NL194188C - Linearisatie van een vermogensversterker in een mobiel TDMA-radiosysteem. Mobiel tijdmultiplex-radiostelsel met linearisatie van de vermogensversterkers behorende tot de zenders van de afstandseenheden behorende tot het stelsel. - Google Patents

Description

1 194188

Mobiel tijdmultiplex-radiostelsel met linearisatie van de vermogensversterkers behorende tot de zenders van de afstandseenheden behorende tot het stelsel

De uitvinding heeft betrekking op een tijdmultiplex-radiostelsel omvattende een basisstation en een aantal 5 afstands-radio-eenheden voor het communiceren over tot frames behorende tijdsleuven van een in de tijd verdeeld radiokanaal, waarbij het basisstation middelen heeft voor het verzenden van communicatiesignalen en van een synchronisatiesignaal voor het definiëren van de tijdpositie van de tijdsleuven, waarbij elke afstandseenheid is voorzien van een ontvanger met middelen voor het ontvangen van de synchronisatie-signalen en middelen voor het ontvangen van communicatiesignalen, en van een zender met een 10 vermogensversterker met linearisatiemiddelen, middelen voor het genereren vein een linearisatie-trainingssignaal dat optreedt in de frames en middelen voor transmissie van communicatiesignalen.

Een dergelijk tijdmultiplex-radiostelsel is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US-A-5.066.923.

Tegenwoordig voorgestelde spectraal-efficiênte radiosystemen, zoals de voorgestelde Europese standaard voor digitale hoofdlijn-radio’s, vereisen sterk-lineaire vermogensversterkers teneinde de transmis-15 sie van modulatieproducten of ’’splatter” op naburige kanalen te minimaliseren. Een techniek voor het bereiken van het noodzakelijk lineariteitsgedrag in vermogensversterkers omvat het gebruik van een linearisatie-trainingsreeks, zoals is beschreven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 5.066.923.

Een probleem van deze werkwijze van het lineariseren van vermogensversterkers is, dat een eindige hoeveelheid tijd dient te worden toegewezen aan de over te dragen trainingsreeks. In TDMA-systemen is 20 het toewijzen van een eindige hoeveelheid uitzendtijd voor training een bijzonder kostbare overhead, die de algehele systeemdoorvoer reduceert.

De uitvinding heeft ten doel een wijze van linearisatie van de vermogensversterker te bereiken zonder het gebruik van aanzienlijke extra hardware, waarbij een minimum aan uitzendtijd wordt toegewezen aan training, en waarbij een minimale vertraging wordt verkregen tussen een eis tot verzenden en het bereiken 25 van lineariteit voorafgaand aan de transmissie en/of het minimaliseren van transmissies indien nog niet geheel is gelineariseerd tot een acceptabel laag percentage van alle transmissies.

Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bij een tijdmultiplex-radiostelsel van de in de aanhef gedefinieerde soort hierdoor bereikt, dat het kanaal vooraf bepaalde linearisatie-tijdssleuven omvat voor transmissie van de trainingssignalen, welke tijdsleuven zijn opgenomen tussen de tijdsleuven die dienen 30 voor de communicatie en dat de middelen voor het genereren van het trainingssignaal dit signaal opwekken gedurende een linearisatie-tijdsleuf, waarbij de vermogensversterker wordt gelineariseerd gedurende die tijdsleuf voorafgaand aan en onafhankelijk van de transmissie van de communicatiesignalen gedurende de andere tijdsleuven.

In de onderhavige beschrijving wordt het woord "kanaal” gebruikt als verwijzing naar een fysiek 35 radiokanaal, dat wil zeggen een gegeven bandbreedte van een radiospectrum. De uitdrukking ’’logisch kanaal” wordt gebruikt als verwijzing naar een vooraf bepaalde reeks tijdsleuven op een fysisch kanaal die tezamen een communicatieverbinding vormen.

De vooraf bepaalde linearisatietijdsleuven kunnen worden beschouwd als een logisch kanaal en het begrip ’’gemeenschappelijk linearisatiekanaal” of ”CLCH” zal worden gebruikt als verwijzing naar dit 40 logische kanaal.

De uitvinding heeft het voordeel dat alle gebruikers op het systeem zich richten op het gemeenschappelijk linearisatiekanaal om de lineaire zenders te trainen. Het verzenden van trainingssignalen met hoog vermogen op dit CLCH heeft geen gevolgen, omdat alle eenheden op het systeem zijn gesynchroniseerd om dit CLCH voor geen enkel ander doel te gebruiken.

