專利名稱：防止接收器受干擾的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防止可能在無線通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的接收器受干擾的一種系統(tǒng)和方法。
無線通信系統(tǒng)包括數(shù)字通信系統(tǒng)，諸如碼分多址(CDMA)，時分多址(TDMA)和全球移動通信系統(tǒng)(GSM)，和模擬通信系統(tǒng)，例如先進移動電話服務(wù)(AMPS)。通信系統(tǒng)常常設(shè)計成認(rèn)為不存在惡意的傳輸，干擾傳輸或者可能破壞由該通信系統(tǒng)傳送的正常通信業(yè)務(wù)量的其它電磁干擾。
干擾信號(jamming signal)傳輸?shù)湫偷奶匦允浅浞謴姷男盘枏姸纫燥柡徒邮掌鞯臒o線電頻率電路。干擾信號可能包括瞬變的信號傳輸(例如脈沖)或者連續(xù)的傳輸。在接收機的接收帶寬內(nèi)的微波信號震聲(blast)是干擾信號的一個例子。這樣的微波信號震聲可能臨時地使該基站不能接收功能和崩潰(crash)可靠操作的整個小區(qū)站點。如果該干擾信號在不同的小區(qū)站點是充分地強，可能破壞在多個小區(qū)站點的通信。
在碼分多址系統(tǒng)中，移動臺的功率控制對整個正確的工作是重要的。更具體地說，控制移動臺的發(fā)射功率電平以使移動臺之間干擾是最小的，反過來系統(tǒng)容量是最大的。對于碼分多址系統(tǒng)中的有效功率控制，認(rèn)為來自通信系統(tǒng)外部的信源的干擾信號和干擾被認(rèn)為是在容許極限內(nèi)。但是，如果干擾信號或者干擾超過容許極限(例如由于具有超強干擾信號)，該通信系統(tǒng)或者它的一部分可能落入臨時的故障模式。在臨時的故障模式期間，呼叫可能丟失，接入該通信系統(tǒng)可能被拒絕，或者通信可能被破壞。
一個常規(guī)的干擾減少技術(shù)集中在通過在接收機內(nèi)的基帶信號處理濾去不需要的干擾信號使用戶容量最大。但是，常規(guī)的干擾減少方案可能是無效的，因為如果具有超強信號電平的干擾信號使射頻接收機不能正常工作，在該接收機中接收的信噪比可能嚴(yán)重的變劣。因此，需要一個干擾保護方案，它能夠減小或者消除超強干擾信號以及在接收機上較小的幅度的干擾信號的有害的影響。
根據(jù)本發(fā)明，將一個天線系統(tǒng)與一個干擾保護系統(tǒng)一起用于減小干擾信號的干擾影響。該天線系統(tǒng)安排為接收有用信號，并且能夠產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖，可以指向干擾信號的到達(dá)角以便在空間濾除該干擾信號。
本發(fā)明涉及將天線系統(tǒng)用于空間地濾除該干擾信號的的一種設(shè)備和方法。本發(fā)明的一個方面包括與該天線系統(tǒng)合作的一個檢測器和一個控制器。該檢測器能夠檢測通過該天線系統(tǒng)接收的干擾信號和區(qū)分該有用信號與該干擾信號。該檢測器適合于產(chǎn)生非線性的信令(或者另一個適當(dāng)?shù)男盘?，表明該干擾信號的接收幅度。該控制器配置為根據(jù)由該檢測器產(chǎn)生的該非線性的信號(或者另一個適當(dāng)?shù)男盘?控制該天線系統(tǒng)。通過將可改變的零方位定向指向該干擾信號相對于該天線系統(tǒng)的到達(dá)角，該控制器控制該天線系統(tǒng)從該有用信號中空間地濾除該干擾信號。該控制器適合于變化可改變的零方位，直到非線性的信號最小化為止，或否則減小到一個可接受的電平，以便從該有用信號中空間地濾除該干擾信號。
一旦該天線系統(tǒng)以對該通信系統(tǒng)的用戶透明的方式使干擾信號為零，該干擾保護系統(tǒng)可以防止引入干擾信號到接收機。干擾保護系統(tǒng)非常適合于防止由超強干擾信號(例如在該天線系統(tǒng)干擾信號超過-20dBm)和較小幅度的干擾信號引起的通信故障，因為該接收機保護系統(tǒng)允許接收機以最小的或者沒有干擾信號正常地操作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的干擾保護系統(tǒng)的方框圖。
圖2表示適合于實現(xiàn)圖1的方框圖的部件的例子。
圖3表示圖1的接收系統(tǒng)的說明的配置。
圖4表示依據(jù)信噪比(包括熱噪聲)對到達(dá)角的天線系統(tǒng)的濾波響應(yīng)。
圖5示出在通信系統(tǒng)中干擾保護系統(tǒng)的操作。
圖6是根據(jù)該方法防止接收器被干擾的一種方法的流程圖。
圖7是表明根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用到空間分集接收裝置的干擾保護系統(tǒng)的方框圖。
圖8是表明根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用到空間分集接收裝置的干擾保護系統(tǒng)的方框圖。
圖9是說明用于防止接收機前端被干擾的干擾保護系統(tǒng)的方框圖。
根據(jù)本發(fā)明，用于接收機的干擾保護系統(tǒng)10減小或者消除射頻干擾，否則該射頻干擾可以臨時中斷在無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)場所的接收機的正常工作。在圖1中，干擾保護系統(tǒng)10包括耦合到接收系統(tǒng)22的一個天線系統(tǒng)20，和耦合到該接收系統(tǒng)22以及天線系統(tǒng)20的一個控制器28。接收系統(tǒng)22包括一個接收部分24和一個檢測器26，它們都耦合用于接收來自陣列天線系統(tǒng)20的輸入。檢測器26提供到控制器28的輸出，和接收部分28可以提供到中頻電路或者解調(diào)器的輸出。天線系統(tǒng)20能夠產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖。安排天線系統(tǒng)20接收有用信號(例如上行鏈路信號)。檢測器26能夠檢測由天線系統(tǒng)20接收的干擾信號。
