一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站.pdf

本发明公开了一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，其包括电源模块、下行链路、上行链路和控制单元；其在现有的室内小型直放站的基础上在上、下行链路上分别增设有数控衰减器和下行信号取样电路，并在控制单元内置有检测程序和智能处理程序，通过控制单元的检测程序检测直放站输出功率的变化量是否和增益的变化量成正比，由此判断直放站是否超出线性工作状态，若超出线性工作状态，则由控制单元的智能处理程序发出控制数控衰减器的控制命令，由数控衰减器对上、下行链路产生衰减的效果，直至将直放站调整回线性工作状态，从而降低安装施工的技术难度。在长期运行中依靠设备的自检和修复系统，可使直放站长期处于最佳工作状态，保护了设备自身，也保护了网络。

权利要求书1.  一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，其特征在于：包括电源模块、下行链路、上行链路和控制单元；由电源模块为下行链路、上行链路和控制单元提供工作电源；所述下行链路包括依次相连接的室外天线、第一双工器、下行低噪声放大器、下行信号滤波器、下行信号数字衰减器、下行信号ALC电路、下行数控衰减器、下行信号选频放大模块、下行功率放大器、下行信号取样电路、第一隔离器、第二双工器和室内天线；所述上行链路包括依次相连接的室内天线、第二双工器、上行低噪声放大器、上行信号滤波器、上行信号数字衰减器、上行信号ALC电路、上行数控衰减器、上行信号选频放大模块、上行功率放大器、上行信号取样电路、第二隔离器、第一双工器和室外天线；所述上行信号取样电路和所述下行信号取样电路的反馈端分别连接至所述控制单元的相应输入端，所述控制单元的相应输出端分别连接下行数控衰减器、下行信号选频放大模块、下行功率放大器、上行数控衰减器、上行信号选频放大模块和上行功率放大器的对应控制端；所述控制单元内置有检测程序和智能处理程序，通过控制单元的检测程序检测直放站输出功率的变化量是否和增益的变化量成正比，由此判断直放站是否超出线性工作状态，若超出线性工作状态，则由控制单元的智能处理程序发出控制上、下行数控衰减器的控制命令，由上、下行数控衰减器对上、下行链路产生衰减的效果，直至将直放站调整回线性工作状态。2.  根据权利要求1所述的一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，其特征在于：上述检测程序包括定时检测程序和信号超过预设门限时的即时检测程序。3.  根据权利要求1所述的一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，其特征在于：所述上行信号取样电路和下行信号取样电路均包括相连接的高方向性的微带锯齿型单定向耦合器和宽带大动态范围线性检波器。

说明书一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站
技术领域
本发明涉及一种移动通信领域，特别涉及一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站。
背景技术
在移动通信网络中室内小型直放站更适用于城市中鳞次栉比的高楼大厦之间，作为延伸基站覆盖范围，填充覆盖盲区的一种极其有效的设备。随着通信行业的迅速发展，对它的要求也越来越高。
现有的室内小型直放站如图1所示，包括电源模块、下行链路、上行链路和锁相环CPU 23；由电源模块为信号下行链路、信号上行链路和锁相环CPU 23提供工作电源。其中，所述下行链路包括依次相连接的室外天线1、第一双工器2、下行低噪声放大器3、下行信号滤波器4、下行信号数字衰减器5、下行信号ALC电路6、下行信号选频放大模块7、下行功率放大器8、下行功率检测电路9、第一隔离器10、第二双工器12和室内天线11；其中，所述下行信号ALC电路6包括下行信号模拟衰减器61和下行信号比较放大器62，下行信号比较放大器62的输入端连接下行功率检测电路9的反馈端、输出端连接下行信号模拟衰减器61的控制端；锁相环CPU 23的相应输出端连接下行信号选频放大模块7的控制端。