45 Aldus is zenderoverhead voor lineaire training niet vereist in elke tijdsleuf (verkeers- of besturingssigna-lering).

Het verdient de voorkeur dat een CLCH op elk fysiek kanaal is verschaft.

Er blijft een probleem, wanneer aan een eenheid, die wenst te zenden, een nieuw fysisch kanaal wordt toegekend. Tenzij de CLCH-tijdsleuven op een zeer frequente basis worden verschaft (hetgeen zou 50 resulteren in hoge overhead-signaleringskosten en tegengesteld zou zijn aan de doelstelling van de uitvinding), zal er een vertraging zijn tussen het ontvangen van een opdracht om op het nieuwe kanaal af te stemmen en de volgende CLCH-tijdsleuf. Er is behoefte aan het mogelijk maken dat zo’n eenheid de vermogensversterker daarvan zonder vertraging traint, zodat deze zonder vertraging kan zenden en zonder overmatige "splatter” op naburige kanalen.

55 In overeenstemming met een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat elk van de afstandseenheden middelen voor het ontvangen van een opdracht op een eerste kanaal, hetgeen het de eenheid mogelijk maakt om op een tweede kanaal te zenden en middelen voor het genereren van een trainings- 194188 2 signaal en het lineariseren van de vermogensversterker aan het begin van de transmissie op een eerste geselecteerde tijdsleuf op het tweede kanaal, terwijl geen trainingssignaal optreedt na transmissie op ten minste vooraf bepaalde volgende tijdsleuven op dat kanaal.

Aldus, wanneer een basisstation bijvoorbeeld een eenheid op afstand of een groep van eenheden op 5 afstand opdracht geeft om naar een gegeven fysiek kanaal te bewegen, waarbij dat fysieke kanaal slechts logische verkeerskanalen omvat, is een gedeelte van de eerste relevante tijdsleuf die volgt op de opdracht die naar dat kanaal gaat, bestemd voor linearisatie en genereert de uit te zenden eenheid (dat wil zeggen de eenheid die het kanaal verzocht) een linearisatie-trainingssignaal gedurende het eerste gedeelte van de eerste tijdsleuf.

10 Bij voorkeur genereren alle eenheden die een opdracht op een eerste kanaal ontvangen die hen doet afstemmen op een tweede kanaal voor het ontvangen van signalen op het tweede kanaal, automatisch trainingssignalen in de volgende beschikbare linearisatie-tijdsleuf op het tweede kanaal en lineariseren zij hun vermogensversterkers gedurende die tijdsleuf. Op deze wijze zijn alle leden van een groep, inclusief elke met het basisstation via een landlijn verbonden verzender, gereed om uit te zenden op het nieuwe 15 kanaal.

Dit heeft het voordeel dat het eenheden mogelijk wordt gemaakt om op de nieuwe frequentie te training bij het eerst beschikbare CLCH op de frequentie zonder het reserveren van excessieve tijd voor linearisatie in het geval dat zij zouden moeten reageren op de transmissie van de initiatiefnemer.

De eenheid die een kanaal heeft verzocht en is geïnstrueerd om naar het nieuwe kanaal te bewegen, 20 genereert direct een linearisatie-trainingsreeks gedurende een tijd die niet is gereserveerd voor linearisatie over het systeem en heeft deze eenheid dan de neiging tot ’’splatter’ ten opzichte van naburige kanalen op dat tijdstip. Niettemin wordt het vermogen en het optreden van een dergelijke niet-gesynchroniseerde training tot een minimum gereduceerd.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat middelen die zijn toegevoegd aan het basisstation voor het 25 aanpassen van de timing van de transmissie van synchronisatiesignalen ten opzichte van synchronisatie-signalen die door andere basisstations zijn verzonden, bijvoorbeeld door niet-gekoppelde systemen die op naburige frequenties werken opdat een coïncidentie tussen linearisatie-tijdsleuven tussen coëscistentiesyste-men bereikt wordt.

30 Een voorkeursuitvoeringsvorm zal nu slechts bij wijze van voorbeeld worden beschreven onder verwijzing naar de tekening. Daarin is: figuur 1 een blokschema van een afstands-radio-eenheid en een basisstation in overeenstemming met de uitvinding; figuur 2 een tijdschema van de multiframestructuur van een stuur- en communicatiekanaal in overeen-35 stemming met de uitvinding; figuur 3 een tijdschema van een stuurkanaalsubsleuf; figuur 4 een tijdschema van de eerste sleuf van een logisch communicatiekanaal.