因為干擾信號和有用信號的相對頻率和相對幅度，干擾信號代表對有用信號的干擾。相對頻率和相對幅度是以產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物、同信道干擾、相鄰信道干擾、不需要的射頻混合交互作用或者任何其它類型的干擾的方式相關(guān)的。干擾信號典型地發(fā)源于不同于服務(wù)提供者自己的的無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或者經(jīng)授權(quán)的與該無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的正常工作兼容的遠(yuǎn)程(例如移動)站的一個信源。干擾信號可能從具有全向的或者得到相對于該天線系統(tǒng)20的一個干擾到達(dá)角的定向輻射圖的干擾源發(fā)送。
檢測器26區(qū)分有用信號與該干擾信號，以便允許對天線系統(tǒng)20的任何給定的可改變的零方位測量干擾信號的幅度。檢測器26適合于提供非線性的信號或者另一個適當(dāng)?shù)男盘杹肀砻髟摳蓴_信號的接收幅度?？刂破?8配置為根據(jù)從檢測器26收到的非線性的信號或者另一個適當(dāng)?shù)男盘柨刂铺炀€系統(tǒng)20。通過將可改變的零方位定向指向該干擾信號相對于該天線系統(tǒng)20的干擾到達(dá)角，控制器28控制該天線系統(tǒng)20從該有用信號中空間地濾除該干擾信號?？刂破?8適合于變化可改變的零方位，直到非線性的信號是最小的或者直到干擾信號幅度衰減到在天線系統(tǒng)20的輸出為一個可接受的信號電平為止。因此，零方位可能迭代地調(diào)整直到干擾信號的幅度對于通常與天線系統(tǒng)20相關(guān)的接收機的線性運算是在一個可接受的電平。理想地，非線性的信號的迭代調(diào)節(jié)繼續(xù)直到該非線性的信號是最小的，以致在天線系統(tǒng)20的輸出的干擾信號的幅度也是最小的。
在無線通信系統(tǒng)中，例如移動臺可能發(fā)送上行鏈路信號到裝備干擾保護系統(tǒng)10的射頻接收機(例如基站接收機)。發(fā)送的上行鏈路信號代表有用信號。在傳播期間，干擾信號可能打擾有用信號，以使在接收機接收的信號可能代表干擾信號、有用信號或者兩個信號的合成，這取決于干擾信號和有用信號之間的調(diào)制和交互作用。接收的信號是由天線系統(tǒng)20在加到該接收機前接收的。檢測器26檢測接收信號由干擾信號引入的非線性的分量。干擾信號的影響可以通過測量由干擾信號引入的非線性的分量進行量化。非線性分量可能代表接收信號相對于發(fā)送的上行鏈路信號的幅度失真，或者其導(dǎo)出的失真，接收信號源于發(fā)射的上行鏈路信號。導(dǎo)出的失真不限定于在該接收機中接收信號的異常幅度響應(yīng)，但是可能在各個方面(例如調(diào)制的破壞)降級有用信號。
檢測器26通過比較第一中頻信號與從接收信號獲得的第二中頻信號來檢測干擾信號，在存在干擾信號時第一中頻信號表現(xiàn)相對地線性。第一中頻信號是從接收信號的衰減型式獲得的，以便保持第一中頻信號的線性。調(diào)整第一中頻信號以便提升第一中頻信號對第二中頻信號之間破壞性干擾。破壞性干擾顯示非線性的信號或者另一個適當(dāng)?shù)男盘枺砻髟摳蓴_信號對接收信號的影響。非線性的信號的幅度通常正比于在天線系統(tǒng)20輸出端口的干擾信號的幅度，以致通過控制器28可測量該干擾信號。
控制器28基于干擾信號的測量的幅度提供一個控制信號41。控制信號41反饋到天線系統(tǒng)20以便使這些測量的非線性的分量為零并且防止干擾信號進入接收機的電路。天線系統(tǒng)20允許有用信號達(dá)到該接收機，如果干擾信號的到達(dá)角充分地不同于有用信號的到達(dá)角。如果干擾信號的到達(dá)角與有用信號的到達(dá)角是相同的，則該控制器可以提供一個邏輯信號，表示需要補充的措施以便處理該干擾信號，諸如通過基站控制器切換發(fā)送該有用信號的移動臺到不同的或者相鄰的小區(qū)站點。因此，干擾保護系統(tǒng)10減小或者消除干擾信號的破壞性干擾，否則由于提升接收機的正常不妨礙的操作而干擾通信系統(tǒng)的正常工作。
圖2表示圖1的干擾保護系統(tǒng)10的示例的配置。在圖2中，雖然天線系統(tǒng)20包括一個相控陣天線系統(tǒng)20，但是可以使用能夠改變天線輻射圖零方位的任何天線系統(tǒng)20。陣列天線系統(tǒng)20包括耦合到天線組合器36至少第一天線振子30和經(jīng)過天線移相器34耦合到天線組合器36的第二天線振子32。第一天線振子30和第二天線振子32可以包括一個偶極子，一個單極子，一個直排天線陣或者另一個電磁能的輻射器/接收器。天線組合器36可以包括一個混合的組合器，一個變壓器組合器，或者組合電磁信號的任何其它裝置。
移相器34包括任何模擬或者數(shù)字移相器，用于改變電磁能例如接收信號的相位。例如，移相器34可以包括一個轉(zhuǎn)換滯延線路系統(tǒng)(例如PIN diode pin二極管移相器)。用于實現(xiàn)本發(fā)明的適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換延遲線移相器通過VectronicsMicrowave公司在商業(yè)上可得到(例如Model DPb62.15HS移相器)。
移相器34具有充分地迅速響應(yīng)時間以便允許接收機保護系統(tǒng)使干擾信號為零而不中斷無線通信系統(tǒng)的正常工作。移相器34最好對控制信號具有至少為30毫微秒/相位階躍那樣快的一個響應(yīng)時間。因此，如果移相器34提供從0度到360度的5度相位階躍，掃描整個360相位度的全部時間是72×30毫微秒或者2.11毫秒。
