双模数字射频拉远系统 【技术领域】
本发明涉及一种移动通信信号的覆盖系统,特别是涉及一种双模数字射频拉远系统。
【背景技术】
在移动通信迅速发展的今天,无论何种无线通信的覆盖区域由于射频信号传播特性和人工或自然物体的遮挡,经常会出现盲区、弱信号区,这些区域容易出现接通率低、漫游不畅、掉话甚至接收不到信号等现象,给手机用户带来不便。数字射频拉远系统是一种中继产品,它能有效的解决此类问题,它具备体积小、成本低、安装方便、便于维护等优点,成为极其重要的网络优化手段,以提高通信质量,解决弱信号区和盲区的掉话等问题,给网络建设带来极大的便利。
数字射频拉远系统是一种基于软件无线电技术,将射频信号数字化,在数字域对信号进行处理传输,是专门针对3G移动标准的设备,相对于2G模拟光纤系统而言大大改善了系统上、下行链路信噪比,其覆盖能力及覆盖效果明显优于模拟光纤系统。可以预见,在2G和3G网络共存的很长时期内,同时具备2G和3G制式的双模数字射频拉远系统将会是移动运营商重要的网络覆盖设备,具有广阔的市场前景。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能将2G标准的DCS(distributed control system,分散控制系统)和3G标准的WCDMA两种制式的信号同时进行数字化传输和再生放大的双模数字射频拉远系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的:一种双模数字射频拉远系统,包括近端机以及远端机,DCS和WCDMA基站信号分别通过耦合器从基站收发台耦合至所述近端机中,经过系统对信号的数字化处理并按标准CPRI协议对数字化后的信号进行传输,将DCS和WCDMA基站信号分别传输至各覆盖区域的远端机,所述远端机将信号再生、放大,实现DCS和WCDMA基站信号的拉远覆盖。
所述近端机包括第一WCDMA介质双工器、第一DCS介质双工器、与第一WCDMA介质双工器相连的第一衰减变频模块、与第一DCS介质双工器相连的第二衰减变频模块,以及连接到第一衰减变频模块以及第二衰减变频模块的第一数字处理模块;所述远端机包括第二WCDMA双工器、第二DCS双工器、与第二WCDMA双工器分别相连的大功率的第一功率放大器以及第一低噪放,与第二DCS双工器分别相连的大功率的第二功率放大器以及第二低噪放,与第一功率放大器以及第一低噪放相连的第一变频模块、与第二功率放大器以及第二低噪放相连的第二变频模块,以及连接到第一变频模块以及第二变频模块的第二数字处理模块;所述近端机的第一数字处理模块通过光纤连接到远端机的第二数字处理模块;
该双模数字射频拉远系统的下行链路是:DCS和WCDMA下行信号分别通过耦合器从基站收发台主天线的耦合至近端机的第一WCDMA介质双工器及第一DCS介质双工器,经过第一衰减变频模块的下变频将WCDMA信号下变至WCDMA中频信号,经过第二衰减变频模块的下变频将DCS信号下变至DCS中频信号,然后由第一数字处理模块分别对DCS和WCDMA中频信号进行A/D带通采样达到可操作范围,再分别对数字化后的DCS和WCDMA中频信号进行数字下变频并进行多级的低通滤波处理后,再按CPRI标准帧格式进行打包成串行数据传输至远端机的第二数字处理模块;远端机的第二数字处理模块收到数据后对其按CPRI协议进行解帧、配置后,经过数字上变频并进行多级的低通滤波处理,再由2路D/A分别将DCS和WCDMA数字化后的信号恢复为中频信号,再经第一变频模块的上变频将WCDMA信号上变至射频信号,经第二变频模块的上变频将DCS信号上变至射频信号,最后恢复出的WCDMA和DCS射频信号分别经第一功率放大器以及第二功率放大器放大、再分别经第二WCDMA双工器、第二DCS双工器滤波从重发天线分别发射至覆盖区域;