所述上行链路包括依次相连接的室内天线11、第二双工器12、上行低噪声放大器13、上行信号滤波器14、上行信号数字衰减器15、上行信号ALC电路16、上行信号选频放大模块17、上行功率放大器18、上行功率检测电路19、第二隔离器20、第一双工器2和室外天线1；所述上行信号ALC电路16包括上行信号模拟衰减器161和上行信号比较放大器162，上行信号比较放大器162的输入端连接上行功率检测电路19的反馈端、输出端连接上行信号模拟衰减器161 的控制端；锁相环CPU 23的相应输出端连接上行信号选频放大模块17的控制端。还包括分别连接于下行信号数字衰减器5和上行信号数字衰减器15的控制端的下行增益人工调节电路21和上行增益人工调节电路22。
这种室内小型直放站是一种双向放大器，除了严格按技术规范设计、生产，环境因数、工程设计和施工也是一重要环节，众多的因数会影响直放站的线性指标。而线性指标的恶化会影响通信质量，乃至影响整个通信网络使其瘫痪。在瘫痪的网络中寻找干扰源是一项费时，费力的工作。市场上迫切需要保障通信系统的可靠性和解决问题的及时性，带有智能处理的室内小型直放站。
发明内容
针对上述的问题，本发明的目的是提出一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，其可自动检测放大器线性状态并进行智能处理，从而降低安装施工的技术难度，并使直放站长期处于最佳工作状态。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，包括电源模块、下行链路、上行链路和控制单元；
由电源模块为下行链路、上行链路和控制单元提供工作电源；
所述下行链路包括依次相连接的室外天线、第一双工器、下行低噪声放大器、下行信号滤波器、下行信号数字衰减器、下行信号ALC电路、下行数控衰减器、下行信号选频放大模块、下行功率放大器、下行信号取样电路、第一隔离器、第二双工器和室内天线；
所述上行链路包括依次相连接的室内天线、第二双工器、上行低噪声放大器、上行信号滤波器、上行信号数字衰减器、上行信号ALC电路、上行数控衰减器、上行信号选频放大模块、上行功率放大器、上行信号取样电路、第二隔离器、第一双工器和室外天线；
所述上行信号取样电路和所述下行信号取样电路的反馈端分别连接至 所述控制单元的相应输入端，所述控制单元的相应输出端分别连接下行数控衰减器、下行信号选频放大模块、下行功率放大器、上行数控衰减器、上行信号选频放大模块和上行功率放大器的对应控制端；
所述控制单元内置有检测程序和智能处理程序，通过控制单元的检测程序检测直放站输出功率的变化量是否和增益的变化量成正比，由此判断直放站是否超出线性工作状态，若超出线性工作状态，则由控制单元的智能处理程序发出控制上、下行数控衰减器的控制命令，由上、下行数控衰减器对上、下行链路产生衰减的效果，直至将直放站调整回线性工作状态。
上述检测程序包括定时检测程序和信号超过预设门限时的即时检测程序。
所述上行信号取样电路和下行信号取样电路均包括相连接的高方向性的微带锯齿型单定向耦合器和宽带大动态范围线性检波器。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：通过上、下行信号取样电路、控制单元和上、下行数控衰减器的配合作用，可自动检测放大器线性状态，并在超出线性工作状态时进行智能处理，由上、下行数控衰减器对上、下行链路产生衰减的效果，直至将直放站调整回线性工作状态。从而降低安装施工的技术难度、缩短安装工期，确保施工质量，在长期运行中依靠设备的自检和修复系统，可使直放站长期处于最佳工作状态，保护了设备自身，也保护了网络。
附图说明
图1是现有的室内小型直放站的原理框图；
图2是本发明的原理框图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明一种带有自动检测放大器线性状态及智能处理的室内小型直放站，包括电源模块(图中未示出)、下行链路、上行链路和控制单元230；
由电源模块为下行链路、上行链路和控制单元230提供工作电源；
