利用GSM时隙同步信号实现节能的节能型光纤直放站 【技术领域】
本发明涉及GSM(global system for mobile communications，全球移动通信系统)的直放站，尤其涉及一种利用GSM时隙同步信号实现节能的节能型光纤直放站。
背景技术
GSM采用TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)和FDMA(Frequency Division Multiple Access频分多址)相结合并复用跳频的多址方式。频率范围被分为一个个载波，每个载波又被定义为一个TDMA帧，分为8个时隙(TS)，即8个信道，用户通话或者相关控制信息都是通过占用某个具体信道(时隙)来实现相关功能的。
目前的GSM光纤直放站中，无论设备状态是忙或者是闲，各时隙是否有用户占用，设备中的功放都是常开的。而实际上，在无用户占用的时隙，可以将功放关断以降低整机设备的能耗。
【发明内容】
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供了一种利用GSM时隙同步信号实现节能的节能型光纤直放站。
本发明所采用的技术方案是：
本发明工作环境包括基站、耦合器和重发天线，主要设置有第1双工耦合滤波器、光收发一体化近端模块、光收发一体化远端模块、时隙控制模块、低噪放、功放、第2双工耦合滤波器、第1MODEM1、第1主监控盘、第1电源、第2主监控盘、门禁、第2电源、电池、第2MODEM和光纤；
其连接关系是：
基站、耦合器和第1双工耦合滤波器前后依次连接后分为两路：
第1双工耦合滤波器、光收发一体化近端模块、光纤、光收发一体化远端模块、功放、第2双工耦合滤波器和重发天线前后依次连接组成下行链路；
重发天线、第2双工耦合滤波器、低噪放、时隙控制模块、光收发一体化远端模块、光纤、光收发一体化近端模块和第1双工耦合滤波器前后依次连接组成上行链路；
另外，第1MODEM分别与第1双工耦合滤波器和第1主监控盘连接，第1主监控盘与光收发一体化近端模块连接；
第2MODEM分别与第2双工耦合滤波器和时隙控制模块连接，
第2主监控盘分别与光收发一体化远端模块、时隙控制模块、低噪放、功放、第2MODEM和门禁连接；
时隙控制模块与功放连接；
第1、2电源和电池负责供电。
本发明同现有技术相比，具有下列优点、特点和积极效果：
1、能根据上行各载频业务信道的占用信息控制对应时隙内下行功放的开关状态，当某个业务信道时隙有用户占用时，打开下行功放，当某个业务信道时隙无用户占用时，关断下行功放，从而提高下行功放的利用率，达到节能降耗的目的。
2、实现简单，成本低廉，精度高。
【附图说明】
图1是本发明的结构框图。
图2是时隙控制模块的结构框图。
图3是中央处理器工作流程图。
其中：
1-基站；
2-耦合器；
3-第1双工耦合滤波器；
4-光收发一体化近端模块；
5-光收发一体化远端模块；
6-时隙控制模块；
7-低噪放(LNA)；
8-功放(PA)；
9-第2双工耦合滤波器；
10-重发天线；
11-第1调制解调器(MODEM)；
12-第1主监控盘；
13-第1电源；
14-第2主监控盘；
15-门禁；
16-第2电源；
17-电池；
18-第2调制解调器(MODEM)；
19-光纤。
【具体实施方式】
下面结合附图详细说明：
一、总体
如图1所示，本发明工作环境包括基站1、耦合器2和重发天线10，主要设置有第1双工耦合滤波器3、光收发一体化近端模块4、光收发一体化远端模块5、时隙控制模块6、低噪放7、功放8、第2双工耦合滤波器9、第1MODEM11、第1主监控盘12、第1电源13、第2主监控盘14、门禁15、第2电源16、电池17、第2MODEM18和光纤19；
其连接关系是：
基站1信号经过耦合器2耦合送入第1双工耦合滤波器3；
在下行链路，第1双工耦合滤波器3通过射频线与光收发一体化近端模块4连接，光收发一体化近端模块4通过光纤19与光收发一体化远端模块5连接，光收发一体化远端模块5通过射频线与功放8连接，功放8通过射频线与第2双工耦合滤波器9连接，最后第2双工耦合滤波器9与重发天线10连接；
在上行链路，第2双工耦合滤波器9通过射频线与低噪放7连接，低噪放7通过射频线与时隙控制模块6连接，时隙控制模块6通过射频线与光收发一体化远端模块5连接，光收发一体化远端模块5通过光纤19与光收发一体化近端模块4连接，光收发一体化近端模块4通过射频线与第1双工耦合滤波器3连接；
