CN100370711C - 一种用于第三代移动通信系统的td-scdma直放站系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统。由耦合器、射频开关、功放、低噪放、解帧同步控制模块、RF接收机构成。来自基站的下行信号通过DT端口经耦合器由RF接收机将其射频信号转换为基带I/Q信号后进入解帧同步控制模块检测出TD-SCDMA的同步信号，用该信号同时控制射频开关、功放和低噪放；当解帧同步控制模块判断其信号为下行时隙时，控制上行链路关闭、下行链路打开，直放站对下行信号进行处理/放大后经MT端口发送到覆盖区域；当检测到DT端口不是下行时隙时，则控制下行链路关闭并使上行链路呈开状态，其上行信号经直放站处理/放大后被回送至基站。本发明具有检测灵敏度高、切换准确、系统容量大、动态范围宽、信号传输距离远的特点。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种移动通信系统，具体涉及一种用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA无线信号远距离覆盖系统。
背景技术
随着我国移动通信事业的迅猛发展，目前的第2代或2.5代移动通信系统在容量和业务能力方面均不能满足社会的巨大需求，因此第2代或2.5代移动通信系统必将被第三代(3G)移动通信系统所取代。为了能在第二代网络的基础上逐步灵活地演进成第三代网络，3G有三个通信标准：WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA。TD-SCDMA技术是由中国提出并于2000年正式成为第三代移动通信国际标准的，遵循这个标准开发的系统具有很高的频谱利用率和较低的成本。
正如在第二代移动通信覆盖中所扮演的重要角色一样，直放站在第三代移动通信系统中仍将起到重要的作用。由于TD具有特殊的物理信道结构，可以根据业务的需要，灵活地改变时隙切换点，满足上下行非对称业务的需要；这种不同时隙切换的信号，基本上不会实时改变，可以根据不同的业务需要提前配置。作为中继设备的TD-SCDMA直放站系统需要准确实现上下行时隙的切换，完成无缝的信号放大转发功能。
发明内容
为了实现对TD信号的放大转发功能，本发明公开了一种用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统。该系统采用基带信号处理系统作为TD-SCDMA直放站的一个核心模块，解析接收到的TD-SCDMA基站广播信号，利用基带信号处理技术，将TD-SCDMA的同步信号检测出来，并准确地同基站信号同步。根据TD-SCDMA上下行时隙分配不实时变化的帧结构特点，在相应的切换点控制相应的电源开关进行切换，从而在上下行之间进行切换。
本发明由耦合器101、射频开关K1102、功率放大器103、射频开关K2104、低噪声放大器105、解帧同步控制模块106、RF接收机107构成。所述耦合器101的输入端口与基站的DT端口相连接，其输出端口与频开关K1102相连接，耦合端口与RF接收机107的输入端相连接，RF接收机107的输出端与解帧同步控制模块106的输入端相连接，解帧同步控制模块106的输出端被分别连接于射频开关K1102、功率放大器103、射频开关K2104和低噪声放大器105；由基站端的端口DT、耦合器101、射频开关K1102、功率放大器103、射频开关K2104以及覆盖端的端口MT构成TD-SCDMA信号的下行链路，由覆盖端的端口MT、射频开关K2104、低噪声放大器105、射频开关K1102、耦合器101以及基站端的端口DT构成TD-SCDMA信号的上行链路；将基站的TD-SCDMA下行信号通过DT端口经耦合器101由RF接收机107将其射频信号转换为基带I/Q信号后被送入解帧同步控制模块106，用解帧同步控制模块106所检测出的TD-SCDMA同步信号同时控制射频开关K1102、功率放大器103、射频开关K2104和低噪声放大器105；当解帧同步控制模块106判断基站信号为下行时隙时，则控制上行链路关闭、下行链路打开；当检测到DT端口没有下行信号时，则控制下行链路关闭并使上行链路呈开状态。
