专利名称：基站、接收子系统和信号处理方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，更具体地，本发明涉及一种基站、一种接收子系统和一 种信号处理方法，用于改善光中继器或无线中继器的性能。
背景技术：
光纤中继器广泛用于码分多址CDMA无线通信网络中。光纤中继器是成本有效的， 但是会在网络中引入一些问题。这些问题之一是信源小区的收缩。目前，尚未提出解决信 源小区收缩问题的方法。基本上，目前的中继器对于网络而言是透明的，除了放大信号之外，不会改变信号 的任何特性。在图ι中，模块110是针对信源小区的基站(BTS)。模块120是中继器，该中 继器实际上组合了本地单元和远端单元。天线140用于本地覆盖，而天线150用于远端覆 盖。模块160是耦合器，用于将BTS 110和中继器120相连。耦合器160具有端口 1、2和 3。在下行链路中，中继器120对来自BTS 110的信号进行放大，并广播给所有移动台。在 上行链路中，中继器120从移动台接收信号，并馈送给BTS 110。由于信号和注入的噪声都 被放大，因此BTS 110的有效噪声系数(effective noise figure)将上升，因而使信源小 区的灵敏度劣化。因此，信源小区的覆盖收缩成为中继器的关键问题。假设CDMA基站中的调制解调芯片为了解调反向链路信号而需要的最小信号强度 是(Eb/No)mindB (典型值为4dB)，小区的噪声系数是NF dB，则小区的反向灵敏度为Sensitivityl = -174+ (Bff) dB+NF+ (Eb/No)min-PG ；其中，-174 (dBm/Hz)是每Hz的热噪声功率；(Bff)tffi是带宽，对于CDMA系统，带宽为1228800Hz，因此(BW)tffl等于 IOlog (1228800) = 60.9dB ；NF是小区的噪声系数，典型值为5dB ；PG是CDMA系统中的处理增益，对于9. 6Kbps比特率为21dB。基于以上数值，小区 的灵敏度为-174+60. 9+5+4-21 = -125. ldBm。在将中继器与小区相连之后，信源小区的噪声系数通常将至少劣化3dB，因此噪声 系数变为NF+3 = 8dB。于是，可以获得安装有中继器的小区的灵敏度Sensitivity2 = -174+ (Bff) dB+8+ (Eb/No) min-PG=-123. ldBm。这意味着，灵敏度将劣化3dB。也就是说，移动台需要发送的功率要提高3dB，以实 现相同的小区覆盖，或者对于相同的移动台的发送功率，小区覆盖将减半。
发明内容
本发明的目的是设置pre-LNA(前置低噪声放大器)，以在连接中继器之后，保持 整个信源小区的噪声系数。pre-LNA和光中继器的RF需求稍后描述。
根据本发明的实施例，提出了一种基站，包括天线，用于接收来自本地小区的信 号；前置低噪声放大器(pre-LNA)，用于以预定增益对接收到的信号进行放大；耦合器，与 pre-LNA、针对远端小区的中继器、和基站的处理单元相连，用于将来自pre-LNA和中继器 的信号耦合到处理单元中；以及处理单元，用于处理来自耦合器的信号。优选地，在连接中继器之后，本地小区的噪声系数保持不变。优选地，根据耦合器的从与pre-LNA相连的端口到与处理单元相连的端口的增 益、耦合器的从与中继器相连的端口到与处理单元相连的端口的增益、以及pre-LNA、中继 器和本地小区的噪声系数，确定pre-LNA的预定增益与中继器的增益之间的比率。优选地，将处理单元中包含的低噪声放大器的增益降低pre-LNA所提供的预定增 益，以保持整个系统的增益不变。优选地，天线还用于将信号发送到本地小区，并且所述基站还包括第一和第二双 工器，其中第一双工器与天线和pre-LNA相连，第二双工器与pre-LNA和耦合器相连，第一 双工器还经由不经过pre-LNA的分离链路与第二双工器相连；其中，顺序经过天线、第一双 工器、pre-LNA、第二双工器、耦合器和处理单元的路径形成了基站的接收路径，而顺序经过 处理单元、第二双工器、第一双工器和天线的分离路径形成了基站的发送路径。优选地，中继器是光中继器或无线中继器。优选地，所述基站用于CDMA、WCDMA、TD-SCDMA或GSM方案。根据本发明的另一实施例，提出了一种基站的接收子系统，包括天线，用于从本 地小区接收信号；前置低噪声放大器(pre-LNA)，用于以预定增益对接收到的信号进行放 大；耦合器，与pre-LNA、针对远端小区的中继器、和接收子系统的处理单元相连，用于将来 自pre-LNA和中继器的信号耦合到处理单元中；以及处理单元，用于处理来自耦合器的信 号。根据本发明的又一实施例，提出了一种用在基站中的信号处理方法，包括步骤通 过基站的天线，接收来自本地小区的信号；通过基站的前置低噪声放大器(pre-LNA)，以预 定增益对接收到的信号进行放大；通过基站的耦合器，将来自pre-LNA的已放大信号和来 自针对远端小区的中继器的信号耦合到基站的处理单元中；以及在处理单元中，处理耦合 后的信号。
