状态或下行使能状态为上行使能状态，并在保护时隙内控制所述开关动作，并当所述上、下行放大链路支路工作于不同增益放大状态时，所述同步控制电路的控制所述增益调整电路选择不同的放大增益；

设置一使能控制时序，用以避免所述增益调整电路自激，所述使能控制时序设置如下：

在下行切换到上行的保护时隙开始后，且所有开关动作完毕后，所述同步控制电路才输出增益调整电路的使能信号，激活工作电路；

在上行切换到下行的保护时隙开始后，且所有开关动作前，所述同步控制电路先输出增益调整电路的关闭信号，关闭工作电路。

通过本发明只具有一条放大链路的双向放大器，有效的降低了设备的成本和设备的复杂度，提高了设备的可靠性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是本发明的双向放大器在通讯***中的位置示意图；

图2是FDD传统双向放大器的框图；

图3是TDD传统双向放大器的框图；

图4是本发明所描述的新型TDD双向放大器的一较佳实施例的结构框图；

图5是TDD通讯***收发时隙及本发明中开关控制时序图。

具体实施方式

参照图1，标明了本发明的双向放大器在通讯***中的位置，本发明的双向放大器分别将来自基站10和终端20的射频信号进行同步双向放大，用以改善基站的信号覆盖范围和通讯质量。

参照图4，为本发明的双向放大器一较佳实施例的结构框图。第一收发天线101用于接收基站发射的下行无线信号和转发终端设备发射的上行无线信号；第二收发天线102用于接收终端发射的上行无线信号和转发基站设备发射的下行无线信号；开关K1、K2构成第一开关单元，用于在保护时隙间隔里，切换接收基站发射信号和转发终端发射信号这两种工作状态；开关K3、K4构成第二开关单元，用于在保护时隙间隔里，切换接收终端发射信号和转发基站发射信号这两种工作状态；增益调整电路205，安装在上行放大支路上，通过设置，可以实现上下行不同的放大增益。同步控制电路210，根据基站的同步信号，产生上行使能和下行使能，并根据使能信号产生开关控制信号，分别控制K1、K2开关组和K3、K4开关组以及增益调整电路205，使放大链路分别工作在上行放大和下行放大状态。

TDD模式通讯***的收发时隙配置一般如图5所示，T0～Tn为基站的下行时隙，R0～Rn为基站的上行时隙，n为大于等于1的正整数；GT0为上行切换到下行的保护时隙，GT1为下行切换到上行的保护时隙。为了保护放大链路，避免放大链路因为自激、负载开路等原因损坏，本发明专门规定了4个开关组的控制时序，如图5所示。

图4中，K1～K4开关符号中的实线为开关状态2，虚线表示开关状态1，当控制电平有效时，开关为开关状态2；当控制电平无效时，开关切换到开关状态1。

下面结合附图详细描述本发明装置的工作过程。

对于基站下行信号的放大转发：

开关K1置于开关状态2，接地或接负载电阻；K2置于开关状态2，连接第一收发天线101；K3置于开关状态2，连接第二收发天线102；K4置于开关状态2，接地或接负载电阻。增益调整电路205不工作。

第一收发天线101接收来自基站的下行信号，由K2和射频连接线211送入放大链路204，经放大后通过射频连接线212和开关K3，送入第二收发天线102，转发到终端设备。

对于基站上行信号的放大转发：

开关K1置于开关状态1，连接第一收发天线101；K2置于开关状态1，连接射频连接线；K3置于开关状态1，连接射频连接线206；K4置于开关状态1，接第二收发天线102。增益调整电路205工作。

第二收发天线102接收来自终端的上行信号，由K4和射频连接线207送入增益调整电路205，经初步增益调整后通过射频连接线208、开关K2和射频连接线211，送入放大链路204，放大到预定值后，由开关K3通过射频连接线206连接K1，再由K1连接到收发天线101，将上行信号转发到基站设备。

开关的切换控制如下：

保护时隙GT1开始时，本发明装置从下行放大状态向上行放大状态转变，首先是K2由开关状态2切换到开关状态1，切断放大链路的输入信号；然后K1切换到开关状态1，接通第一收发天线101，随之K3切换到开关状态1，将放大链路204的输出接到第一收发天线101；最后K4切换到开关状态1，将第二收发天线102连接到放大链路204的输入端。整个切换过程在GT1保护时隙内完成，当GT1时隙结束时，本发明装置处于上行放大状态。

当上行时隙结束，保护时隙GT0开始时，本发明装置从上行放大状态向下行放大状态转变。首先K4切换到开关状态2，将放大链路204的输入信号断开；接着K3切换到开关状态2，将放大链路204的输出接到第二收发天线102；随后K1切换到开关状态2，K2切换到开关状态2，将第一收发天线101接入到放大链路204的输入端。整个切换过程在GT0保护时隙内完成，当GT0时隙结束时，本发明装置处于下行放大状态。

开关组的控制时序不只限于上述的控制时序，还有其它的控制时序可以满足要求，时序的设置原则是：一，首先断开放大链路204的输入，然后断开放大链路204的输出；二，将放大链路204的输出先接到收发天线后，再接通放大链路204的输入；三，各个开关的控制不能同时进行，最好有不同的延时，以避免放大器的记忆效应。

增益调整电路205的控制：

在图中所示的本发明装置中，增益调整电路205位于上行放大链路上。当本装置工作于下行放大状态时，同步控制电路210输出的控制信号使增益调整电路205处于关闭状态。当GT1保护时隙开始时，同步控制电路210延迟一段时间后，输出使能信号，使增益调整电路205处于工作状态，当上行时隙开始时，增益调整电路205就可以工作在预定的增益放大状态了。当GT0时隙开始后，同步控制电路210延迟一段时间后，输出控制信号，关闭增益调整电路205。