该双模数字射频拉远系统的上行链路是:WCDMA和DCS上行信号分别通过远端机的第二WCDMA双工器及第二DCS双工器滤波处理后,再分别经过第一低噪声放大器以及第一低噪声放大器进行放大,放大后的WCDMA和DCS信号分别进入第一变频模块和第二变频模块,分别经过第一变频模块和第二变频模块的下变频,将WCDMA和DCS信号下变到中频信号,然后由第二数字处理模块分别对其进行A/D带通采样,再对数字化后的WCDMA和DCS中频信号进行数字下变频和多级的低通滤波处理,其中对DCS信号完成噪声抑制功能处理,再按CPRI标准帧格式将WCDMA和DCS信号进行打包成串行数据后传输至近端机的第一数字处理模块;近端机的第一数字处理模块收到数据后对其按CPRI协议进行解帧、配置后,经过数字上变频并进行多级的低通滤波处理,再由2路D/A分别将WCDMA和DCS数字化后的信号恢复为中频信号,再经第一衰减变频模块的上变频将WCDMA信号上变至射频信号,经第二衰减变频模块的上变频将DCS信号上变至射频信号,最后通过第一WCDMA介质双工器、第一DCS介质双工器滤波后再经耦合器将WCDMA和DCS信号分别耦合至基站收发台。
所述第一信号处理模块以及第二信号处理模块的结构以及工作原理均相同,所述第一信号处理模块以及第二信号处理模块均包括2个数模转换模块、2个模数转换模块、一数字处理单元、一Sedes模块、一光纤收发模块、一MCU,以及一时钟产生及分配模块,所述2个数模转换模块的输入端分别连接到数字处理单元,2个模数转换模块的输出端分别连接到数字处理单元,MCU同时控制2个数模转换模块、2个模数转换模块、数字处理单元、Sedes模块,以及时钟产生及分配模块,时钟产生及分配模块分别为2个数模转换模块、2个模数转换模块、数字处理单元以及Sedes模块提供参考时钟;
该第一信号处理模块以及第二信号处理模块地信号输入链路是:WCDMA和DCS中频信号分别经过模数转换模块的带通采样后,通过数字处理单元对模数转换模块采样后的数字信号进行数字下变频和多级的低通滤波处理,其中对DCS下行信号进行功率的包络检波,取得原基站的同步时钟信号作为对DCS上行时分信号进行同步,并对每个上行通道的功率分别进行实时检测,当检测到信号功率超过设置的参考门限值时则立即将本通道在当前时隙期间进行通道开启处理,否则该通道始终保持关闭状态,WCDMA和DCS信号经过数字下变频到基带信号,然后按标准CPRI帧格式对数据进行组帧打包并通过Sedes模块将串行数据经光纤收发模块发送到远端机;
该第一信号处理模块以及第二信号处理模块的信号输出链路是:将光纤收发模块接收到的串行数据通过Sedes模块并由数字处理单元对其进行CPRI解帧将WCDMA和DCS各载波转为基带信号,然后通过数字上变频和多级的低通滤波,将WCDMA和DCS各载波信号恢复到相应频点,接着进行载波数据叠加,最后通过2路数模转换模块分别将WCDMA和DCS信号还原为中频信号。
所述数字处理单元采用FPGA芯片。
所述近端机的第一衰减变频模块、第二衰减变频模块以及远端机的第一变频模块、第二变频模块的结构以及工作原理均相同,第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的结构均分别包括第一介质滤波器、第一高线性混频器、第一中频放大器、第一中频声表滤波器、第二中频放大器、第二中频声表滤波器、第三中频放大器、第二高线性混频器、第二介质滤波器、信号放大器、第三介质滤波器、CPU,以及2个锁相环,所述2个锁相环的输出端分别连接到第一高线性混频器以及第二高线性混频器,CPU负责对锁相环进行锁相控制;