在结合附图阅读以下关于本发明非限制性实施例的详细描述时，本发明的上述以 及其它目的、特征和优点将更加清楚，附图中图1(已描述)是示出了光中继器的传统连接结构的示意图；图2是示出了根据本发明的系统结构的方框图；图3也是示出了根据本发明的系统结构的方框图，但是，其中耦合器的增益gl3和 g23被并入增益Gl和G2并相应地被表示为G1，和G2，；以及图4是示出了根据本发明的系统结构的方框图。
具体实施例方式下面，将结合附图来描述本发明。在以下的描述中，一些特定的实施例仅用于说明的目的，不应该被理解为对本发明的任何限制，而仅应作为示例。为了简明，省略了与理解 本发明无关的传统结构或构造。覆盖收缩的原因在于在将中继器连接到小区之后，信源小区的噪声系数会增加。 本发明在BTS针对信源小区的接收链路中加入pre-LNA (前置低噪声放大器)，如图2所示。 图2用于以非限制性的方式解释本发明的原理。在图2中，示出了四个部分BTS 210、中继器220、耦合器260和根据本发明而添 加的pre-LNA 230。如图所示，在括号中标出了噪声系数(F1，F2，F3)和增益(G1，G2，G3)。 需要获得组合后的系统的有效噪声系数的计算方法。模块260是无源耦合器，具有三个端口 端口 1、端口 2和端口 3。假设端口 1和端 口 3之间的增益是gl3，端口 2和端口 3之间的增益是g23。根据作者David F. WAIT、题为 "Thermal Noise from aPassive Linear Multiport", IEEE, MIF16, NO. 9, Sep.1968 白勺t 献，耦合器自身在端口 3处产生的有效噪声温度T3, self是T3jself= (l-g23-gl3)T0其中，Ttl是参考温度。端口 2与具有噪声系数F2和增益G2的中继器220相连。 如果中继器220理想端接，则中继器220可产生热噪声温度Trepeato Trepeater = T0F2G2如果端口 2的连接在中继器220和耦合器260之间实现理想的匹配，则从端口 2
注入端口 3的热噪声Tp t_23可以表示为Tport_23 = T3, seif+g23*Trepeater= (l-g23-gl3)T0+g23F2G2T0因此，从端口 1到端口 3的有效噪声系数Fp t_13为 于是，图2中的系统可以等效地描述为三个模块的级联配置具有噪声系数Fl和 增益Gl的pre-LNA 230、具有噪声系数Fp。rt_13和增益gl3的从端口 1到端口 3的等效模块、 和具有噪声系数F3和增益G3的BTS 210。根据级联公式 其中，FU Gl ；F2、G2 ；F3、G3和F4是级联系统的RF组件的噪声系数和增益，从 pre-LNA 230到BTS 210的总噪声系数Fe,。ell为
剛U +举湯 使用相同的方法，中继器的有效噪声系数为
上面两个公式给出了中继器和信源小区的有效噪声系数的精确计算方法。为了简 化计算并获得工程结果，需要对公式进行简化。在实际的配置环境中，耦合器260必须具有较高的耦合器损耗，因此从端口 1到端 口 3的损耗非常小，可以忽略。从端口 1到端口 3的典型损耗为0. 2dB，而从端口 2到端口 3的损耗为40dB。也就是说，gl3 = 0. 955，g2 = 0. 0001,因此 gl3和g23实际上可以“并入”Gl和G2，以Gl，和G2，表示，这样，可以获得 其中Gl' = gl3GlG2‘ = g23G2如图3所示，Fl和G1，分别表示pre-LNA 330的噪声系数和增益，F2和G2，分别 表示中继器320的噪声系数和增益，F3表示BTS 310的噪声系数；Fe, cell表示BTS 310 (从 pre-LNA到信源小区)的有效噪声系数，Fe, repeatCT表示中继器320 (从中继器到信源小区) 的有效噪声系数。图3可以用于示出已将gl3和g23并入Gl和G2并表示为G1，和G2，的简化系统 配置。以下章节将试图找出该系统配置的优化解决方案。首先，在连接中继器之后，信源小区的噪声系数要保持不变。于是，小区310的噪 声系数F3应该等于其在连接中继器之后的有效噪声系数Fbts,rff。这里，可以获得等式(3)。