移相器34最好具有額定防止具有幅度小于或等于無線通信系統(tǒng)的射頻波段中的至少1千瓦的有效輻射功率的干擾信號的充分地高的功率。因為移相器通?？傻玫筋~定功率從1W到200W，接收機保護系統(tǒng)容易地裝備防止具有幅度甚至大于1千瓦的干擾信號，其中考慮該干擾信號的傳播損耗。實際上，干擾信號將至少通過天線高度(例如高于地面100米)和地平面之間的距離相關(guān)的傳播損耗從天線系統(tǒng)20隔離。在一個替換的實施例中，基于鐵氧體的移相器可以使用作為一個移相器，對高于干擾源1千瓦的有效輻射功率，可以作為一個移相器。
雖然天線系統(tǒng)20可能包括兩個天線振子(30，32)，如圖2中所示的，可能用來許多天線振子移相器實踐本發(fā)明。如果第一天線振子30相對于第二天線振子32相位移動了，天線系統(tǒng)20能夠產(chǎn)生一個可改變的零方位，除了其它因數(shù)之外，它取決于移相器的度數(shù)，第一天線振子30和第二天線振子32之間的物理間距，和饋送第一天線振子30和第二天線振子32的傳輸線路的電長度。天線系統(tǒng)20能夠容易地以基本的到達(dá)角或者到達(dá)的基本的方向使干擾信號為零。到達(dá)的方向可以由一個方位角、一個仰角、一個方位角度的范圍、一個傾斜角度的范圍或者前述的任何組合定義。干擾到達(dá)角是到達(dá)方向的一個例子。其實天線系統(tǒng)20執(zhí)行接收信號的空間濾波。調(diào)整移相器34的相移以便改變零方位(例如零位偏角，使傾斜為零，或者二者)以便符合干擾信號的干擾到達(dá)角或者干擾方向。
天線系統(tǒng)20對于接收信號的的接收進行空間地選擇。天線系統(tǒng)20最好包括具有充分的第三截取(IP3)性能(例如在輸入信號的大幅值范圍上衰減線性)的無源的部件，即使對于干擾信號幅度小于或等于門限幅度電平時允許正常電路運轉(zhuǎn)(behavior)。門限幅度電平最好設(shè)置為最強的預(yù)期的干擾信號幅度。
IP3代表電路或電路部件線性的度量。兩個不需要的信號或者一個不需要的信號和一個有用信號實際上在電路中可以混合以便得到二階產(chǎn)物和三階產(chǎn)物。有用信號是在基頻。二階產(chǎn)物具有與兩個交互作用信號之間的和或者差有關(guān)的二階頻率。三階產(chǎn)物具有兩倍于一個交互作用信號的一個頻率減去另一個交互作用信號的另一個頻率的三階頻率。對于所需信號幅度等效的增加，三階產(chǎn)物幅度增加大于二階產(chǎn)物幅度的增加。
參見有用信號響應(yīng)(在該基頻)和對應(yīng)于該有用信號響應(yīng)的三階響應(yīng)的輸入功率對輸出功率的曲線圖定義三階截取。有用信號響應(yīng)和三階響應(yīng)具有線性段，即外推相交。交叉點被稱作三階截取，它提供表明放大器或者接收機部件相對于互調(diào)，交叉調(diào)制和阻塞性能的性能的一個品質(zhì)因數(shù)。如果由該接收機部件提供不充分的線性(例如不充分的IP3值)，則該接收機的性能可能遭受增益壓縮、不需要的信號之間的互調(diào)失真、相互混頻、阻塞、期望的和不需要的信號之間交叉調(diào)制以及調(diào)幅至調(diào)相變換。
天線系統(tǒng)20工作基本上像空間濾波器，它抑制以干擾到達(dá)角到達(dá)的干擾信號，但是通過從不同于干擾到達(dá)角的到達(dá)角到達(dá)的移動臺的有用信號。
在一個替換的實施例中，該天線系統(tǒng)可以修改以便允許同時的濾除來自多方向的干擾信號。但是，這樣的修改將要求增加天線振子的數(shù)量。如果考慮遠(yuǎn)程的從不同的方向同時地接收一個以上的干擾信號的可能性，則濾除來自多方向的干擾信號的天線系統(tǒng)可能是不必要的。
控制器28耦合到天線系統(tǒng)20和接收系統(tǒng)22，如圖2所示的?？刂破?8包括積分器40和比較器38的組合。積分器40平均非線性的信號的功率，得到一個平均的非線性的信號。比較器38響應(yīng)平均非線性信號和參考信號之間的比較產(chǎn)生控制信號41?？刂菩盘?1從比較器30輸出到天線系統(tǒng)20?？刂菩盘?1適合于控制天線系統(tǒng)20的輻射圖。特別地，天線系統(tǒng)20的空間濾波器特性由從控制器28的比較器38發(fā)送的控制信號41調(diào)整?？刂破?8與接收系統(tǒng)22的檢測器26交互作用，用于檢測和測量干擾信號的強度以便確定對應(yīng)于具有零方位的干擾到達(dá)角的正確的校準(zhǔn)的控制信號41。
集分測量的非線性的信號并且發(fā)送到比較器38，比較器38比較它的電平與預(yù)置的DC參考電平?？刂菩盘?1用于調(diào)節(jié)移相器34，使得在天線系統(tǒng)20由非線性的信號表示的測量的干擾信號最小化?？刂破?8可能改變控制信號41以便保持最大值，否則適當(dāng)?shù)貫V波，因為該干擾源相對于干擾保護系統(tǒng)10移動。
控制器28包括容易地達(dá)到穩(wěn)定的或者穩(wěn)態(tài)的一個反饋系統(tǒng)。反應(yīng)時間代表在天線系統(tǒng)20接收該干擾信號直到零方位的正確的方向的持續(xù)時間。如果接收系統(tǒng)22，控制器28和移相器34合作具有充分地迅速的整個響應(yīng)時間，該反應(yīng)時間大體上對移動臺的用戶是不能感知的。雖然保護系統(tǒng)的部件不是必須限制為任何特定的類型，如果移相器34包括一個PIN二極管移相器和如果控制器28使用充分地快的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路，用于控制移相器34，對于干擾保護系統(tǒng)微秒數(shù)量級的整個反應(yīng)時間是容易實現(xiàn)的。當(dāng)控制器28達(dá)到它的穩(wěn)態(tài)時，可能接收有用信號而不降低和由天線系統(tǒng)20濾除該干擾信號。則保護接收機不受干擾信號和正常地執(zhí)行。