另外，第1MODEM11通过射频线与第1双工耦合滤波器3连接，第1MODEM11通过监控线与第1主监控盘12连接，第1主监控盘12通过监控线与光收发一体化近端模块4连接，第1电源13通过电源线分别给光收发一体化近端模块4、第1主监控盘12供电；第2MODEM18通过射频线与第2双工耦合滤波器9连接，第2主监控盘14通过监控线分别与光收发一体化远端模块5、时隙控制模块6、低噪放7、功放8、第2MODEM18、门禁15连接，第2MODEM18通过电源线与时隙控制模块6连接，时隙控制模块6通过监控线与功放8连接，第2电源16通过电源线分别给光收发一体化远端模块5、时隙控制模块6、低噪放7、功放8、第2主监控盘14供电；
电池17通过电源线与第2主监控盘14连接。
其工作原理是：
上行链路：手机发射的信号通过远端机的重发天线10进入第2双工耦合滤波器9，然后进入低噪放7进行放大，接着进入时隙控制模块6，时隙控制模块6耦合一部分上行信号进行功率检测，得上行功率检测电压信号送入电压比较器与通过第2主监控盘14设置的门限电压进行比较，如果上行功率检测电压信号高于门限电压，则认为该业务信道时隙有用户占用，则输出低电平PA控制信号控制下行功放8打开；如果上行功率检测电压信号低于门限电压，则认为该业务信道时隙无用户占用，则输出高电平PA控制信号控制下行功放8关断。同时远端第2MODEM18输出特征信号送入时隙控制模块6，时隙控制模块6根据该特征信号以及第2主监控盘14送入的TA值找到GSM时隙同步信号，即确定上下行基本帧各时隙的定位信息。上行信号通过时隙控制模块6直通输出，进入光收发一体化远端模块5与远端的监控信号合路后调制为光信号，最后进入光纤19出整机。近端机首先用光收发一体化近端模块4将光信号调解为射频信号，并将其中的监控信号分离出来送给近端第1主监控盘12，对射频信号进行一定放大或者衰减的可调性控制，射频信号最后经过第1双工耦合滤波器3滤波后出整机并通过耦合器2进入基站1。
下行链路：基站1下行信号通过耦合器2送入近端机，首先经过第1双工耦合滤波器3滤波，接着进入光收发一体化近端模块4与近端机第1主监控盘12的监控信号合路并被调制为光信号，最后进入光纤19进行长距离传播；远端机中的光收发一体化远端模块5将光纤19送来的光信号解调为射频信号并放大后送入下一级的功放8，同时将其中的监控信号分离出来送给第2远端主监控盘14，功放8根据时隙控制模块6输出的PA控制信号选择时隙放大下行信号，即在广播信道时隙以及其他控制信道时隙保持功放常开，放大下行信号；在上行业务信道有用户占用的时隙控制功放打开，放大下行信号；在上行业务信道无用户占用的时隙控制功放关断，不放大下行信号。从而，在保证通话正常的情况下，提高下行功放的利用率，达到GSM光纤直放站节能降耗的目的。下行信号经过功放8放大后进入第2双工耦合滤波器滤波9，最后通过重发天线10对覆盖区进行覆盖。
二、各功能块
下述各功能块除时隙控制模块6外，均为常用件。
1、基站1
基站1是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。
2、耦合器2
耦合器2是从主干通道中提取出部分射频信号的器件。根据基站发射功率以及设备需要信号大小选用适合耦合度的耦合器。
3、第1双工耦合滤波器3
双工耦合滤波器3是两个不同频带滤波器的组合，一个为上行带通滤波器，一个为下行带通滤波器。能实现从基站耦合下行信号给MODEM以及把MODEM的上行信号从耦合口送出给基站。
4、光收发一体化近端模块4
光收发一体化近端模块4负责将GSM射频信号与监控信号合路后转换成光信号，通过光纤传输到远端。
5、光收发一体化远端模块5
光收发一体化远端模块5负责将光信号解调为GSM射频信号，同时将其中的监控信号分离出来送给主监控盘14。光收发一体化远端模块5与光收发一体化近端模块4组成光收发一体化模块，提供一定的射频增益，同时还具有功率检测、ALC控制和增益控制等功能。
6、时隙控制模块6
(1)时隙控制模块6是实现本发明节能的核心部件，选用公司自研模块HXGTC-II-01A。
如图2，时隙控制模块6工作环境包括第2MODEM18和第2主监控盘14，设置有FPGA601、电压比较器602、检波芯片603、MCU604和D/A605；
其连接关系是：