所述下行链路包括依次相连接的室外天线1、第一双工器2、下行低噪声放大器3、下行信号滤波器4、下行信号数字衰减器5、下行信号ALC电路6、下行数控衰减器24、下行信号选频放大模块7、下行功率放大器8、下行信号取样电路90、第一隔离器10、第二双工器12和室内天线11。
所述上行链路包括依次相连接的室内天线11、第二双工器12、上行低噪声放大器13、上行信号滤波器14、上行信号数字衰减器15、上行信号ALC电路16、上行数控衰减器25、上行信号选频放大模块17、上行功率放大器18、上行信号取样电路19、第二隔离器20、第一双工器2和室外天线1。
所述下行信号ALC电路6包括下行信号模拟衰减器61和下行信号比较放大器62，下行信号比较放大器62的输入端连接下述下行信号取样电路90的反馈端(宽带大动态范围线性检波器92的输出端)、输出端连接下行信号模拟衰减器61的控制端。所述上行信号ALC电路16包括上行信号模拟衰减器161和上行信号比较放大器162，上行信号比较放大器162的输入端连接下述上行信号取样电路190的反馈端(宽带大动态范围线性检波器192的输出端)、输出端连接上行信号模拟衰减器161的控制端。
所述下行信号取样电路90包括高方向性的微带锯齿型单定向耦合器91和宽带大动态范围线性检波器92，微带锯齿型单定向耦合器91的输入端连接于下行功率放大器8的输出端、输出端连接第一隔离器10的输入端，且微带锯齿型单定向耦合器91的耦合输出端连接至宽带大动态范围线性检波器92的输入端，宽带大动态范围线性检波器92的输出端(即下行信号取样电路90的反馈端)分两路，一路连接到下行信号比较放大器62的输入端，另一路通过控制单元230内置的A/D转换器连接到控制单元230的相应输入端。
上行信号取样电路190包括高方向性的微带锯齿型单定向耦合器191和宽带大动态范围线性检波器192，微带锯齿型单定向耦合器191的输入端连接于上行功率放大器18的输出端、输出端连接第二隔离器20的输入端， 且微带锯齿型单定向耦合器191的耦合输出端连接至宽带大动态范围线性检波器192的输入端，宽带大动态范围线性检波器192的输出端(即上行信号取样电路190的反馈端)分两路，一路连接到上行信号比较放大器162的输入端，另一路通过控制单元230内置的A/D转换器连接到控制单元230的相应输入端。
控制单元230的相应输出端分别连接下行数控衰减器24、下行信号选频放大模块7、下行功率放大器8、上行数控衰减器25、上行信号选频放大模块17和上行功率放大器18的对应控制端。
本发明中高方向性的微带锯齿型单定向耦合器91、191均采用了清华大学提出的微带锯齿形定向耦合器的理论基础和计算方法。通常定向微带线定向耦合器因为介质是非均匀的，部分是介质基片，部分介质是空气，这将导致奇偶模传播相速不等，从而导致了微带定向耦合器的方向性差的问题，为了改善微带线定向耦合器方向性，清华大学《微带电路》(清华大学【微带电路】编写组；人民邮电出版社1976-9出版)提出了将微带线耦合边锯齿化的锯齿形定向耦合器。这种优化的锯齿形定向耦合器耦合度可在10dB到35dB之间，实际操作和设计误差不超过0.5dB，方向性可达20dB。
实现宽带化、大动态范围的线性取样是实现本发明的基础，本发明中，宽带大动态范围线性检波器92、192可采用美国MAXIM公司生产的型号为MAX4003的线性检波器。
通过采用上述微带锯齿型单定向耦合器91、191和宽带大动态范围线性检波器92、192，本发明中上、下行信号取样电路90、190完成了倍频程45dB线性的设计要求。
本发明还包括分别连接于下行信号数字衰减器5和上行信号数字衰减器15的控制端的下行增益人工调节电路21和上行增益人工调节电路22。
本发明还包括温度、电流、电压检测模块，温度、电流、电压检测模块通过控制单元230内置的A/D转换器连接到控制单元230的检测输入端。
控制单元230内置有检测程序和智能处理程序，此检测程序包括定时检测程序和信号超过预设门限时的即时检测程序，定时检测程序预设有自 动启动检测工作的时间周期，即时检测程序预设有直放站输出功率的门限值。通过控制单元230的定时检测程序或/和即时检测程序检测直放站输出功率的变化量是否和增益的变化量成正比，由此判断直放站是否超出线性工作状态，若超出线性工作状态，则由控制单元230的智能处理程序发出控制上、下行数控衰减器25、24的控制命令，由上、下行数控衰减器25、24对上、下行链路产生衰减的效果，直至将直放站调整回线性工作状态。