如圖2和圖3所示的，接收系統(tǒng)22通常包括通過第一定向耦合器42和第二定向耦合器44耦合到接收部分24的一個檢測器26。公共的本機振蕩器51最好用于饋送檢測器26和接收部分24。來自天線系統(tǒng)20的接收信號輸入第一定向耦合器42。第一定向耦合器42在接收機部分24和檢測器26之間不等地分配該接收信號，使得接收機部分24接收比檢測器26更強的接收信號。檢測器26通常包括用于檢測接收信號的非線性信號或者分量以便識別干擾信號的存在。接收部分24包括接收機的下變換部分，用于提供中頻型式的有用信號。
檢測器26能夠檢測由天線系統(tǒng)20接收的干擾信號。此外，檢測器26能夠區(qū)分有用信號與該干擾信號。該檢測器26適合于提供表明該干擾信號的接收幅度的非線性信號。檢測器26可能前向饋送的取消電路，用于檢測非線性分量，包括接收信號的一個干擾信號分量。
參見圖3，檢測器26包括第一放大器50，一個混頻器52，一個相位調(diào)整器54，第二放大器56和一個組合器58。第一放大器50(例如低噪聲放大器)放大通過第一定向耦合器42從天線系統(tǒng)20來的接收信號。接收信號包括一個有用信號、一個干擾信號、包括有用信號和干擾信號二者的一個復(fù)合信號、或者包括有用信號和干擾信號二者的一組干擾信號。第一定向耦合器42在第一放大器50和接收器部分24之間不等地分配該接收信號，使得接收機部分24接收比第一放大器50更強的接收信號和使得第一放大器50在它的相對地放大線性區(qū)域中操作。理想放大器的輸出是線性的，這意味著放大器的輸入幅度正比于該放大器的輸出振幅，不管該輸入的信號的絕對幅度或者該輸入信號的頻率。如果第一放大器50基本上趨近或者獲得線性工作，輸出信號變成具有最小的或者沒有可感知的失真的該輸入信號的放大的復(fù)制品。
混頻器52混頻來自第一放大器50的接收信號與來自本機振蕩器51的本機振蕩器信號以便得到第一中頻信號。相位調(diào)整器54調(diào)整第一中頻信號的相位。第二放大器56(例如低噪聲放大器)調(diào)整第一中頻信號的幅度。組合器58(例如射頻加法電路)通過一個功率耦合器28組合第一中頻信號與來自接收機部分24的第二中頻信號，以便在組合器輸出19得到非線性信號。
接收機部分24包括一個放大器46，用于通過第一定向耦合器42接收該接收信號，和混頻器48，用于產(chǎn)生包含有用信號的第二中頻信號?；祛l器48接收本機振蕩器51的輸出，得到第二中頻。因為本機振蕩器51饋送混頻器48和混頻器52二者，第一中頻信號和第二中頻信號通常占用相同的頻率和帶寬，如圖3所示的。
接收機部分24提供第二中頻信號給檢測器26，用于與由檢測器26產(chǎn)生的第一中頻信號比較以便檢測第二中頻信號的非線性分量。第二中頻信號從接收機部分24經(jīng)過第二定向耦合器44發(fā)送給組合器58。第一定向耦合器42和第二定向耦合器44每個可能包括一個波導(dǎo)耦合器，一個單片的耦合器，等等。在一個替換的實施例中，每一個第一定向耦合器42和第二定向耦合器44可能以射頻變壓器替換。
檢測器26調(diào)整第一中頻信號的相位相對于第二中頻大約異相為180度。檢測器26調(diào)整第一中頻信號信號的幅度大約等于第二中頻信號的幅度。如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第一中頻信號和第二中頻信號的相位和幅度，如上所述，在組合器58組合之后，第一中頻信號和第二中頻信號的線性部件將取消。因此，一旦第一中頻信號和第二中頻信號求和，或者組合，產(chǎn)生的非線性信號代表在組合器輸出的第二中頻信號的可檢測的非線性分量?？梢詼y量可檢測的非線性分量以便提供來自干擾信號的干擾程度的指示。
圖4是在天線系統(tǒng)20的信噪比(包括熱噪聲)對電磁能的到達(dá)角的曲線圖。垂直軸代表包括熱噪聲的信噪比。水平軸代表在方位角的平面中從-90度到+90度范圍的電磁能到達(dá)角。方位角的平面是一個通常的水平平面，它可以塑造為具有與地球曲率同量的一個曲率。在這里，為了說明的目的，天線系統(tǒng)20的零方位是位于方位角的平面中的0度。如果零方位符合或者大約等于干擾信號的干擾到達(dá)角，天線系統(tǒng)20操作為一個空間的陷波濾波器，以便增強無線通信系統(tǒng)中的接收操作。
圖5表示說明的通信系統(tǒng)的操作。雖然圖5說明專用于三扇區(qū)小區(qū)站點的一個扇區(qū)的一個干擾保護系統(tǒng)10，干擾保護系統(tǒng)10可以應(yīng)用到所有類型的通信站，而不管初始的預(yù)干擾覆蓋區(qū)圖形，只要后干擾覆蓋區(qū)圖形具有至少一個零方位，為了減小干擾。
通信系統(tǒng)包括一個干擾保護系統(tǒng)10，它耦合到在基站站點的一個基站和在由該基站服務(wù)的地理學(xué)的覆蓋范圍各處分配的移動臺62。移動臺62包括收發(fā)信機，用于電磁地發(fā)送到在該基站站點的一個基站和用于從該基站站點電磁接收。干擾保護系統(tǒng)10在移動臺62和該基站之間起著中介的作用以便防止或者減小與干擾信號源64相關(guān)的干擾。干擾信號源64操作在一個頻率，以致與從移動臺62到該基站的上行鏈路傳輸干擾。例如，干擾信號源64可以在相同的頻率范圍內(nèi)操作，作為上行鏈路傳輸。
圖5表示由實線指示的天線系統(tǒng)20的天線輻射從第一輻射圖65變化到由虛線指示的第二輻射圖66。雖然第一輻射圖65和第二輻射圖66二者代表在水平平面具有大約90度的半功率射束寬度的心形輻射圖形狀，其它輻射圖具有至少一個零落入本發(fā)明的后干擾覆蓋區(qū)圖形的范圍中。
第一輻射圖65代表在從接收信號中濾除干擾信號前該天線系統(tǒng)20的接收輻射圖。第二輻射圖66代表根據(jù)本發(fā)明在從該接收信號中濾除該干擾信號之后的天線系統(tǒng)20的接收輻射圖。第一輻射圖65具有面對與干擾信號源64位置或者干擾信號的干擾到達(dá)角無關(guān)的一個方向的第一零方位68。另一方面，第二輻射圖66具有面對干擾信號源64的方向或者干擾信號的干擾到達(dá)角以便在由該基站接收前衰減該干擾信號的第二零方位70。
如在圖6中所示的，一種防止干擾的方法減小或者消除干擾，否則將有損于在無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)站點的接收機性能。實際上，該方法包括產(chǎn)生表明接收的干擾信號幅度的一個信號和使用產(chǎn)生的信號調(diào)節(jié)天線系統(tǒng)20的零方位。