第2主监控盘14与第2MODEM 18连接，控制第2MODEM18定时拨打电话；
第2MODEM18与FPGA601连接，传输第2MODEM18的特征信号；
第2主监控盘14与MCU604连接，进行485通信；
MCU 604与FPGA601连接，进行数据传输；
FPGA601、D/A605和电压比较器602前后依次连接，输出门限电压信号；
检波芯片603、电压比较器602和FPGA601前后依次连接，组成上行检波比较链路；
FPGA601输出PA控制信号。
①FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列，)601
FPGA601选用Altera公司的EP2C5T144C8。其功能是进行数据处理。
②电压比较器602
电压比较器602选用TI公司的LM239D。其功能是比较门限电压信号与上行功率检波电压信号，得上行各时隙的占用信息。
③检波芯片603
检波芯片603选用ADI公司的AD8362ARUZ。其功能是对上行信号进行功率检测得上行功率检波电压信号。
④MCU(Microcontroller Unit，微控制器)604
MCU 604选用Microchip公司得PIC18LF2420。其功能是完成与FPGA以及上位机的通信。
⑤D/A 605
D/A(数模转换器)605选用TI公司的TLV5628IDW。其功能是把FPGA输出的门限电压数字信号转换为模拟信号送入电压比较器602与上行功率检测电压信号进行比较。
时隙控制模块6的工作原理是：
根据第2MODEM18送来的特征信号与第2主监控盘14送来的上行时间提前量TA值找到GSM时隙同步信号，即确定上、下行基本帧各时隙地定位信息，并在广播信道时隙以及其他控制信道时隙保持下行功放8常开。同时时隙控制模块6耦合部分上行信号送入检波芯片603进行功率检测，得到上行功率检测电压信号送入电压比较器602与通过主监控盘14设置的门限电压进行比较，来判断各业务信道时隙的占用情况，如果功率检测电压信号高于门限电压，则认为该业务信道时隙有用户占用，如果功率检测电压信号低于门限电压，则认为该业务信道时隙无用户占用，从而得到PA开关控制信号控制下行功放8的开、关，当上行业务信道时隙无用户占用时，控制下行功放8关断，当上行业务信道时隙有用户占用时，控制下行功放8打开。
(2)时隙控制模块6中的MCU604的工作流程
如图3，MCU604的工作流程包括下列步骤：
①开始611；
②系统初始化612
包括端口初始化，设置波特率，设置晶振类型，定时器初始化，恢复掉电之前参数等；
③分析是否收到串口数据613，否则到下一步骤④；是则分析命令是否按照协议通过615：是则进行对应的功能模块的处理，并回协议命令数据617；否则跳转到步骤③；
④检查串口是否错误，并累加错误次数614；
⑤分析串口发送错误次数是否已到616，是则到下一步骤⑥，否则跳转到步骤③；
⑥将串口改为接收状态，清串口错误计数器618；然后跳转到步骤③进行下一轮。
7、低噪放(LNA)7
低噪放(LNA)7的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱移动终端信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。
8、功放(PA)8
功放(PA)8负责射频信号放大，带有时隙开关功能，能快速开关，开关时间小于10us。
9、第2双工耦合滤波器9
第2双工耦合滤波器9同第1双工耦合滤波器3。
10、重发天线10
重发天线10负责将射频信号发射到覆盖区实现覆盖，同时接收覆盖区的移动终端信号进行放大。
11、第1调制解调器(MODEM1)11
第1MODEM11主要用来实现远程监控。
12、第1主监控盘12
第1主监控盘12主要用来监控设备的工作状态，以及实现参数设置与查询，并与远端监控盘通信。
13、第1电源13
第1电源13为通信用开关电源。
14、第2主监控盘14。
第2主监控盘14同第1主监控盘12。
15、门禁15
门禁15的主要作用是当设备门打开时，实现门禁告警。
16、第2电源16
第2电源16同第1电源13。
17、电池17
电池17的主要作用是当设备掉电时，维持监控盘工作，实现掉电告警。
18、第2MODEM18
第2MODEM118在正常工作情况下，能输出每4.62ms翻转一次的高低特征方波信号。
19、光纤19
光纤19负责光信号传输。