本发明直放站的工作流程如下：
下行信号依次经过室外天线1、第一双工器2、下行低噪声放大器3、下行信号滤波器4、下行信号数字衰减器5、下行信号ALC电路6、下行数控衰减器24、下行信号选频放大模块7、下行功率放大器8、下行信号取样电路90、第一隔离器10、第二双工器12和室内天线11，构成完整的下行链路。下行链路完成了基站到移动终端的整个链路，并对基站信号给予一定的放大。其中，下行功率放大器8输出的信号通过微带锯齿型单定向耦合器91输送到第一隔离器10，同时，微带锯齿型单定向耦合器91将下行功率放大器8输出的信号耦合至宽带大动态范围线性检波器92，宽带大动态范围线性检波器92的输出端即为下行信号取样电路90的反馈端。
上行信号依次经过室内天线11、第二双工器12、上行低噪声放大器13、上行信号滤波器14、上行信号数字衰减器15、上行信号ALC电路16、上行数控衰减器25、上行信号选频放大模块17、上行功率放大器18、上行信号取样电路19、第二隔离器20、第一双工器2和室外天线1，构成完整的上行链路。上行链路完成了移动终端到基站的整个链路，并对移动终端的信号给予一定的放大。其中，上行功率放大器18输出的信号通过微带锯齿型单定向耦合器191输送到第二隔离器20，同时，微带锯齿型单定向耦合器191将上行功率放大器18输出的信号耦合至宽带大动态范围线性检波器192，宽带大动态范围线性检波器192的输出端即为上行信号取样电路190的反馈端。
本发明中控制单元230的控制原理如下：
直放站运行时，控制单元230通过A/D转换器监测直放站的上、下行 链路的输出功率(引自上、下行信号取样电路90、190)，当定时检测程序或/和即时检测程序检测到的输出功率超出预先设定的门限值时，控制单元230的智能处理程序发出控制上/下行数控衰减器25、24的控制命令，上、下行数控衰减器25、24对上、下行信号链路产生衰减的效果，控制单元230的智能处理程序发出的命令在原来设置的上、下行数控衰减器25、24的基础上在一定的时间间隔内增加衰减量ldB，每一次发出增加衰减控制命令的时候控制单元230中运行的检测程序都会频繁地检测上、下行输出功率，查看上、下行输出功率的变化量与增加的衰减量是否一致，当上、下行输出功率检测的变化量与上、下行数控衰减器25、24所增加的衰减量一致时，可以确认此时检测到的上、下行输出功率值为正常值，也就是说直放站工作正常。当检测到的上、下行输出功率变化量与上、下数控衰减器25、24的衰减量不一致时，可以判定直放站超出了线性工作区域，存在着增益压缩的现象。
当检测到运行中的直放站发生增益压缩时，控制单元230的智能处理程序会根据检测到的压缩深度来判断采取降低直放站增益的办法使其调整到不产生增益压缩的状态。具体如下：若检测到发生的是轻度压缩时，则采取深度衰减方式减小直放站工作增益的办法使其调整到不发生压缩的状态，回退到线性工作区；若检测到发生的是强压缩时，直放站设备将会严重的干扰整个通信系统，则通过控制单元控制电源管理模块，短促关闭直放站功率放大器的电源；然后在智能处理程序的控制下增加数控衰减器的衰减量，重启电源，检查强压缩是否消除；若强压缩消除，重新调配衰减量使直放站进入正常的工作状态；若强自激还无法消除，就关闭上、下信号链路的电源，给出告警信号。
本发明提供的采用软件检测直放站是否工作在线性区域，检测直放站是否存在增益压缩并进行智能处理的方法。由被动处理变为主动解决。保证直放站长期稳定的工作。避免了直放站设备发生增益压缩时对系统产生的影响。其有益效果有如下几点：1、及时发现增益压缩现象，避免对通信系统带来负面影响。2、保护了直放站设备；3、可以减少人员巡检带 来的成本增加；4、可以使工程人员随时知道直放站的运行状况；由于在直放站设备中增加了增益压缩检测和处理方法，使得小型室内直放站增益压缩现象由被动发现变成主动发现并予处理，给客户带来安全感，确保网络的安全运行，符合市场的需求。