该第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的下行链路:DCS和WCDMA的RF信号进来后通过第一介质滤波器滤波后,先经第一高线性混频器下变频到中频信号IF,中频信号再经第一中频放大器放大后经过第一中频声表滤波器进行中频滤波处理,再经第二中频放大器放大后输出DCS和WCDMA的中频信号;
该第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的上行链路:DCS和WCDMA的中频信号IF先经第二中频声表滤波器进行中频滤波处理,经第三中频放大器放大后再经第二高线性混频器上变频到RF信号,混频后再经第二介质滤波器滤波和信号放大器放大,最后再经一第三介质滤波器滤波输出DCS和WCDMA的RF信号。
所述锁相环采用LMX2531芯片,是一个VCO+PLL的集成芯片,其参考时钟采用第一数字处理模块或者第二数字处理模块提供的时钟。
本发明双模数字射频拉远系统的优点在于:能将2G标准的DCS和3G标准的WCDMA两种制式的信号同时进行数字化传输和再生放大,同时它具有星型、菊花链型及混合型组网特性,在解决大面积、长距离信号覆盖时具有明显优势,该系统具有重发信号质量理想(光传输损耗不会对射频信噪比造成影响)、组网方式灵活、对基站侧干扰小等技术特点。因此,在3G网络建设的初级阶段,具备双模的数字射频拉远系统对降低3G网络的建设成本有重要意义,具有广阔的发展前景。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明双模数字射频拉远系统组网工作示意图。
图2是本发明双模数字射频拉远系统的组成框图。
图3是本发明双模数字射频拉远系统的连接及原理总框图。
图4是本发明双模数字射频拉远系统中的数字处理模块原理示意图。
图5是本发明双模数字射频拉远系统的近端机的衰减变频模块以及远端机的变频模块的工作示意图。
【具体实施方式】
鉴于上述存在的问题,本文提供一种双模数字射频拉远系统,系统由近端机即无线基带控制(Radio Server)和远端机即射频拉远单元(RRU)两部分组成,二者之间通过光纤连接,其接口是基于开放式CPRI接口,可以稳定地与主流厂商的设备进行连接。
1、双模数字射频拉远系统组网工作方式。
请参阅图1,DCS和WCDMA基站信号分别通过耦合器从基站收发台(BTS)耦合至双模数字射频拉远系统的近端机中,经过系统对信号的数字化处理并按标准CPRI协议对数字化后的信号进行传输,将DCS和WCDMA基站信号分别传输至各覆盖区域的远端机,利用远端机将信号再生、放大,实现DCS和WCDMA基站信号的拉远覆盖。由于系统可进行星型、菊花链及混合型组网特性,因此可以进行大规模连续组网,特别适合于解决对于连续性覆盖要求较高场合的信号覆盖(如高速铁路、住宅小区等),在该覆盖模式中双模数字射频拉远系统不仅可以很好的解决信号覆盖问题,还可以解决小区密集高而所造成的小区切换因难及的网络质量恶化等问题。
2、双模数字射频拉远系统的具体组成及工作通路。
请参阅图2,该双模数字射频拉远系统的近端机包括第一WCDMA介质双工器、第一DCS介质双工器、与第一WCDMA介质双工器相连的第一衰减变频模块、与第一DCS介质双工器相连的第二衰减变频模块,以及连接到第一衰减变频模块以及第二衰减变频模块的第一数字处理模块。该双模数字射频拉远系统的远端机包括第二WCDMA双工器、第二DCS双工器、与第二WCDMA双工器分别相连的大功率的第一功率放大器以及第一低噪放,与第二DCS双工器分别相连的大功率的第二功率放大器以及第二低噪放,与第一功率放大器以及第一低噪放相连的第一变频模块、与第二功率放大器以及第二低噪放相连的第二变频模块,以及连接到第一变频模块以及第二变频模块的第二数字处理模块。所述近端机的第一数字处理模块通过光纤连接到远端机的第二数字处理模块。