所述的解帧同步控制模块106由A/D采样电路305和311，数字滤波器306，载波搜索电路307，同步电路308，AGC309以及ARM最小系统312构成。A/D采样电路305的输入端与RF接收机304相连接，输出端与数字滤波器306输入端相连接，数字滤波器306的输出端与载波搜索电路307的输入端相连接，载波搜索电路307的输出端分别与同步电路308和ARM最小系统312的输入端相连接，ARM最小系统312的输出端与AGC309的输入端相连接，AGC309的输出端与RF接收机304相连接；将来自RF接收机304的两路差分基带I/Q信号送入A/D305进行采样，其采样之后的数据进入滤波器306进行数字匹配滤波后由载波搜索电路307进行载波搜索，搜索到载波之后由同步电路308进行同步，其同步包括采样点同步、帧同步和采样点选择。其解帧同步控制模块106所输出的控制信号既可以是差分信号，也可以是5VCMOS信号。
所述耦合器101，RF接收机107和解帧同步控制模块106在系统的位置可以根据应用进行适当变换为如图4所示耦合器401，RF接收机407和解帧同步控制模块406，此变换适用于无线直放站、光纤直放站、电光混合直放站以及与之配套的塔顶放大器和干线放大器。此系统在初始工作时，解帧同步控制模块406没有给出上下行时隙判断结果之前，下行链路处于常开状态，基站的TD-SCDMA信号经由下行链路传输至耦合器401，经RF接收机407和解帧同步控制模块406，然后由解帧同步控制模块406给出差分或CMOS信号控制射频开关K1402、功率放大器403、射频开关K2404和低噪声放大器405，从而在上下行链路之间进行切换。
所述的直放站的类型包括：无线直放站、光纤直放站、电光混合直放站以及与之配套的塔顶放大器和干线放大器；其中，在光纤直放站的中继端，其解帧同步控制模块208的输出端分别与射频开关K1202、功率放大器203、低噪声放大器207的控制端相连接，并进行检测、解帧、同步、控制，从而在上下行链路之间进行切换；由基站端的端口DT、耦合器201、射频开关K1202、功率放大器203、光收发器204构成TD-SCDMA信号的下行链路；由光收发器205、低噪声放大器207、射频开关K2202、耦合器201以及基站端的端口DT构成TD-SCDMA信号的上行链路；在光纤直放站的覆盖端，其解帧同步控制模块219的输出端分别与射频开关K2220、功率放大器221、低噪声放大器222的控制端相连接，并进行检测、解帧、同步、控制，从而在上下行链路之间进行切换；由光收发器217、耦合器226、功率放大器221、射频开关K2220以及覆盖端的端口MT构成TD-SCDMA信号的下行链路；由覆盖端的端口MT、射频开关K2220、低噪声放大器222以及光收发器205构成TD-SCDMA信号的上行链路。
所述的TD-SCDMA直放站系统的上行链路和下行链路使用同一频段，其上下链路信号的频率范围是：1880～1920MHz；2010～2025MHz；2300～2400MHz。从关闭正在运行的上行链路或下行链路到重新打开已经关闭的上行链路或下行链路，这期间通过时间的延迟来增加上下行电路之间的隔离，以避免直放站的自激；作为应用的一个范例，关闭下行功放PA103、203、221的控制线有效6个chip之后再打开上行低噪放LNA的控制线时有效；关闭上行低噪放LNA105、207、222的控制线有效4个chip之后再打开下行功放PA的控制线时有效；其中，通过软件设置，可以相应改变PA和LNA被关闭的控制线的有效chip数。
