Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ НЕСУЩИХ ЧАСТОТ ШИРОКОПОЛОСНОЙ МНОГОЧАСТОТНОЙ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, который пригоден для использования в широкополосной радиосистеме.

Предпосылки изобретения

В ходе развития технологии больших цифровых интегральных схем в области радиосвязи произошло два перехода от аналоговой передачи данных к цифровой и от стационарной к мобильной. Однако в области радиосвязи остается множество проблем, связанных, например, с одновременным существованием множества систем передачи данных, из-за конкуренции различных стандартов и плотного использования частотных ресурсов, и т.д. Для решения этих проблем чрезвычайно желательно провести третий переход в области передачи данных по радио от аппаратных средств к программным средствам и от узкополосных систем к широкополосным системам.

Тенденция развития системы базовой станции приводит к созданию широкополосной базовой станции. Преимущество, получаемое при использовании широкополосной базовой станции, состоит в том, что с низкими затратами обеспечивают большое количество функций и лучшие рабочие характеристики. В общем, система базовой радиостанции позволяет работать одновременно с множеством несущих частот при использовании широкополосных программных средств. При этом требуется, чтобы при условии отсутствия необходимости модификации аппаратных средств, требуемое пользователем количество несущих частот (в пределах конструктивного номинального диапазона) можно было обеспечивать путем установки программных средств. Для выполнения этого вся базовая станция сконструирована в соответствии с максимальным использованием ее возможностей, и, когда она используется на практике, соответствующее количество несущих частот в промежуточном цифровом частотном диапазоне или в части основного частотного диапазона закрывают для обеспечения количества несущих частот, требуемых пользователем. Однако в широкополосной системе узлы от тракта промежуточной частоты до антенного фидера представляют собой общие узлы для разных несущих частот. Таким образом, при вышеприведенном решении эти узлы используются не эффективно, что приводит к низкой эффективности работы и высоким эксплуатационным затратам при работе базовой станции.

В общем, для расширения зоны обслуживания базовой станции требуется обеспечить как можно большую мощность передачи соответствующих несущих частот. Также требуется, чтобы широкополосная базовая станция обладала возможностью повышения выходной мощности соответствующих несущих частот при условии, что не используется полная конфигурация базовой станции, например ряд из множества несущих частот в полосе цифровой промежуточной частоты или части основной полосы частот закрывают для обеспечения количества несущих частот, заданных пользователем.

Краткое описание изобретения

В настоящем изобретении преодолеваются вышеуказанные и другие недостатки благодаря использованию способа и с помощью устройства, предназначенных для повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции при условии отсутствия необходимости модификации аппаратных средств и удовлетворения технических требований протокола. Благодаря настоящему изобретению обеспечивается достаточная степень использования потенциальных возможностей усилителя мощности для повышения выходной мощности соответствующих несущих частот.

Способ повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции включает этапы:

(1) обеспечения широкополосной базовой станции с максимальными возможностями конструкции широкополосной базовой станции и с обеспечением заданных для нее технических требований, которые удовлетворяют техническим требованиям обеспечения рабочих характеристик системы при полной конфигурации;

(2) закрытия соответствующего количества каналов несущих частот путем использования программных средств, когда требуется уменьшить количество работающих несущих частот;

(3) установки коэффициентов регулировки усиления для соответствующих несущих частот, что приводит к повышению выходной мощности каждой из соответствующих несущих частот, причем установка коэффициентов регулировки усиления основана на количестве несущих частот, поддерживаемых широкополосной базовой станцией, и основывается на практических требованиях пользователя и осуществляется в соответствии с определенным способом вычисления; и

(4) запись коэффициентов регулировки усиления для соответствующих несущих частот в соответствующих регистрах, причем значения коэффициентов регулировки усиления получают на основе состояния конфигурации, для управления усилением соответствующих несущих частот для достижения максимальной выходной мощности.

В способе повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, как описано выше, после того, как будут установлены коэффициенты регулировки усиления соответствующих несущих частот, полученные на этапе (3), они не изменяются. Когда изменяется количество несущих частот или некоторые определенные требования, задаваемые пользователем, коэффициенты регулировки усиления будут получены снова в соответствии с этапами (1), (2) и (3).