其中第一WCDMA介质双工器指的是可以对WCDMA信号进行处理的现有各种介质双工器,第一DCS介质双工器指的是可以对DCS信号进行处理的现有各种介质双工器。第二WCDMA双工器指的是可以对WCDMA信号进行处理的现有各种双工器,第二DCS双工器指的是可以对DCS信号进行处理的现有各种双工器。
请同时参阅图3,该双模数字射频拉远系统的下行链路是:DCS和WCDMA下行信号分别通过耦合器从基站收发台(BTS)主天线的下行信号耦合至近端机的第一WCDMA介质双工器及第一DCS介质双工器,经过第一衰减变频模块的下变频将WCDMA信号下变至WCDMA中频信号,经过第二衰减变频模块的下变频将DCS信号下变至DCS中频信号,然后由第一数字处理模块分别对DCS和WCDMA中频信号进行A/D带通采样达到可操作范围,再分别对数字化后的DCS和WCDMA中频信号进行数字下变频(DDC)等数字域的处理后,再按CPRI标准帧格式进行打包成串行数据传输至远端机的第二数字处理模块;远端机的第二数字处理模块收到数据后对其按CPRI协议进行解帧、配置后,经过数字上变频(DUC)并进行多级的低通滤波处理,再由2路D/A分别将DCS和WCDMA数字化后的信号恢复为中频信号,再经第一变频模块的上变频将WCDMA信号上变至射频信号,经第二变频模块的上变频将DCS信号上变至射频信号,最后恢复出的WCDMA和DCS射频信号分别经第一功率放大器以及第二功率放大器放大、再分别经第二WCDMA双工器、第二DCS双工器滤波从重发天线分别发射至覆盖区域。
该双模数字射频拉远系统的上行链路是:WCDMA和DCS上行信号分别通过远端机的第二WCDMA双工器及第二DCS双工器滤波处理后,再分别经过第一低噪声放大器以及第一低噪声放大器进行放大,放大后的WCDMA和DCS信号分别进入第一变频模块和第二变频模块,分别经过第一变频模块和第二变频模块的下变频,将WCDMA和DCS信号下变到中频信号,然后由第二数字处理模块分别对其进行A/D带通采样,再对数字化后的WCDMA和DCS中频信号进行数字下变频(DDC)和多级的低通滤波处理,其中对DCS信号完成噪声抑制功能处理,再按CPRI标准帧格式将WCDMA和DCS信号进行打包成串行数据后传输至近端机的第一数字处理模块;近端机的第一数字处理模块收到数据后对其按CPRI协议进行解帧、配置后,经过数字上变频(DUC)并进行多级的低通滤波处理,再由2路D/A分别将WCDMA和DCS数字化后的信号恢复为中频信号,再经第一衰减变频模块的上变频将WCDMA信号上变至射频信号,经第二衰减变频模块的上变频将DCS信号上变至射频信号,最后通过第一WCDMA介质双工器、第一DCS介质双工器滤波后再经耦合器将WCDMA和DCS信号分别耦合至基站收发台(BTS)。
3、数字处理模块的工作流程。
参阅图4,是近端机的第一信号处理模块以及远端机的第二信号处理模块的原理示意图,其中第一信号处理模块以及第二信号处理模块的结构以及工作原理均相同。第一信号处理模块以及第二信号处理模块均包括2个数模转换模块(D/A)、2个模数转换模块(A/D)、一数字处理单元、一Sedes模块、一光纤收发模块、一MCU(中央控制单元),以及一时钟产生及分配模块。所述2个数模转换模块(D/A)的输入端分别连接到数字处理单元,2个模数转换模块(A/D)的输出端分别连接到数字处理单元,MCU同时控制2个数模转换模块(D/A)、2个模数转换模块(A/D)、数字处理单元、Sedes(SerialDeserial串并、并串)模块,以及时钟产生及分配模块,时钟产生及分配模块控制2个数模转换模块(D/A)、2个模数转换模块(A/D)、数字处理单元以及Sedes模块。其中数字处理单元采用FPGA芯片。
