基于多载波功放技术的矿井无线通信组网 【技术领域】
本发明涉及通信技术，具体为一种基于多载波功放技术、运用原理为通信系统的射频基站采用射频拉远技术就结合光纤拉远技术而形成的矿井无线通信组网。
背景技术
能源是经济发展、社会进步的主要物质基础，煤炭是我国的重要能源，是我国经济建设的基础。在我国，由于受地质条件的制约，煤炭的开采主要以井下为主。矿井深达几百米，巷道作业长达十几公里甚至几十公里，作业地点分散，工作环境恶劣，事故隐患大。为了矿井的安全生产，解决无线通信是一个关键的问题。
目前，矿井无线通信的主要形式有动力线载波通信、漏泄无线通信和感应通信等。动力线载波通信在矿井架线电机车上有所应用，但因传输阻抗匹配困难和抗干扰性能差，至今性能尚未完善。漏泄通信是利用漏泄电缆在巷道中起到长天线的作用，实现移动电台之间或与基站之间的可逆耦合，已获得较好的通信质量；其缺点是系统造价昂贵，又需敷设专用传输线，传输线架设和维护需花一定代价，且离开漏泄电缆的覆盖区域(如采煤工作面)就不起作用了。感应通信是利用电磁感应原理实现的通信，发话时移动通信机的磁性天线十分接近感应线且发射天线尺寸较大，因传输参数不稳定和干扰噪声大，国内使用率并不高。
同时，井下巷道是由岩壁组成的相对封闭的限定空间，电磁波的传播受到岩壁的限制，传输衰减很大，而发射功率又受到易爆环境的制约。因此，煤矿井下选择低功耗、短距离的无线通信方式是必然趋势。
【发明内容】
本发明所解决的技术问题在于提供基于多载波功放技术的矿井无线通信组网，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
此发明中涉及的多载波功放技术，主要由四个基本指标的运算，其中包括AM/AM失真的运算，双音IMD、IP3、P1dB的运算，ACPR的运算，以及级联线性功放的IM3运算。其中AM/PM失真的运算一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM曲线来表示；双音IMD，在放大器输入端加入两个CW信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc表示；ACPR主要应用在象CDMA这样的宽频谱信号的研究上，邻道功率(ACP)定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小；功率放大器一般由多级放大组成，在设计时需要计算，级联后的IM3，时间证明其准确性是很高的，设功放由两级组成，第一级IM3表示为IM3D，则第二级IM3表示为IM3F。
所述邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。ACPR定义为ACP功率与主信道功率的比值。
此发明中涉及的多载波功放技术，先采取前馈技术，前馈技术为自适应控制过程，利用功放产生的非线性分量与输入的纯净信号经处理后使频谱再生分量得以抵消。先得到频谱再生分量的幅度和相位信息，在前馈线性功放中，检测线性功放带外频谱再生分量常用的方法是引入导频信号，靠检测导频信号的大小来判别频谱再生分量的大小。其具体做法是针对不同的技术和要求，如GSM、W-CDMA等，设计一种对应的导频信号，然后在线性功放的输出检测导频信号的能量，并用其来代替带外的频谱再生分量，线性功放就是按照导频信号的能量通过其内部的算法来控制矢量调制器，从而达到抵消由主功放引入的频谱再生分量。
此发明中涉及的多载波功放技术，预失真技术也是重要的一部分，与前馈相似，预失真也可以采用自适应控制。它在线性功放的输出耦合一小部分信号能量，通过比较功放输入输出信号，而去自适应地调整线性化器中的幅度、相位调整电路。预失真线性化器的电路有多种，一般可以由幅度、相位调制器和非线性发生器等组成。
本发明就是基于多载波功放技术、运用于无线通信系统的射频基站原理、采用射频拉远技术结合光纤拉远技术而成的矿井无线通信组网，分为新型信号传输设备和数字光纤直放站两种模式。
其中，新型信号传输设备将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。
其工作原理是：基带信号下行经变频、滤波，经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。
其中，数字光纤直放站不同于以往的模拟光纤直放站，它将RF信号经变频处理变为中频数字信号，再通过光纤拉远进行传输。其具体工作原理是：近端机将从NodeB接收到的基站下行信号通过耦合，下变频处理，到基带变为I/Q信号或低中频信号，这种信号经ADC变换到数字信号后按一定帧格式打包成串行数据，再经光纤发送到远端机。远端机经基带处理单元解帧，恢复I/Q或低中频信号，这种信号经DAC变换到模拟信号，再上变频到射频，经发射子系统发射出去；远端机将接收到的移动终端上行信号通过上述逆过程，上送至基站接收端。
近端机完成对基站信号的获取和发送，远端机完成对移动终端机信号的获取和发送，近端机与远端机之间的接口为CPRI，数字传送采用以太网的标准光纤收发器。数字光纤直放站对信号覆盖的方式，同以往模拟直放站类似，可通过光纤直连一拖一(一个近端加一个远端)使用，也可通过光分路器进行一拖多(一个近端加多个远端)覆盖使用。