В способе повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастной базовой станции, как показано выше, принципы установки коэффициентов регулировки усиления каждой из соответствующих несущих частот представляют собой:

a) удовлетворение технических требований для системы;

b) когда количество несущих частот уменьшается, пиковая мощность комбинированных сигналов несущих частот может быть меньшей, чем при полной конфигурации (то есть, когда используются все несущие частоты). Однако общее среднее значение мощности, поступающей на выход усилителя мощности, может быть равно или даже несколько превышать общую среднюю выходную мощность при полной конфигурации;

c) конфигурация с отличающимся количеством несущих частот соответствует различным коэффициентам регулировки усиления; и когда конфигурация имеет одинаковое количество несущих частот, коэффициенты количества соответствующих несущих частот могут быть, тем не менее, различными, и при этом должно удовлетворяться условие этапа b);

d) чем меньше количество несущих частот, тем больше общая средняя выходная мощность усилителя мощности, однако тем меньшей будет пиковая мощность, и наоборот.

e) способ вычисления всех коэффициентов регулировки усиления выполняется при условии отсутствия необходимости модификации аппаратных средств и при условии удовлетворения требований технических характеристик.

В способе повышения выходной мощности несущих частот широкополосной базовой станции, как указано выше, коэффициенты регулировки усиления используются для регулировки выходных амплитуд несущих частот для удовлетворения требований для разного количества несущих частот и отличающегося значения выходной мощности системы широкополосной базовой станции. При уменьшении количества несущих частот выходная мощность каждой несущей частоты или части несущих частот повышается.

В способе, предназначенном для повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, как указано выше, способ вычисления коэффициентов регулировки усиления для повышения выходной мощности несущих частот направлен на то, что, когда количество несущих частот уменьшается, сумма среднего значения выходной мощности соответствующих несущих частот может быть равна или несколько больше, чем средняя выходная мощность усилителя мощности при полной конфигурации, и одновременно, пиковая мощность будет меньше, чем пиковая мощность при полной конфигурации.

В способе повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, как описано выше, установка коэффициентов регулировки усиления основана на том, что: отличающемуся количеству несущих частот соответствуют другие коэффициенты регулировки усиления, и при такой же конфигурации количества несущих частот коэффициенты регулировки усиления соответствующих несущих частот могут быть другими.

Устройство, предназначенное для повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, содержит широкополосную многочастотную базовую станцию, которая позволяет повышать выходную мощность несущих частот. Базовая станция содержит: множество блоков обработки спектра группового сигнала, множество соответствующих цифровых преобразователей с повышением частоты, в которых реализована функция регулировки усиления, сумматор мультиплексирования и комбинирования, высокопроизводительный широкополосный цифроаналоговый преобразователь ЦАП (DAC), широкополосный передатчик и широкополосный многоканальный усилитель мощности. Выходы множества блоков обработки полосы сигнала соединены со входными выводами множества цифровых преобразователей с повышением частоты, соответственно. Выходы соответствующих цифровых преобразователей с повышением частоты подключены к высокопроизводительным широкополосным цифроаналоговым преобразователям ЦАП через сумматор мультиплексирования и комбинирования, затем через высокопроизводительные широкополосные цифроаналоговые преобразователи ЦАП, через широкополосный передатчик и широкополосный усилитель мощности сигналы поступают на антенну для передачи с помощью этой антенны.

В устройстве, предназначенном для повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, как указано выше, каждый из цифровых преобразователей с повышением частоты содержит модулятор, первый умножитель, интерполятор и фильтр, второй умножитель и генератор с цифровым управлением. Сигналы от одного из блоков обработки полосы сигнала модулируют и затем выводят на первый умножитель, и одновременно вычисленные коэффициенты регулировки усиления также поступают на первый умножитель. Выходные сигналы с первого умножителя направляют на второй умножитель после интерполяции и фильтрации. Одновременно с этим колебательный сигнал также поступает с выхода генератора с цифровым управлением на второй умножитель. Сигналы затем поступают с выхода второго умножителя на сумматор.

В устройстве, предназначенном для повышения выходной мощности несущих частот широкополосной многочастотной базовой станции, как указано выше, первый и второй умножители представляют собой низкоскоростные цифровые умножители.