Figuur 1 illustreert een afstandseenheid 5 en een basisstation 6 in overeenstemming met de uitvinding. De 40 afstandseenheid 5 omvat een linearisatie-eenheid 10, een opwaartse converter 11, een vermogensversterker 12, een terugkoppellus 13, een neerwaartse converter 14, een fasedetector 15 en een fase-aanpaseenheid 16. De linearisatie-eenheid en fase-aanpaseenheid zijn onder de besturing van een microprocessor 20. De eenheid omvat eveneens een antenne 21 die is verbonden met een antenne-schakelaar (of in geschikte omstandigheden een duplexer) en een ontvanger 24.

45 De algemene werking van de afstandseenheid is als volgt. De antenneschakelaar 22 verbindt de antenne 21 op selectieve wijze met de zender-voedingsversterker 12 of de ontvanger 24. In de zendmodus wordt de vermogensversterker 12 verbonden met de antenne 21 en worden kwadratuur-basisbandingangssignalen toegevoerd aan de linearisatie-eenheid 10 en tegelijkertijd gedetecteerd door de fasedetector 15. Na opwaartse conversie en versterking wordt een gedeelte van het versterkersignaal teruggekoppeld door 50 terugkoppellus 13 naar de neerwaartse converter 14. In reactie op de door de fasedetector 15 gedetecteerde fase bestuurt de microprocessor 20 de fase-aanpaseenheid 16 en de linearisatie-eenheid 10 om de fase, respectievelijk amplitude van de door elementen 10 tot 14 gevormde lus aan te passen.

Teneinde een optimaal gedrag te bereiken is het noodzakelijk om de terugkoppellus te bedrijven op het punt van optimale lusfase voor stabiele werking en maximale versterking zonder amplitudebegrenzing voor 55 maximaal rendement. Teneinde deze optimale parameters te vinden wordt een trainingsreeks aan de linearisatie-eenheid 10 toegevoerd. De trainingsreeks heeft bij voorkeur een vorm zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 5.066.923. Het exacte tijdstip van transmissie van deze reeks wordt bestuurd 3 194188 . door microprocessor 20.

De elementen 10-24 van de afstandseenheid 5 zijn gedupliceerd als elementen 101-24' in het basisstation 6. In het geval van basisstation 6 bestuurt de microprocessor 20' de synchronisatie en voert deze periodiek synchronisatiereeksen toe aan de linearisatie-eenheid ΙΟ' waarop de afstandseenheid 5 zal 5 synchroniseren.

In het geval van een afstandseenheid (bijvoorbeeld een draagbare of mobiele radio) zal de microprocessor 20 de schakelaar 22 doen schakelen teneinde in en afwezigheidsmodus te ontvangen, waarin de ontvanger 24 synchronisatiereeksen uit een basisstation zal ontvangen en timing zal worden afgeleid uit deze synchronisatiereeksen.

10 Onder verwijzing naar figuur 2 is een voorkeurs-multiframestructuur geïllustreerd. De multiframestructuur omvat 18 frames in totaal, die ieder in sleuven zijn onderverdeeld. Het eerste frame is aangeduid met SACCH’s ("slow associated control channels” = langzame toegevoegde stuurkanalen). Elk van de andere 17 frames omvat vier sleuven 110 tot 113, zoals getoond aan de rechterkant van figuur 2. Drie van de sleuven 110 tot 113 omvatten 508 bits, die ieder aan de onderkant van figuur 2 zijn getoond en vormen een 15 normaal communicatiekanaal. De vierde is onderverdeeld in twee subsleuven en getoond in figuur 3.

Figuur 3 toont de structuur van een stuurkanaalsleuf, die één van de subsleuven 111 tot 113 is. De stuurkanaalsleuf heeft dezelfde lengte als één communicatiesleuf. Binnen een stuurkanaalsleuf zijn er twee willekeurig toegankelijke stuurkanaalsubsleuven, die eik aan de onderkant van figuur 3 zijn getoond.

Zoals getoond aan de linkerkant van figuur 2 strekkende de SACCH’s zich uit over vier sleuven 115 tot 20 118. Een zender-trainingstijdsduur 120 van 4 msec is verschaft aan het begin van het SACCH-frame voorafgaand aan de eerste SACCH-sleuf. Deze sleuf van 4 msec is het in overeenstemming met de uitvinding verschafte gemeenschappelijke linearisatiekanaai.

Andere fysieke kanalen zijn verdeeld in multiframes, zoals getoond in figuur 2, met SACCH-frames en CLCH-tijdsleuven, maar deze andere kanalen omvatten communicatiesleuven, zoals getoond in figuur 2, in 25 plaats van stuursleuven van het in figuur 3 getoonde type.