本发明另外一个显著特征是采用双向中继系统，该系统可使用标准的通信机，组网方式灵活，扩容、延伸简便，系统每隔300米左右就要串联一个双向射频放大器。
有益效果：本发明可使用标准的通信机，组网方式灵活，扩容、延伸简便，系统可靠性高，可实现长距离的信号传输，同时系统便于设计成防水、防爆、防腐蚀适于应急通信的要求，便于形成一个稳定可靠的系统传输平台。
【附图说明】
图1为具体实施例一中新型信号传输设备内部框图
图2为具体实施例二中数字光纤直放站框图
图3为双向中继系统布局图
【具体实施方式】
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
此发明中涉及的多载波功放技术，主要由四个基本指标的运算，其中包括AM/AM失真的运算，双音IMD、IP3、P1dB的运算，ACPR的运算，以及级联线性功放的IM3运算。其中AM/PM失真的运算一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM曲线来表示；双音IMD，在放大器输入端加入两个CW信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc表示；ACPR主要应用在象CDMA这样的宽频谱信号的研究上，邻道功率(ACP)定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小；功率放大器一般由多级放大组成，在设计时需要计算，级联后的IM3，时间证明其准确性是很高的，设功放由两级组成，第一级IM3表示为IM3D，则第二级IM3表示为IM3F。
所述邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。ACPR定义为ACP功率与主信道功率的比值。
此发明中涉及的多载波功放技术，先采取前馈技术，前馈技术为自适应控制过程，利用功放产生的非线性分量与输入的纯净信号经处理后使频谱再生分量得以抵消。先得到频谱再生分量的幅度和相位信息，在前馈线性功放中，检测线性功放带外频谱再生分量常用的方法是引入导频信号，靠检测导频信号的大小来判别频谱再生分量的大小。其具体做法是针对不同的技术和要求，如GSM、W-CDMA等，设计一种对应的导频信号，然后在线性功放的输出检测导频信号的能量，并用其来代替带外的频谱再生分量，线性功放就是按照导频信号的能量通过其内部的算法来控制矢量调制器，从而达到抵消由主功放引入的频谱再生分量。
此发明中涉及的多载波功放技术，预失真技术也是重要的一部分，与前馈相似，预失真也可以采用自适应控制。它在线性功放的输出耦合一小部分信号能量，通过比较功放输入输出信号，而去自适应地调整线性化器中的幅度、相位调整电路。预失真线性化器的电路有多种，一般可以由幅度、相位调制器和非线性发生器等组成。
本发明就是基于多载波功放技术、运用于无线通信系统的射频基站原理、采用射频拉远技术结合光纤拉远技术而成的矿井无线通信组网，分为新型信号传输设备和数字光纤直放站两种模式。
具体实施例一：
参见图1，新型信号传输设备将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。
其工作原理是：基带信号下行经变频、滤波，经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。
具体实施例二：
参见图2，数字光纤直放站不同于以往的模拟光纤直放站，它将RF信号经变频处理变为中频数字信号，再通过光纤拉远进行传输。其具体工作原理是：近端机将从NodeB接收到的基站下行信号通过耦合，下变频处理，到基带变为I/Q信号或低中频信号，这种信号经ADC变换到数字信号后按一定帧格式打包成串行数据，再经光纤发送到远端机。远端机经基带处理单元解帧，恢复I/Q或低中频信号，这种信号经DAC变换到模拟信号，再上变频到射频，经发射子系统发射出去；远端机将接收到的移动终端上行信号通过上述逆过程，上送至基站接收端。
近端机完成对基站信号的获取和发送，远端机完成对移动终端机信号的获取和发送，近端机与远端机之间的接口为CPRI，数字传送采用以太网的标准光纤收发器。数字光纤直放站对信号覆盖的方式，同以往模拟直放站类似，可通过光纤直连一拖一(一个近端加一个远端)使用，也可通过光分路器进行一拖多(一个近端加多个远端)覆盖使用。
参见图3，上述两个实施例中，均采用多载波双向中继系统，该系统可使用标准的通信机，组网方式灵活，扩容、延伸简便，有源器件少，相比目前国内外最优的双向中继方案形成组网式等相关特点。该系统的最大特点是可使用标准的通信机，组网方式灵活，扩容、延伸简便，系统可靠性高，通过射频拉远技术结合光纤拉远技术可实现长距离的信号传输。该方案有源单元较少；结合无源泄漏天线单元可靠性相比大大提高，同时系统便于设计成防水、防爆、防腐蚀适于应急通信的要求；该系统的组网提出为矿井数字化的通信指挥调度系统的建立提供了强有力的技术保障和支持；可以形成一个稳定可靠的系统传输平台。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。