其中，RF接收机107、209、218、304将基站射频信号转换为基带I/Q信号，可以采用直接变频方式，也可以采用多次变频方式，其中包括数字中频方式。
在本发明中，其解帧同步控制模块中的同步电路实现的功能有：下行同步码的检测，采样点的同步，帧同步，最佳采样点提取。所述的载波搜索电路307所实现的是频段内的载波强度搜索并进行载波能量强度排序；其中，最小系统ARM312将需要搜索的频点即PLL的配置值写入到FPGA相应的寄存器，FPGA将PLL303的相应值配置到RF接收机304的PLL；其中FPGA接收数据，并且根据公式计算一个无线帧的信号能量，将计算结果回送给ARM312，ARM312将能量结果进行大小排序，即其载波搜索模块的能量在FPGA内部计算完毕之后，将结果传送给ARM312，由ARM312进行能量排序并按照由高到低的顺序进行逐一同步搜索直至同步；同步电路需要与ARM进行数据交互，一旦下行同步码搜索失败，ARM312将重新配置一次PLL并再次进行同步搜索；其中，采用相关函数求取最大峰均比，找出下行同步码和最佳采样点。其解帧同步控制模块充分利于下行同步码的正交性和抗噪声特性，即在一定的信噪比条件下，相同码相关结果的峰均比高于不同码之间相关结果的峰均比，使用相关求峰均比的方式，找出下行同步码以及找到最佳采样点，实现下行同步码的搜索，采样点的同步，帧同步。
其直放站的监控模块206和223通过485串口远程配置基带信号处理模块上下行切换的切换点，配置范围是时隙1，6任意配置，默认是在时隙3、4之间；其上层监控系统通过485串口与最小系统312通信，配置新的切换点，进行软件远程更新。
其无线直放站工作过程为：施主天线接收到的基站信号经DT端口进入设备后经耦合器至RF接收机并由射频信号转换为基带I/Q信号，基带I/Q信号再进入解帧同步控制模块，经过此模块的基带信号处理后，检测出TD-SCDMA的同步信号，准确地同基站信号实现同步。根据TD-SCDMA上下行时隙分配不实时变化的帧结构特点，在相应的切换点控制相应的开关进行切换，从而在上下行链路之间进行切换；如果解帧同步控制模块判断基站信号为下行时隙，则由相应开关控制，关闭上行链路，打开下行链路，直放站对下行信号进行处理和放大，最后经MT端口由用户天线发射至用户手机；当DT端口没有下行信号时隙时，则由相应开关控制，关闭下行链路，并使上行链路处于开状态，则上行信号经直放站进行处理和放大，最后由施主天线转发回基站；其中，解帧同步控制模块的功能电路计有：A/D采样，数字滤波器，载波搜索电路，同步电路，AGC，ARM最小系统。其信号处理流程如下：来自RF接收机的两路差分基带I/Q信号，经基带板一个双路的A/D进行采样，基带系统对采样之后的数据进行数字匹配滤波，然后进行载波搜索，搜索到载波之后进行同步，其同步包括：采样点同步，帧同步，采样点选择。据此，便能准确地完成同基站信号的同步。根据TD-SCDMA上下行时隙分配不实时变化的帧结构特点，输出差分信号或者CMOS信号去控制上下行链路的打开和关闭。
本发明可实现TD-SCDMA移动通信信号的远距离传输和大容量、大动态范围的信号覆盖，为第三代移动通信系统提供了一种灵活的，大动态范围和大容量的射频信号远距离覆盖的实现方法。适用于无线直放站，也同样适用于光纤直放站，电光混合直放站，塔顶放大器和干线放大器。具有检测灵敏度高、切换准确、系统容量大、动态范围宽、信号传输距离远等显著特点。
本发明始终以叙述性的方式进行描述，其中所使用的术语意在描述而非限制。根据以上的描述，可以对本发明做许多进一步的修改，也可以根据实际需要做许多变化。因此，在附加的权利要求范围内，本发明可以对所具体描述的实施例采用各种不同的实现方式。
附图简要说明以下是本发明专利的附图简要说明：
图1的方框图为本发明的无线直放站的系统框图；
图2a的方框图为本发明的光纤直放站中继端的系统框图；
图2b的方框图为本发明的光纤直放站覆盖端的系统框图；