Het voordeel van het hebben van een CLCH is, dat onnodige lineaire training wordt verwijderd uit alle tijdsleuven. De zend-trainingstijdsduur van 4 msec verschijnt nu alleen eens per multiframe (bij benadering één keer per seconde). Alle tijdsleuven vereisen nu slechts overheads voor opwaartse ftank/neerwaartse-flank en voor synchronisatie met uitzondering van de eerste transmissie op een communicatiekanaal 30 (hieronder beschreven).

De werking met gebruik van het CLCH is als volgt. Wanneer een radio wordt ingeschakeld door een gebruiker, is de eerste bewerking het afstemmen op het systeem. Voorafgaand aan het verrichten van enige transmissie synchroniseert de radio-eenheid eerst op de basistransmissies en registreert systeem-parameters, bijvoorbeeld kanaalfrequenties, inclusief CLCH-details. De radio wacht vervolgens totdat het 35 systeem-CLCH verschijnt en traint zijn lineaire zender gedurende de CLCH-periode van 4 msec. Op dit punt is de radio nu gereed voor communicatie.

De eerste transmissie op een communicatiekanaal op een andere frequentie is getoond in figuur 4. In dit geval is een trainingstijd van 4 msec (130) verschaft om te zorgen voor enige hertraining die is vereist ten gevolge van een kanaalfrequentieverandering. Zonder deze trainingstijdsduur zou een eenheid, die om een 40 communicatiekanaal verzoekt en waaraan een communicatiekanaal wordt verleend op een andere frequentie, moeten wachten tot de volgende CLCH-tijdsleuf op die frequentie alvorens in staat te zijn om te trainen en te zenden. Dit zou een vertraging van 1 seconde of meer in transmissie kunnen introduceren, hetgeen een ongewenste vertraging is.

De zender heeft middelen voor het controleren van de kritische parameters die het lineaire gedrag 45 daarvan beïnvloeden, zoals batterijspanning, temperatuur, VSWR, zendvermogen, enz. Zodra de zender lineair is dient deze slechts opnieuw te lineariseren, wanneer de bedrijfscondities in zodanige mate zijn veranderd, dat zij kritische parameterwaarden aanzienlijk beïnvloeden. Dit is een relatief langzaam proces en in het algemeen treedt geen belangrijke verandering op gedurende gemiddelde perioden van 20-30 seconden. Daarom is de eis voor een zender om opnieuw te trainen kenmerkend in de orde van eens per 50 minuut en aldus is de invloed van het implementeren van het CLCH-bedrijf op de batterijlevensduur minimaal.

Een radiozender in leegloopmodus bewaakt bijvoorbeeld de kritische parameters daarvan of deze geschikt zijn en indien belangrijke veranderingen in bedrijfscondities zijn opgetreden, traint de radio opnieuw gedurende het volgende CLCH. Een zender in de actieve modus beslist zelf om opnieuw te trainen bij het 55 volgende CLCH gedurende een oproep zonder dat de spreektoets ingedrukt wordt of enige ontvangst van een commando uit het basisstation en zonder onderbreking in transmissie.

Indien een eenheid dient te zenden op aanzienlijk lager dan vol vermogen (zoals bepaald door de

Claims (10)

194188 4 signaalsterkte van de uitgaande transmissie), kan deze beslissen om geheel afstand te doen van het trainen. Teneinde interferentie met naburige systemen te vermijden is een mechanisme verschaft waardoor de microprocessor 20 van het basisstation regelmatige interferentie detecteert die indicatief is voor een naburig 5 systeem met regelmatige CLCH-tijdsleuven en in reactie op deze detectie past de microprocessor 20 de hoofd-kloktiming voorwaarts of achterwaarts aan teneinde het kortere interval tussen de CLCH-sleuven en de CHLC-sleuven van het naburige systeem te reduceren, totdat deze sleuven samenvallen. Tenslotte zullen alle systemen over een samenhangend geografisch gebied op elkaar zijn gesynchroniseerd. Samenvattend maakt de uitvinding het mogelijk dat de zender altijd beschikbaar is voor bedrijf, zodra 10 deze is afgestemd op het systeem, waardoor oproep-insteltijden worden geminimaliseerd. Bovendien vergroot het verwijderen van toegangstijdverliezen uit zowel de sleuf als de subsleuf de transmissiecapaciteit aanzienlijk. Kenmerkend kan een totale transmissiecapaciteit van meer dan 44 bits per subsleuf op de RACH worden bereikt met bekende werkwijzen (dat wil zeggen bij een subsleufduur van 7 msec met 4 msec voor een lineaire training). Met de CLCH-benadering kan een RACH nu totaal een transmissie van 15 162 bits verschaffen.