Поскольку вышеуказанная техническая схема используется в настоящем изобретении для перемножения каждой из соответствующих несущих частот в цифровых преобразователях с повышением частоты на коэффициент отношения, соответствующий количеству несущих частот, выходная мощность каждой несущей частоты или определенной несущей частоты может быть увеличена при условии удовлетворения технических требований и без необходимости модификации аппаратных средств. Способ позволяет использовать базовую станцию для обеспечения передачи различного количества несущих частот при условии удовлетворения технических требований и без необходимости модификации аппаратных средств, а только с помощью установок программных средств. Возможности по выходу широкополосной базовой станции используются в достаточной мере так, что выходная мощность каждой несущей частоты повышается, когда несущие частоты не используются в полной конфигурации, и при этом увеличивается зона обслуживания базовой станции.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 показана блок-схема одного из вариантов воплощения широкополосного передатчика, в котором поддерживается возможность использования различного количества несущих частот, поступающих на выход широкополосной системы базовой станции в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 2 показана блок-схема внутренней структуры одного из вариантов воплощения цифрового преобразователя с повышением частоты в широкополосном передатчике в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

Одно из основных свойств широкополосной системы базовой станции состоит в том, что узлы от цифрового тракта до антенны используются совместно с соответствующими несущими частотами, и при этом ожидается, что эти узлы являются широкополосными и идеально линейными. Другие комбинированные многочастотные сигналы представляют собой изменяющиеся по времени сигналы огибающей, при этом полезная информация соответствующих несущих частот переносится с помощью их огибающих. Поэтому желательно, чтобы огибающие комбинированных сигналов, проходящих от цифрового тракта до антенны, получали как можно меньшие искажения. Средняя мощность N сигналов комбинации несущих с равной амплитудой в N раз больше, чем у одной несущей частоты, и пиковая мощность в N² раз больше, чем мощность несущей частоты. Таким образом, чем больше количество несущих частот, тем выше требование к линейности системы и ее динамическому диапазону. Обычно повышение линейности широкополосной системы базовой станции происходит за счет потери эффективности. Поэтому эффективность работы широкополосной системы базовой станции обычно не высока, так, что повышение выходной мощности соответствующих несущих частот до максимально возможного предела при условии удовлетворения технических требований является наиболее важным фактором для повышения эффективности работы системы и увеличения области обслуживания.

Цель настоящего изобретения состоит в разработке всей широкополосной системы базовой станции, прежде всего для достижения ее максимальных технических возможностей, так, чтобы система удовлетворяла техническим требованиям при полной конфигурации; при уменьшении количества несущих частот соответствующая мощность передачи несущих частот может быть повышена путем изменения соответствующим образом коэффициентов отношения в каждом или в некоторых из цифровых преобразователей с повышением частоты. Когда количество несущих частот уменьшено, общий динамический диапазон ЦАП подвергается определенным потерям в способе воплощения. Однако динамический диапазон одной несущей частоты будет увеличен после уменьшения количества несущих частот, то есть динамический диапазон сигналов не будет иметь каких-либо потерь. Как только возникает ситуация, когда ЦАП будет не насыщен, линейность другой широкополосной системы базовой станции при работе обычно не изменяется, при этом общая средняя мощность многочастотной комбинации сигналов будет приближаться к величине, установленной техническими требованиями к линейности многочастотных сигналов, поступающих на выход усилителя мощности. Когда количество несущих частот уменьшается, пиковая мощность многочастотной комбинации сигналов должна быть уменьшена. Выходная мощность каждой или некоторых из несущих частот может быть соответственно увеличена. Таким образом, выходная мощность несущих частот может быть повышена при условии отсутствия модификации аппаратных средств, без изменения технических требований по выходной мощности.

На фигуре 1 показан один из вариантов воплощения широкополосного передатчика, который поддерживает N несущих частот, для увеличения выходной мощности несущих частот широкополосной системы 100 многочастотной базовой станции. Система 100 базовой станции содержит множество блоков 101-1...101-n обработки спектра группового сигнала, множество соответствующих цифровых преобразователей 102-1...102-n с повышением частоты, которые обеспечивают выполнение функции регулировки усиления, сумматор 103 мультиплексирования и комбинирования, высокоскоростной широкополосный ЦАП 104, широкополосный передатчик 105 и широкополосный усилитель 106 мощности. Выходы множества блоков 101-1...101-n обработки спектра группового сигнала, соответственно, соединены с соответствующими входами множества цифровых преобразователей 102-1...102-n с повышением частоты.