以步驟S10開始，天線系統(tǒng)20接收一個接收信號。該接收信號包括一個有用信號并且可能包含一個干擾信號。在步驟S12，天線系統(tǒng)20產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖。天線系統(tǒng)20可能產(chǎn)生不同的輻射圖，或者通常是相對于一個基準(zhǔn)方位角(例如零度或者正北方)不同地面向的等效的輻射圖。
在步驟S14，如果在接收信號中存在干擾信號，檢測器26檢測由天線系統(tǒng)20接收的干擾信號以便提供表明干擾信號接收幅度的一個非線性信號。該檢測還包括分配來自天線系統(tǒng)20的接收信號。接收信號在接收機部分24和第一放大器50之間不等地分配，以致接收機部分24接收比第一放大器50更強的接收信號，并且該放大器在它的相對地線性的放大區(qū)域操作。
檢測該干擾信號包括在放大器放大來自天線系統(tǒng)20的接收信號。混頻器48混頻接收的信號與本機振蕩器信號以便得到第二中頻信號。相位調(diào)整器54調(diào)節(jié)第一中頻信號的瞬時相位為相對于第二中頻信號瞬時相位的異相。放大器56調(diào)節(jié)第一中頻信號的幅度大約相當(dāng)于第二中頻信號的幅度。提供第二中頻信號用于比較第一中頻信號以便檢測第二中頻信號的非線性分量。組合器58組合第一中頻信號與來自接收機部分24的第二中頻信號以便得到該非線性信號。
最后，在步驟S16，控制器28根據(jù)非線性信號通過將可改變的零方位向著相對于天線系統(tǒng)20的干擾信號的干擾到達(dá)角控制天線系統(tǒng)20以便從有用信號中空間地濾除該干擾信號。一般地，控制天線系統(tǒng)20包括改變對用戶透明的時間改變可改變的零方位直到非線性的信號最小。天線系統(tǒng)20的控制包括平均非線性信號的功率以便得到平均的非線性信號。此外，響應(yīng)在平均的非線性信號和參考信號之間的比較產(chǎn)生控制信號41。控制信號41適合于控制天線系統(tǒng)20的輻射圖以便濾除該干擾信號，同時從無線通信系統(tǒng)中的移動臺通過一個或者多個有用信號到該接收機。例如，可以配置輸出控制信號41在不同的相位狀態(tài)范圍中掃描移相器34的相移直到在天線系統(tǒng)20的天線輸出端口該干擾信號的接收幅度最小。實際上，不同的相位狀態(tài)的范圍取決于天線系統(tǒng)20的特性和與天線系統(tǒng)20相關(guān)的可允許的射頻覆蓋(例如三扇區(qū)配置或者全向的配置)。
圖7表明圖1的干擾保護系統(tǒng)應(yīng)用到空間分集接收機配置。在圖7和圖1中相同的標(biāo)號表示等效的單元?？臻g分集式接收機配置包括第一干擾保護系統(tǒng)10和第二干擾系統(tǒng)110，第二干擾系統(tǒng)110基本上與第一干擾保護系統(tǒng)10相同。第一干擾保護系統(tǒng)10和第二干擾保護系統(tǒng)110各個以先前結(jié)合圖1至圖3描述的方式起作用。
第一干擾保護系統(tǒng)10包括第一天線振子30和第二天線振子32，它們典型地由在工作頻率范圍的一個波長或者較小(例如半波長)分別地間隔開以便獲得適當(dāng)?shù)妮椛鋱D或者它的零方位。類似地，第二干擾保護系統(tǒng)110包括第三天線振子130和第四天線振子132，它們典型地由在工作頻率范圍的一個或者較小波長間隔開以便獲得適當(dāng)?shù)妮椛鋱D或者它的零方位。第一天線振子30和第三天線振子130在工作頻率(例如有用信號的頻率)具有多波長(例如八波長)的間隔，通過同步地組合第一接收信號和第二接收信號或者導(dǎo)出前述的信號足夠?qū)崿F(xiàn)分集增益。在通過功率組合器36組合之后第一接收信號是與第一天線振子30和第二天線振子32相關(guān)的，而第二接收信號是與第三天線振子130和第四天線振子。
第一干擾保護系統(tǒng)10和第二干擾保護系統(tǒng)110耦合到基帶處理系統(tǒng)112。第一干擾保護系統(tǒng)10和第二干擾保護系統(tǒng)110提供有用信號114至基帶處理系統(tǒng)112，用于同步的組合有用信號114以便實現(xiàn)接收中空間的分集增益。第一干擾保護系統(tǒng)10和第二干擾保護系統(tǒng)110實現(xiàn)空間的分集增益，同時提供干擾保護，如先前結(jié)合圖1至圖3描述的。
圖8表明圖1的干擾保護系統(tǒng)10在空間分集式接收機配置的另一個應(yīng)用。該干擾保護系統(tǒng)10通常相當(dāng)于圖1的干擾保護系統(tǒng)?？臻g分集式接收機在許多數(shù)字無線通信系統(tǒng)中是普遍的。因此，圖8提供如何能夠使用干擾保護系統(tǒng)10的實際的例子。
空間分集式接收機配置包括空間分集式天線系統(tǒng)200，用于饋送第一接收機208和第二接收機210，耦合到第一接收機208和第二接收機210的一個基帶組合器212，和耦合到空間分集式天線系統(tǒng)200的干擾保護系統(tǒng)10?？臻g分集式天線系統(tǒng)200包括由適合于提供分集增益的一個距離分開的多個天線振子202?？臻g分集式天線系統(tǒng)200還包括一個移相器206和一個組合器204，它們以適當(dāng)?shù)姆绞今詈系教炀€振子202以便產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖。第一接收機208和第二接收機210最好在相同的頻率范圍內(nèi)操作，使得從一個共用信接收的信號可以組合在基帶組合器212組合，以便得到信號強度的增益或者衰落的減少。然而，在接收干擾信號期間，基帶組合器212不以圖8的配置獲得分集增益。來自干擾保護系統(tǒng)10的控制信號41用于在干擾保護系統(tǒng)以及與空間分集式天線系統(tǒng)200相關(guān)的一個移相器206中控制移相器34。此外，控制信號41最好提供用于由控制接口214提供的一個原有物(predecessor)。