1. Tijdmultiplex-radiostelsel omvattende een basisstation en een aantal afstandsradio-eenheden voor het communiceren over tot frames behorende tijdsleuven van een in de tijd verdeeld radiokanaal, waarbij het basisstation middelen heeft voor het verzenden van communicatiesignalen en van een synchronisatiesignaal voor het definiëren van de tijdpositie van de tijdsleuven, waarbij elke afstandseenheid is voorzien van een ontvanger met middelen voor het ontvangen van de synchronisatiesignalen en middelen voor het ontvangen 25 van communicatiesignalen, en van een zender met een vermogensversterker met linearisatiemiddelen, middelen voor het genereren van een linearisatie-trainingssignaal dat optreedt in de frames en middelen voor transmissie van communicatiesignalen, met het kenmerk, dat het kanaal vooraf bepaalde linearisab'e-tijdssleuven (120) omvat voor transmissie van de trainingssignalen, welke tijdsleuven zijn opgenomen tussen de tijdsleuven die dienen voor de communicatie en dat de middelen voor het genereren van het 30 trainingssignaal dit signaal opwekken gedurende een linearisatie-tijdsleuf, waarbij de vermogensversterker (12) wordt gelineariseerd gedurende die tijdsleuf voorafgaand aan en onafhankelijk van de transmissie van de communicatiesignalen gedurende de andere tijdsleuven.

2. Systeem volgens conclusie 1 voor het communiceren over een aantal in de tijd verdeelde kanalen van verschillende frequenties, waarbij ieder kanaal vooraf bepaalde linearisatietijdsleuven omvat voor transmis- 35 sie van trainingssignalen, verspreid tussen andere tijdsleuven (110-113).

3. Systeem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat elk van de afstandseenheden middelen omvat voor het ontvangen van een opdracht op een eerste kanaal, hetgeen het de eenheid mogelijk maakt om op een tweede kanaal te zenden en middelen voor het genereren van een trainingssignaal en het lineariseren van de vermogensversterker (12) aan het begin vein de transmissie op een eerste geselecteerde tijdsleuf op het 40 tweede kanaal, terwijl geen trainingssignaal optreedt na transmissie op ten minste vooraf bepaalde volgende tijdsleuven op dat kanaal.

4. Systeem volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat elk van de afstandseenheden middelen omvat voor het ontvangen van een opdracht op een eerste kanaal, die hen doet afstemmen op een tweede kanaal voor het ontvangen van signalen op het tweede kanaal en middelen voor het negeren van een eerste 45 gedeelte van een eerste geselecteerde tijdsleuf op het tweede kanaal.

5. Systeem volgens conclusie 2,3 of 4, met het kenmerk, dat elk van de afstandseenheden omvat middelen voor het ontvangen van een opdracht op een eerste kanaal, die hen doet afstemmen op een tweede kanaal voor het ontvangen van signalen op het tweede kanaal en middelen voor het automatisch genereren van een trainingssignaal op de volgende beschikbare linearisatie-tijdssleuf op het tweede kanaal 50 en het lineariseren van de vermogensversterker gedurende die tijdsleuf.

6. Systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit verder middelen omvat die zijn toegevoegd aan het basisstation voor het aanpassen van de timing van de transmissie van synchronisatiesignalen ten opzichte van synchronisatiesignalen die door andere basisstations worden verzonden.

7. Afstands-radio-eenheid zoals beschreven als onderdeel van het stelsel volgens conclusies 1 tot en met 6.

8. Radio-eenheid volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat deze bedrijfsconditie-controlemiddelen omvat 5 194188 . voor het controleren van de bedrijfscondities van de eenheid en middelen voor het opnieuw genereren van een trainingssignaal gedurende een linearisatie-tijdsleuf en het lineariseren van de vermogensversterker gedurende die tijdssleuf uitsluitend in reactie op de bedrijfsconditie-controlemiddelen.

9. Radio-eenheid volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat deze verder schakelbare isolatiemiddelen 5 omvat voor het selectief reduceren van de radiofrequentie transmissie gedurende het genereren van het linearisatie-trainingssignaal.

10. Radio-eenheid volgens één van de conclusies 7 tot en met 9, met het kenmerk, dat de ontvanger is ingericht om communicatiesignalen te ontvangen gedurende geselecteerde communicatietijdsleuven en deze signalen te negeren gedurende de vooraf bepaalde trainingstijdsleuven. Hierbij 2 bladen tekening