3)其次，应该使中继器的有效噪声系数最小。根据等式⑵和(3)，可以获得 假设增益比为
⑷ 则有Fe,repeater = k*F3(6)为了优化中继器的有效噪声系数F c repeater，应该使增益比k最/J·根据等式(3)和(5)，可以获得等式(7)
必须满足以下不等式 k必须满足不等式(8)且具有最小值，以获得有效中继器的最低有效噪声系数。F2 和F3是系统的已知值，Fl由于是信源小区的第一级而必须具有较低值。在规定了 Fl和k 之后，可以按照等式⑵计算G2’。然后，也可以计算出G1’。最后，可以按照(1)和(2)计 算出信源小区和中继器的有效噪声系数。作为示例，尽管无法精确地定义pre-LNA的噪声系数，但是根据常见的LNA产品， 其范围应该在1. 2dB和1. SdB之间。表1示出了针对不同的噪声系数Fl的计算结果表 1 k必须大于表中的下限，并且必须尽可能地小，以使中继器的有效噪声系数最低。 在表1中，实际的k值比最小值大0.5dB，以便为G1’和G2’的增益变化留有裕度。根据上 表，使用pre-LNA方法，对于最佳场景，有效信源小区噪声系数可以保持不变，而中继器的 噪声系数仅劣化大约2. SdB0因此，作为接收子系统包含在BTS中的信源小区接收机具有不 变的性能，而中继器也可以获得良好的性能。
以上描述仅考虑了接收路径，实际上，信源小区还同时发送前向链路信号。因此， 如图4所示，需要两个双工器。在图4中，模块410是信源小区的BTS，模块460是耦合器。 光中继器的本地单元被标记为模块4201，远端单元被标记为模块4202。光纤是模块4203。 模块440是针对本地覆盖的BTS发射/接收天线，而模块450是针对远端覆盖的中继器天 线。pre-LNA被标记为430，在pre-LNA 430前后添加了两个双工器双工器470和双 工器480。这两个双工器470和480可以分离针对信源小区的发送路径和接收路径，因此 可以将pre-LNA 430插入接收路径中。基于上述配置，Fl、G1，可以是双工器480、pre-LNA 430和双工器470的级联子系统的总噪声系数和增益。在实际系统实现中，信源BTS中的LNA的增益应该降低与pre-LNA有关的Gl，dB， 以保持相同的系统增益预算。尽管本发明描述了光中继器，本发明也可用于无线中继器，因为无线中继器也向 信源小区中注入了噪声。尽管本发明使用CDMA光中继器作为示例，实际上，本发明的解决 方案可用于诸如WCDMA、TD-SCDMA和GSM的其它系统。上述实施例仅用作示例的目的，而非限制本发明。本领域技术人员可以在不背离 本发明的范围和精神的前提下，对实施例进行各种修改或替换，但这些修改或替换仍将落 入由所附权利要求所限定的范围。
权利要求
一种基站，包括天线，用于接收来自本地小区的信号；前置低噪声放大器，用于以预定增益对接收到的信号进行放大；耦合器，与前置低噪声放大器、针对远端小区的中继器、和基站的处理单元相连，用于将来自前置低噪声放大器和中继器的信号耦合到处理单元中；以及处理单元，用于处理来自耦合器的信号。
2.根据权利要求1所述的基站，其中，在连接中继器之后，本地小区的噪声系数保持不变。
3.根据权利要求1或2所述的基站，其中，根据耦合器的从与前置低噪声放大器相连的 端口到与处理单元相连的端口的增益、耦合器的从与中继器相连的端口到与处理单元相连 的端口的增益、以及前置低噪声放大器、中继器和本地小区的噪声系数，确定前置低噪声放 大器的预定增益与中继器的增益之间的比率。
4.根据权利要求1 3之一所述的基站，其中，将处理单元中包含的低噪声放大器的增 益降低所述前置低噪声放大器所提供的预定增益，以保持整个系统的增益不变。
5.根据权利要求1 4之一所述的基站，其中，天线还用于将信号发送到本地小区，并且所述基站还包括第一和第二双工器，其中第一双工器与天线和前置低噪声放大器相连，第二双工器与 前置低噪声放大器和耦合器相连，第一双工器还经由不经过前置低噪声放大器的分离链路 与第二双工器相连；其中，顺序经过天线、第一双工器、前置低噪声放大器、第二双工器、耦合器和处理单元 的路径形成了基站的接收路径，而顺序经过处理单元、第二双工器、第一双工器和天线的分 离路径形成了基站的发送路径。