为了避免增益调整电路205自激，其使能控制时序应如下设置：一，GT1保护时序开始后，在所有的开关动作完毕后，同步控制电路210才输出增益调整电路205的使能信号，激活工作电路；二，在GT0保护时隙开始后，在所有的开关动作前，同步控制电路210先输出增益调整电路205的关闭信号，关闭工作电路。

如图4所示，在本发明中，T/R开关组中的每个单刀双掷开关可以由多个开关构成，以提高开关的隔离度。K1、K3采用高线性高功率的开关；K2、K4可以采用高线性低功率的开关，也可以采用高线性高功率的开关。这四个开关的切换时间应小于TDD通讯***的收发保护时隙。

并且，K1、K2可以是两个独立的单刀双掷开关，也可以是一个双刀双掷开关；K3、K4可以是两个独立的单刀双掷开关，也可以是一个双刀双掷开关。

另外，增益调整电路205可以内置于放大链路中，也可以放在上行放大支路上，也可以放在下行放大支路上。当工作于不同增益放大状态时，可以受同步控制电路控制，选择不同的放大增益。

连接各个电路模块的射频连接线207、208、211、212，可以是射频电缆，也可以是印制板(PCB)布线。

以上描述了本发明新型双向放大器的组成和工作过程，但本技术领域的普通技术人员知道，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种用于时分双工通讯***中的双向放大器，设置于所述时分双工通讯***的基站和终端之间，包括有：

第一收发天线，用于接收所述基站发射的下行信号和转发所述终端发射的上行信号；

第二收发天线，用于接收所述终端发射的上行信号和转发所述基站发射的下行信号；

其特征在于，还包括有：

一放大链路，用于将来自所述基站和终端的信号进行下行和上行的双向放大；

一开关矩阵，用于实现所述放大链路上行和下行信号放大的倒换。

2、根据权利要求1所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特征在于，所述开关矩阵包括：

第一开关单元，设置于所述第一收发天线与放大链路一端之间，用于在所述时分双工通讯***的保护时隙内进行切换连接，使所述放大链路在上行放大和下行放大两种工作状态间进行切换；

第二开关单元，设置于所述第二收发天线与放大链路另一端之间，用于在所述时分双工通讯***的保护时隙内，进行切换连接，使所述放大链路在上行放大和下行放大两种工作状态间进行切换。

3、根据权利要求1或2所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特征在于，还包括一同步控制电路，用于当处于保护时隙时，所述同步控制电路改变上行使能状态为下行使能状态或下行使能状态为上行使能状态，并在保护时隙内控制所述开关动作。

4、根据权利要求3所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特征在于，在所述上行放大链路或下行放大链路的支路中或者放大链路内部还设置有一个增益调整电路，用于当所述上、下行放大链路支路工作于不同增益放大状态时，受所述同步控制电路的控制，选择不同的放大增益。

5、根据权利要求2或4所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特征在于，所述第一开关单元和/或第二开关单元，每个开关单元可包括两个独立的单刀双掷开关或一个双刀双掷开关，每个单刀双掷开关或双刀双掷开关由多个开关构成，且所述多个开关的切换时间小于所述时分双工通讯***的保护时隙。

6、根据权利要求5所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特征在于，所述多个开关中，位于所述上行或下行信号放大之后的开关采用高线性高功率开关；位于所述上行或下行信号放大之前的开关可采用高线性低功率开关，也可以采用高线性高功率开关。

7、根据权利要求4所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器，其特征在于，连接各个电路模块之间的射频连接线，可以是射频电缆，也可以是印制板布线。

8、一种用于时分双工通讯***中的双向放大器的双向放大方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在所述时分双工通讯***的基站和终端之间设置一第一收发天线和一第二收发天线，通过所述第一收发天线来接收所述基站发射的下行信号和转发所述终端发射的上行信号，通过所述第二收发天线来接收所述终端发射的上行信号和转发所述基站发射的下行信号；

步骤二，在所述第一收发天线和第二收发天线之间设置一放大链路；

步骤三，设置一开关矩阵，位于所述第一收发天线和所述放大链路之间以及所述第二收发天线和所述放大链路之间；

步骤四，设置一开关控制时序，控制所述开关矩阵在不同控制时隙内切换至不同开关状态，实现所述放大链路上行和下行信号放大的倒换，将来自所述基站和终端的信号进行下行和上行的双向放大。

9、根据权利要求8所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器的双向放大方法，其特征在于，所述开关控制时序的设置原则如下：

首先断开放大链路的输入，然后断开放大链路的输出；

将放大链路的输出先接到收发天线后，再接通放大链路的输入；

各个开关的控制不能同时进行，有不同的延时，以避免放大器的记忆效应。

10、根据权利要求9所述的用于时分双工通讯***中的双向放大器的双向放大方法，其特征在于，在步骤四之前还包括以下步骤：

在所述上行放大链路或下行放大链路的支路中或者放大链路内部设置一增益调整电路，在所述上行放大链路或下行放大链路的支路中设置一同步控制电路，当处于保护时隙时，所述同步控制电路改变上行使能状态为下行使能状态或下行使能状态为上行使能状态，并在保护时隙内控制所述开关动作，并当所述上、下行放大链路支路工作于不同增益放大状态时，所述同步控制电路的控制所述增益调整电路选择不同的放大增益；

设置一使能控制时序，用以避免所述增益调整电路自激，所述使能控制时序设置如下：

在下行切换到上行的保护时隙开始后，且所有开关动作完毕后，所述同步控制电路才输出增益调整电路的使能信号，激活工作电路；

在上行切换到下行的保护时隙开始后，且所有开关动作前，所述同步控制电路先输出增益调整电路的关闭信号，关闭工作电路。

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