空間分集式天線系統(tǒng)200還包括一個射頻開關(guān)201。射頻開關(guān)201適合于開關(guān)201空間分集模式和干擾減少模式之間的接收，在空間分集模式中可以實現(xiàn)空間分集增益，在干擾減少模式中通過空間分集式天線系統(tǒng)200的空間濾波減小干擾信號的幅度。開關(guān)201包括一個射頻輸入端口216，射頻輸出端口218和一個控制終端設(shè)備220。一次僅僅一個輸出端口218是熱的(生效)。即，在干擾信號的濾波期間射頻輸入端口216耦合到移相器206或者當(dāng)不存在該干擾信號時耦合到第二接收機210。射頻開關(guān)201由控制器28經(jīng)過控制接口214控制。
控制接口214提供表明干擾信號的存在或者不存在的一個干擾檢測信號，以便控制開關(guān)201的狀態(tài)。干擾控測信號最好是一個邏輯信號或者適合于控制開關(guān)201的狀態(tài)的另一個信號。干擾保護系統(tǒng)與控制接口214合作命令開關(guān)201在沒有干擾信號時選擇空間分集模式和在存在干擾信號時選擇干擾減少模式。在一個替換的實施例中，控制接口214可以集成到控制器的功能，否則相當(dāng)于控制器。
根據(jù)本發(fā)明，干擾保護系統(tǒng)(例如10)和方法在中斷正常接收機工作之前在接收器的射頻輸入檢測干擾信號的存在和抑制該干擾信號。干擾信號被抑制，同時保持該基站接收機的線性操作，其中大多數(shù)的移動臺的用戶能夠正常地與由干擾保護系統(tǒng)保護的該基站通信。
干擾保護系統(tǒng)(例如10)很適合于具有能夠承受比許多商業(yè)上可得到的基站的有效接收電路高的多的功率的部件的結(jié)構(gòu)。此外因為該接收信號的基帶處理不需要衰減該干擾信號，該干擾保護方法很適合于保護超強干擾信號(例如干擾信號超過-20dBm)。干擾保護系統(tǒng)(例如10)允許無線系統(tǒng)防止能夠使蜂窩工作癱瘓的微波敵方的干擾信號。防護干擾信號可能足夠快的啟動，使得整個工作對移動臺的該用戶是透明的。因此，干擾保護系統(tǒng)可以對于無線接收機提供可靠的和有效的干擾保護。
雖然主要地作為在固定端站點附屬于基站或者接收機系統(tǒng)描述本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法也可以被用于移動臺的接收機或者收發(fā)信機，以便減小對從該基站到該移動臺的下行鏈路傳輸?shù)母蓴_。移動式接收機經(jīng)常設(shè)計成具有高線性(例如高IP3性能)以便從另外一個通信系統(tǒng)接收有用信號和不必要的干擾二者。例如，在碼分多址(CDMA)移動式接收機來自全球移動通信系統(tǒng)(GSM)，時分多址(TDMA)和先進移動電話服務(wù)(AMPS)的窄帶干擾信號可能比有用信號CDMA信號強的多。在常規(guī)設(shè)計中，接收機前端(例如低噪聲放大器和混頻器)設(shè)計成具有足夠高的線性，以便充分地接收期望的和不需要的信號。不需要的信號在無線電設(shè)備的中頻級被抑制，因為對著該前端。例如，中頻級可能具有調(diào)諧到陷波二階和三階產(chǎn)物頻率，同時通過所需信號的頻帶寬度。
圖9說明使用具有經(jīng)過分離器252耦合到天線系統(tǒng)20的接收機前端250的接收機保護系統(tǒng)。在圖1和圖9中相同的標(biāo)號表示接收機保護系統(tǒng)10的等效的元件。如果接收機前端250只要求充分的線性以便接收有用信號，因為與兩個有用信號和不需要的信號相反，接收機前端250容易地設(shè)計成對應(yīng)于接收機電路線性的較小的要求而消耗較小功率。根據(jù)本發(fā)明，干擾保護系統(tǒng)衰減或者濾波該干擾信號以便允許該接收機前端250具有使用僅僅容納有用信號是足夠的線性額定性能(例如，IP3)的電路如果降低了接收機前端250中的放大器的線性要求，可能減小放大器的電流消耗。線性要求每減小3dB可能翻譯成在接收機前端中的放大器的功耗降低二十到五十個百分?jǐn)?shù)。因此，合并該干擾保護系統(tǒng)到移動式接收機將以較少功率消耗提升接收器設(shè)計和更大的電池壽命，甚至包括對干擾保護系統(tǒng)本身的功率的保存功耗。雖然干擾信號的到達(dá)角不同于有用信號的到達(dá)角，移動式接收機的功耗可能通過本發(fā)明的干擾保護系統(tǒng)降低。在一個替換的實施例中，接收機具有一個動態(tài)線性控制，它根據(jù)是否存在干擾信號或者該干擾保護系統(tǒng)在從干擾信號中減小或者消除干擾是否充分地有效調(diào)節(jié)接收機或者接收機前端的最大值線性性能。
實際上，干擾保護系統(tǒng)可以集成到無線基站或者無線移動臺的一個接收機中并且分別地從該干擾保護系統(tǒng)控制的一個天線系統(tǒng)分開地銷售。因此，該干擾保護系統(tǒng)包括至少一個檢測器，用于檢測干擾信號，和一個控制器，與天線系統(tǒng)的控制方案一致地、基于該干擾信號控制天線系統(tǒng)。
本說明書描述本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各種說明性的實施例。權(quán)利要求的范圍是要包含在說明書中公開的說明性的實施例的各種修改和等效的裝置。因此，下列權(quán)利要求應(yīng)該相應(yīng)地更寬的解譯以便覆蓋要在此處公開的本發(fā)明的精神和范圍一致的修改、等效的結(jié)構(gòu)和特性。
權(quán)利要求