该第一信号处理模块以及第二信号处理模块的信号输入链路是:WCDMA和DCS中频信号分别经过A/D的带通采样后,通过数字处理单元对A/D采样后的数字信号进行数字下变频(DDC)和多级的低通滤波处理,其中对DCS下行信号进行功率的包络检波,取得原基站的同步时钟信号作为对DCS上行时分信号进行同步,并对每个上行通道的功率分别进行实时检测,当检测到信号功率超过设置的参考门限值时则立即将本通道在当前时隙期间进行通道开启处理,否则该通道始终保持关闭状态,WCDMA和DCS信号经过数字下变频到基带信号,然后按标准CPRI帧格式对数据进行组帧打包并通过Sedes模块将串行数据经光纤收发模块发送到远端机;
该第一信号处理模块以及第二信号处理模块的信号输出链路是:将光纤收发模块接收到的串行数据通过Sedes模块并由数字处理单元对其进行CPRI解帧将WCDMA和DCS各载波转为基带信号,然后通过数字上变频(DUC)和多级的低通滤波,将WCDMA和DCS各载波信号恢复到相应频点,接着进行载波数据叠加,最后通过2路D/A分别将WCDMA和DCS信号还原为中频信号;其中,时钟产生及分配模块负责对2路A/D、2路D/A、数字处理单元和Sedes模块提供参考时钟,MCU负责对各功能单元进行数据配置和有效监控。
4、变频模块的工作流程。
请参阅图5,是近端机的第一衰减变频模块、第二衰减变频模块以及远端机的第一变频模块、第二变频模块的工作示意图,其中第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的结构以及工作原理相同。第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的结构均分别包括第一介质滤波器、第一高线性混频器、第一中频放大器、第一中频声表滤波器(SAW)、第二中频放大器、第二中频声表滤波器、第三中频放大器、第二高线性混频器、第二介质滤波器、信号放大器、第三介质滤波器、CPU,以及2个锁相环。
该第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的下行链路:DCS和WCDMA的RF信号进来后通过第一介质滤波器滤波后,先经第一高线性混频器下变频到中频信号IF,中频信号再经第一中频放大器放大后经过第一中频声表滤波器(SAW)进行中频滤波处理,再经第二中频放大器放大后输出DCS和WCDMA的中频信号。
该第一衰减变频模块、第二衰减变频模块、第一变频模块、第二变频模块的上行链路:DCS和WCDMA的中频信号IF先经第二中频声表滤波器进行中频滤波处理,经第三中频放大器放大后再经第二高线性混频器上变频到RF信号,混频后再经第二介质滤波器滤波和信号放大器放大,最后再经一第三介质滤波器滤波输出DCS和WCDMA的RF信号。
其中锁相环采用LMX2531芯片,是一个VCO+PLL的集成芯片,其参考时钟须采用数字处理模块提供的时钟,以保证信号同步,2个锁相环的输出端分别连接到第一高线性混频器以及第二高线性混频器。CPU负责对锁相环进行锁相控制。
综上所述,本发明基于软件无线电技术的双模数字射频拉远系统是采用标准CPRI接口,运用功能强大的FPGA器件分别对数字化后的DCS和WCDMA信号进行数字滤波处理,通过光纤传输到远端,利用远端射频拉远单元将信号再生、放大,实现DCS和WCDMA基站信号的拉远覆盖。系统支持4路并联星型和6级菊花链型组网能力,可处理DCS和WCDMA的载波容量分别为双向8路200KHz带宽和双向3路3.84MHz带宽的载波数,各载波的总带宽不小于40MHz,DCS与WCDMA信号间留有5MHz的保护间隔,其中系统对8路上行的DCS制式信号具备噪声抑制功能,能够有效解决系统在一拖多组网时各远端上行信号对同一小区噪声累积严重的问题。