Функции, такие как кодирование и чередование каналов, выполняются с помощью секции 101 блоков обработки спектра группового сигнала, в которой блоки 101-1...101-n обработки спектра группового сигнала представляют соответственно блоки обработки спектра группового сигнала n несущих частот, имеющих одинаковую структуру, и сигналы передаются из блоков 101 в цифровой преобразователь 102 с повышением частоты. Модуляция, интерполяция, фильтрация, цифровое преобразование с повышением частоты сигналов и другие функции, такие как управление мощностью и регулировка, выполняются, главным образом, с помощью цифрового преобразователя 102 с повышением частоты, в котором цифровые преобразователи 102-1...102-n с повышением частоты представляют соответственно N цифровых преобразователей с повышением частоты, имеющих одинаковую структуру. N несущих частот, которые не зависят друг от друга, формируются с помощью N цифровых преобразователей 102-1...102-n с повышением частоты вместе с блоками 101-1...101-n обработки спектра группового сигнала. Суммирование выходных сигналов N цифровых преобразователей 102-1...102-n с повышением частоты осуществляется в цифровом сумматоре 103 мультиплексирования и комбинирования, в котором сигналы множества несущих частот комбинируются в цифровом виде. Скомбинированные сигналы представляют собой сигналы с непостоянной огибающей, и в сумматоре 103 осуществляется переход от узкополосных к широкополосным сигналам.

Преобразование из цифровой в аналоговую форму осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя ЦАП 104. Преобразователь ЦАП 104 представляет собой промежуточное устройство между цифровой частью схемы и аналоговой частью схемы, которая начинается с блока 102. Система обработки спектра группового сигнала поддерживает широкополосную многочастотную работу. Рабочие функции, такие как фильтрация, сдвиг частоты и усиление соответствующих несущих частот до требуемого уровня и т.п., осуществляются с помощью широкополосного передатчика ВТХ 105, и усиление мощности многочастотных сигналов осуществляется с помощью широкополосного усилителя мощности ВРА 106. Усиленные сигналы поступают в антенну 107 для передачи. Поддерживается одновременная работа широкополосных многочастотных сигналов в тракте от цифрового сумматора 103 до антенны 107 для снижения взаимного влияния между соответствующими несущими частотами. Работа в тракте от цифрового сумматора 103 до антенны 107 характеризуется очень высокой линейностью и стабильностью, и линейность широкополосной системы базовой станции обеспечивается, в основном, цифроаналоговым преобразователем ЦАП 104, широкополосным передатчиком ВТХ 105 и широкополосным усилителем ВРА 106 мощности.

Выходные сигналы соответствующих цифровых преобразователей 102-1...102-n с повышением частоты поступают на высокоскоростной широкополосный ЦАП 104 через сумматор 103 мультиплексирования и комбинирования, после выхода из высокопроизводительного широкополосного преобразователя ЦАП 104 на широкополосный усилитель 106 мощности через широкополосный передатчик 105, и сигналы затем выводятся на антенну 107 для передачи.

Внутренняя структурная блок-схема каждого цифрового преобразователя 102 с повышением частоты показана на фигуре 2. Каждый цифровой преобразователь 102 с повышением частоты, описанный в устройстве, для увеличения выходной мощности несущих частот широкополосной системы 100 многочастотной базовой станции в соответствии с настоящим изобретением содержит модулятор 202, первый умножитель 203, интерполятор и фильтр 204, второй умножитель 205 и генератор 207 с цифровым управлением. Сигнал из одного из блоков 101 обработки спектра группового сигнала поступает на модулятор 202 и затем на первый умножитель 203. Одновременно вычисленные коэффициенты 206 регулировки усиления также поступают на первый умножитель 203. Выходные сигналы первого умножителя 203 направляют на второй умножитель 205 через интерполятор и фильтр 204. Колебательный сигнал поступает из генератора 207 с цифровым управлением на второй умножитель 205. Сигналы со второго умножителя 205 поступают на сумматор 103.

Модулятор 202 используется для обеспечения множества режимов модуляции в соответствии с требованиями пользователя. Интерполятор и фильтр 204 используется для повышения скорости сигнала или скорости передачи данных и обеспечивает фильтрацию частотных компонентов, вводимых при интерполяции. Второй умножитель 205 и генератор 207 с цифровым управлением используется для осуществления сдвига частоты с использованием способа цифрового смешения частот так, что сигналы в полосе пропускания сигнала смещаются до полосы промежуточной частоты. Колебательный сигнал, используемый в цифровым способе смешения частот, формируется генератором NCO 207 с цифровым управлением. Умножитель регулировки усиления, то есть первый умножитель 203, используется для регулировки амплитуды сигнала несущей частоты на выходе для снижения использования системных ресурсов. Умножитель 203 регулировки усиления расположен перед интерполятором так, что в умножителе 203 используются коэффициенты 206, с помощью которых осуществляется возможность повышения выходной мощности каждой несущей частоты широкополосной системы 100 базовой станции, когда уменьшается количество несущих частот.

Первый умножитель 203 и второй умножитель 205 представляют собой низкоскоростные цифровые умножители. Одна из функций умножителей 203, 205 состоит в снижении степени использования системных ресурсов.