1.一種與天線系統(tǒng)一起使用的干擾保護系統(tǒng)，該干擾保護系統(tǒng)包括一個檢測器，用于產(chǎn)生表明干擾信號接收幅度的非線性信號；和一個控制器，通過將該天線系統(tǒng)可改變的零方位定向指向該干擾信號相對于該天線系統(tǒng)的干擾信號到達(dá)角，使用該非線性信號空間地濾除該干擾信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，其中該控制器適合于變化可改變的零方位直到該非線性信號是最小的為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，其中該控制器適合于改變可改變的零方位，直到干擾信號幅度相對于有用信號具有一個可接受的電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，其中該檢測器是可操作的，用于檢測該干擾信號和區(qū)分有用信號與該干擾信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，還包括一個天線系統(tǒng)，用于產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖，同時地接收有用信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，還包括一個接收機部分，用于從該天線系統(tǒng)接收該有用信號；一個耦合器，用于在該接收機部分和該檢測器之間不等地分配該接收信號，使得該接收機部分接收比該檢測器更強的接收信號，以致該檢測器主要在它的線性放大區(qū)域操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，其中該控制器包括一個積分器，用于平均非線性信號的功率，以便得到一個平均的非線性信號；和一個比較器，響應(yīng)平均的非線性信號和一個參考信號之間的比較產(chǎn)生一個輸出控制信號，該輸出控制信號適合于控制該陣列天線系統(tǒng)的輻射圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，還包括一個接收機前端，用于從該天線系統(tǒng)接收有用信號，該接收機前端具有適合于在該天線系統(tǒng)的輸出的有用信號的最大的信號幅度的一個線性性能定額。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的干擾保護系統(tǒng)，還包括耦合到天線系統(tǒng)的輸出并且具有一個放大器的一個接收機前端，該放大器具有適合于來自該天線系統(tǒng)的有用信號的最大的信號幅度的三階截取點，以便最小化采用該接收機前端、該檢測器和該控制器的移動通信設(shè)備的功耗。
10.一種用于接收機的干擾保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個天線系統(tǒng)，用于產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖和用于接收有用信號；一個檢測器，用于檢測由該天線系統(tǒng)接收的干擾信號和用于區(qū)分該有用信號與該干擾信號，該檢測器適合于提供表明該干擾信號接收幅度的非線性信號；和一個控制器，根據(jù)該提供的非線性信號控制該天線系統(tǒng)以便通過將可改變的零方位定向指向相對于該天線系統(tǒng)的干擾信號的到達(dá)角來從該有用信號中空間地濾除該干擾信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的干擾保護系統(tǒng)，其中該控制器適合于改變可改變的零方位直到該非線性信號是最小的為止。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的干擾保護系統(tǒng)，其中該檢測器包括第一放大器，用于放大從該天線系統(tǒng)接收的信號，該接收的信號包括至少有用信號和該干擾信號之一；一個混頻器，用于混頻該接收信號與另一個信號以便得到一個中頻信號；一個相位調(diào)整器，用于調(diào)節(jié)該中頻信號的相位；第二放大器，用于調(diào)節(jié)該中頻信號的幅度；一個組合器，用于組合該中頻信號與來自接收機部分的另一個中頻信號以便得到該非線性信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的干擾保護系統(tǒng)，還包括一個耦合器，用于在該接收機部分和第一放大器之間不等地分配該接收信號，使得該接收機部分接收比第一放大器相對更強的接收信號，以致第一放大器主要在它的線性放大區(qū)域操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的干擾保護系統(tǒng)，其中該控制器包括一個積分器，用于平均非線性信號的功率，以便得到一個平均的非線性信號；和一個比較器，響應(yīng)平均的非線性信號和一個參考信號之間的比較產(chǎn)生一個輸出控制信號，該輸出控制信號適合于控制該天線系統(tǒng)的輻射圖。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的的干擾保護系統(tǒng)，還包括一個接收系統(tǒng)，該接收系統(tǒng)包括該檢測器和一個接收機部分，該接收機部分包括一個放大器和一個混頻器，用于接收該接收信號和產(chǎn)生包含該有用信號的中頻信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的干擾保護系統(tǒng)，還包括一個接收系統(tǒng)，該接收系統(tǒng)包括該檢測器和一個接收機部分，該接收機部分通過一個耦合器耦合到該檢測器，用于分配來自該天線系統(tǒng)的接收信號，該接收機部分提供第二中頻信號給該檢測器用于比較由該檢測器產(chǎn)生的第一中頻信號以便檢測第二中頻信號的非線性分量。