6.根据权利要求1 5之一所述的基站，其中，中继器是光中继器或无线中继器。
7.根据权利要求1 6之一所述的基站，其中，所述基站用于CDMA、WCDMA,TD-SCDMA 或GSM方案。
8.一种基站的接收子系统，包括 天线，用于从本地小区接收信号；前置低噪声放大器，用于以预定增益对接收到的信号进行放大； 耦合器，与前置低噪声放大器、针对远端小区的中继器、和接收子系统的处理单元相 连，用于将来自前置低噪声放大器和中继器的信号耦合到处理单元中；以及 处理单元，用于处理来自耦合器的信号。
9.根据权利要求8所述的接收子系统，其中，在连接中继器之后，本地小区的噪声系数 保持不变。
10.根据权利要求8或9所述的接收子系统，其中，根据耦合器的从与前置低噪声放大 器相连的端口到与处理单元相连的端口的增益、耦合器的从与中继器相连的端口到与处理 单元相连的端口的增益、以及前置低噪声放大器、中继器和本地小区的噪声系数，确定前置 低噪声放大器的预定增益与中继器的增益之间的比率。
11.根据权利要求8 10之一所述的接收子系统，其中，将处理单元中包含的低噪声放大器的增益降低所述前置低噪声放大器所提供的预定增益，以保持整个系统的增益不变。
12.根据权利要求8 11之一所述的接收子系统，还包括第一和第二双工器，其中第一双工器与天线和前置低噪声放大器相连，第二双工器与 前置低噪声放大器和耦合器相连，第一双工器还经由不经过前置低噪声放大器的分离链路 与第二双工器相连；其中，顺序经过天线、第一双工器、前置低噪声放大器、第二双工器、耦合器和处理单元 的路径形成了接收子系统的接收路径。
13.根据权利要求8 12之一所述的接收子系统，其中，中继器是光中继器或无线中继ο
14.根据权利要求8 13之一所述的接收子系统，其中，所述基站用于CDMA、WCDMA, TD-SCDMA 或 GSM 方案。
15.一种用在基站中的信号处理方法，包括步骤通过基站的天线，接收来自本地小区的信号；通过基站的前置低噪声放大器，以预定增益对接收到的信号进行放大；通过基站的耦合器，将来自前置低噪声放大器的已放大信号和来自针对远端小区的中 继器的信号耦合到基站的处理单元中；以及在处理单元中，处理耦合后的信号。
16.根据权利要求15所述的用在基站中的信号处理方法，其中，在连接中继器之后，本 地小区的噪声系数保持不变。
17.根据权利要求15或16所述的用在基站中的信号处理方法，其中，根据耦合器的从 与前置低噪声放大器相连的端口到与处理单元相连的端口的增益、耦合器的从与中继器相 连的端口到与处理单元相连的端口的增益、以及前置低噪声放大器、中继器和本地小区的 噪声系数，确定前置低噪声放大器的预定增益与中继器的增益之间的比率。
18.根据权利要求15 17之一所述的用在基站中的信号处理方法，其中，将处理单元 中包含的低噪声放大器的增益降低所述前置低噪声放大器所提供的预定增益，以保持整个 系统的增益不变。
19.根据权利要求15 18之一所述的用在基站中的信号处理方法，其中，中继器是光 中继器或无线中继器。
20.根据权利要求15 19之一所述的用在基站中的信号处理方法，其中，所述信号处 理方法用于CDMA、WCDMA, TD-SCDMA或GSM方案。
全文摘要
本发明提出了一种新的解决方案，以在将中继器与信源小区相连时保持信源小区的接收灵敏度。因此，中继器不会影响信源小区的接收性能。根据本发明，提出了一种基站，包括天线，用于接收来自本地小区的信号；前置低噪声放大器(pre-LNA)，用于以预定增益对接收到的信号进行放大；耦合器，与pre-LNA、针对远端小区的中继器、和基站的处理单元相连，用于将来自pre-LNA和中继器的信号耦合到处理单元中；以及处理单元，用于处理来自耦合器的信号。根据本发明，还提出了一种基站的相应接收子系统和用在基站中的相应的信号处理方法。此外，本发明还可用于常见的无线系统，以改善网络性能。
文档编号H04B7/14GK101884177SQ200780101573
公开日2010年11月10日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者史蒂芬·萧, 谢海荣 申请人:朗讯科技公司