В соответствии с этим можно выделить следующие этапы работы устройства в соответствии с настоящим изобретением:

1. Широкополосная система базовой станции разработана для обеспечения максимальных выходных возможностей, соответствующих конструкции системы, и принятым техническим требованиям, в соответствии с чем высокоскоростной широкополосный ЦАП 104, широкополосный передатчик 105 и широкополосный усилитель мощности 106 должны удовлетворять техническим требованиям к рабочим характеристикам системы при полной конфигурации, при условии, что система удовлетворяет техническим требованиям, и возможности по выходной мощности широкополосного усилителя мощности используются в максимальной степени.

2. Когда количество рабочих несущих частот требуется уменьшить, соответствующее количество каналов несущих частот закрывают путем прямого использования программных средств. Например, прекращают подачу питания на 101-i блок обработки спектра группового сигнала и цифровой преобразователь 102-i с повышением частоты (i-й канал несущей частоты должен быть закрыт).

3. Коэффициенты 206 регулировки усиления соответствующих несущих частот устанавливают на основе количества несущих частот, поддерживаемых системой широкополосной базовой станции, и в соответствии с требованием пользователя, в соответствии с определенным способом вычислений, благодаря чему повышается выходная мощность части или каждой из несущих.

Следующие принципы используются при установке коэффициентов 206 регулировки усиления соответствующих несущих частот:

а. повышение выходной мощности каждой несущей частоты путем установки коэффициента 206 ограничено тем условием, что необходимо удовлетворять техническим требованиям системы.

b. когда количество несущих частот уменьшено, пиковая мощность многочастотного комбинированного сигнала будет меньше, чем мощность при полной конфигурации. Однако общая средняя мощность, выводимая широкополосным усилителем 106 мощности, равна или несколько больше, чем общая средняя выходная мощность при полной конфигурации.

с. конфигурация с отличающимся количеством несущих частот соответствует другим коэффициентам 206 регулировки усиления. Когда используются конфигурации с тем же количеством несущих частот, коэффициенты для этого количества соответствующих несущих частот также будут другими, при условии, что удовлетворяется условие этапа b.

d. чем меньше количество несущих частот, тем больше общая средняя мощность поступает на выход усилителя 106 мощности и тем меньше будет пиковая мощность; и наоборот.

е. способ вычисления всех коэффициентов регулировки усиления используется при условии отсутствия необходимости модифицировать аппаратные средства и удовлетворения технических требований.

4. После того как будут получены коэффициенты регулировки усиления для соответствующих несущих частот, их записывают в соответствующих регистрах. После установки коэффициентов они не изменяются даже в состоянии отсутствия непрерывности передачи данных. Только, когда требуется изменить количество несущих частот или установить несколько конкретных требований пользователя, эти коэффициенты получают снова в соответствии с этапами 1-3 обработки.

В настоящем изобретении мощность передачи несущих частот, зона обслуживания базовой станции и эффективность работы базовой станции могут быть повышены путем изменения коэффициентов регулировки усиления соответствующих несущих частот в секции цифровой промежуточной частоты при условии отсутствия модификации аппаратных средств и без ухудшения технических требований.

Выходная амплитуда несущих частот может регулироваться с использованием коэффициентов 206 регулировки усиления, для удовлетворения требованиям широкополосной системы базовой станции, для различного количества несущих частот и выходной мощности. При уменьшении количества несущих частот выходная мощность каждой или части несущих частот увеличивается.

Когда количество несущих частот уменьшается, сумма средней выходной мощности соответствующих несущих частот может быть равна или может быть несколько больше, чем средняя выходная мощность усилителя мощности при полной конфигурации, и одновременно, пиковая мощность будет меньшей, чем пиковая мощность при полной конфигурации.

Установка коэффициентов регулировки усиления в настоящем изобретении использует тот факт, что отличающееся количество несущих частот соответствует различным коэффициентам 206 регулировки усиления. При этом предполагается, что, когда система сконфигурирована с тем же количеством несущих частот, коэффициенты регулировки усиления для соответствующих несущих частот могут быть другими, но вышеуказанные принципы остаются неизменными.

Промышленная применимость

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться, соответственно, в широкополосной системе многочастотной базовой станции. Когда несущие частоты сконфигурированы так, что не используется полная конфигурация, мощность передачи каждой или некоторых несущих частот повышается, благодаря чему повышается эффективность работы системы базовой станции и расширяется зона обслуживания системы базовой станции.