17.一種用于接收機的干擾保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個陣列天線系統(tǒng)，用于產(chǎn)生具有可改變的零方位的輻射圖和用于接收有用信號，該天線系統(tǒng)包括經(jīng)過天線移相器耦合到天線組合器的第一天線振子和耦合到該天線組合器的第二振子；接收系統(tǒng)包括檢測器，用于檢測從該天線系統(tǒng)接收的干擾信號和用于區(qū)分有用信號與該干擾信號，該檢測器適合于提供表明該干擾信號的接收幅度的非線性信號；和一個控制器，根據(jù)該提供非線性信號控制該陣列天線系統(tǒng)以便通過將可改變的零方位定指向相對于該陣列天線系統(tǒng)的干擾信號的到達(dá)角來從該有用信號中空間地濾除該干擾信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的干擾保護系統(tǒng)，其中該接收系統(tǒng)包括一個接收機部分，用于接收該有用信號，和一個耦合器，用于在該接收機部分和第一放大器之間不等地分配該接收信號，使得該接收機部分接收比第一放大器更強的接收信號，以致第一放大器主要在它的線性放大區(qū)域操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的干擾保護系統(tǒng)，其中該接收系統(tǒng)包括具有接收放大器和接收混頻器的一個接收器部分，用于接受該接收信號和產(chǎn)生包含該有用信號的一個中頻信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的干擾保護系統(tǒng)，其中該接收系統(tǒng)還包括通過一個耦合器耦合到該檢測器的一個接收機部分，此接收機部分提供第二中頻信號給檢測器，用于與檢測器產(chǎn)生的第一中頻信號進行比較，以檢測第二中頻信號的非線性分量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的干擾保護系統(tǒng)，其中該檢測器調(diào)整第一中頻信號的相位為相對于第二中頻大約180度異相，和其中該檢測器調(diào)節(jié)第一中頻信號的幅度為大約等于第二中頻信號的幅度。
22.一種減小出現(xiàn)在接收機上的干擾的方法，該方法包括產(chǎn)生表明接收干擾信號的幅度的信號；和使用該產(chǎn)生信號調(diào)節(jié)天線系統(tǒng)的零方位。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該調(diào)節(jié)步驟迭代地執(zhí)行，直到該干擾信號的幅度是在可接受的電平上，以便該接收機通常線性地操作。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該調(diào)節(jié)步驟包括將零方位相對于該天線系統(tǒng)定向指向該干擾信號到達(dá)角。
25.一種防止接收機受干擾的方法，包括步驟由天線系統(tǒng)接收有用信號；檢測由天線系統(tǒng)接收的干擾信號，以便提供表明該干擾信號的接收幅度的非線性信號；和根據(jù)該非線性信號控制該天線系統(tǒng)以便通過將可改變的零方位定指向相對于該天線系統(tǒng)的干擾信號的到達(dá)角來從該有用信號中空間地濾除該干擾信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該控制步驟包括改變該可改變的零方位直到該非線性信號為最小。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該檢測步驟還包括在一個放大器放大來自該天線系統(tǒng)的接收信號，該接收信號包括至少有用信號和該干擾信號之一；混頻該接收信號與本機振蕩器信號以便得到第一中頻信號，調(diào)節(jié)第一中頻信號的瞬時相位為相對于第二中頻信號的瞬時相位的異相；調(diào)節(jié)第一中頻信號的幅度為大約相當(dāng)于第二中頻信號的幅度；和組合第一中頻信號與來自接收機部分的第二中頻信號以便得到該非線性信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，還包括步驟在該接收機部分和該放大器之間不等地分配該接收信號，使得該接收機部分接收比該放大器更強的接收信號，以致該放大器主要在它的線性放大區(qū)域操作。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該控制步驟還包括平均該非線性信號的功率，以便得到一個平均的非線性信號；和響應(yīng)該平均的非線性信號和一個參考信號之間的比較產(chǎn)生一個輸出控制信號，該輸出控制信號適合于控制該天線系統(tǒng)的輻射圖。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括接受該接收信號并產(chǎn)生包含該有用信號的一個中頻信號。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該檢測步驟還包括分配來自該天線系統(tǒng)的接收信號；和提供第二中頻信號用于比較第一中頻信號以便檢測第二中頻信號的非線性分量。
32.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括安排第二天線系統(tǒng)在空間離開該天線系統(tǒng)一個足夠的數(shù)量，以便提供第二天線系統(tǒng)和該天線系統(tǒng)之間的分集增益。
33.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括如果沒有任何檢測到的干擾信號，提供具有空間分集增益的信號接收路徑。
34.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括提供具有衰減該干擾信號并且在存在該檢測的干擾信號時沒有空間分集增益的信號接收路徑。
全文摘要
干擾保護系統(tǒng)包括:一個接收部分,用于接收電磁信號;一個檢測器,用于檢測干擾信號;和一個控制系統(tǒng),用于將可改變的零方位定向指向天線系統(tǒng)來減少接收機中來自該干擾信號的干擾。
文檔編號H04B7/26GK1273461SQ00118050
公開日2000年11月15日 申請日期2000年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月22日
發(fā)明者孔純奇(音譯), 克里西納莫塞·思里納斯, 涂昆宜(音譯) 申請人:朗迅科技公司