图3描述了本发明的解帧同步控制模块的工作原理和信号流程；
图4是本发明所提供的另外一种应用方式的直放站系统图；
图5所示为本发明所提供的解帧同步控制模块的上下行时隙的切换控制信号。
在上述附图内，其附图标记说明如下：
101，201，226，406：耦合器；102，104，202，220，402，404：开关；103，203，221，403：下行功放；105，207，222，405：上行功放；106，208，219，406：解帧控制模块；107，209，218，304，407：RF接收机；204，205，217，224：光收发器；206，223：监控；210，211，216，225：光纤；301：时隙分配输出接口；302：单端转差分；303：PLL配置；305，311：A/D；306：FIR；307：载波同步；308：同步；309：AGC；310：POWERDOWN；312：ARM系统控制；313：计算机。
本发明优选实施例
下面将结合附图具体描述对应本于本发明的优选实施例：
1、图1的方框图为本发明的无线直放站的系统框图；
施主天线接收到的基站信号经DT端口进入设备后经耦合器至RF接收机并由射频信号转换为基带I/Q信号，基带I/Q信号再进入解帧同步控制模块，经过此模块的基带信号处理后，检测出TD-SCDMA的同步信号，并准确地同基站信号实现同步。根据TD-SCDMA上下行时隙分配不实时变化的帧结构特点，在相应的切换点控制相应的开关进行切换，从而在上下行链路之间进行切换；如果解帧同步控制模块判断基站信号为下行时隙，则由相应开关控制关闭上行链路后打开下行链路，直放站对下行信号进行处理和放大，最后经MT端口由用户天线发射至用户手机；当DT端口没有下行信号时隙时，相应开关控制下行链路关闭，上行链路处于开状态，则上行信号经直放站进行处理和放大，最后由施主天线转发回基站；其中，解帧同步控制模块的功能电路共有：A/D采样，数字滤波器，载波搜索电路，同步电路，AGC，ARM最小系统。其信号处理的流程如下：来自RF接收机的两路差分基带I/Q信号，经基带板一个双路的A/D进行采样，基带系统对采样之后的数据进行数字匹配滤波，然后进行载波搜索，搜索到载波之后进行同步，同步包括采样点同步，帧同步，采样点选择。这样，便可准确地完成同基站信号的同步。根据TD-SCDMA上下行时隙分配不实时变化的帧结构特点，输出差分信号或CMOS信号去控制上下行链路的打开和关闭。本系统框图同样适用于电光混合直放站以及与之配套的塔顶放大器和干线放大器。
2、图2的示意图描述了TD-SCDMA光纤直放站系统的组成。其中，图2a为近端中继机分系统，图2b为远端机分系统。
近端施主天线接收到的基站信号经DT端口进入设备后经耦合器至RF接收机并由射频信号转换为基带I/Q信号，基带I/Q信号再进入解帧同步控制模块，经过此模块的基带信号处理后，如果解帧同步控制模块判断基站信号为下行时隙，则控制上行链路关闭，下行链路打开，直放站对下行信号进行处理和放大，再通过光收发器由光纤传输至远端机。远端机光收发器收到光纤传输来的信号后经光电转换，将信号耦合至RF接收机，继而进入解帧同步控制模块，经过此模块的基带信号处理后，如果解帧同步控制模块判断信号为下行时隙，则控制上行链路关闭，下行链路打开，直放站对下行信号进行处理和放大，由用户天线发射至用户手机。当系统没有检测到下行时隙时，下行链路关闭，覆盖端和远端的上行链路皆处于开状态，以将上行信号经光纤进行远距离传输至基站。
3、图3是本发明的近端中继机基带处理模块的逻辑连接关系图。解帧同步控制模块的功能电路共有：A/D采样，数字滤波器，载波搜索电路，同步电路，AGC，ARM最小系统。信号处理流程如下：来自RF接收机的两路差分基带I/Q信号，经基带板一个双路的A/D进行采样，基带系统对采样之后的数据进行数字匹配滤波，然后进行载波搜索，搜索到载波之后进行同步，其同步包括：采样点同步，帧同步，采样点选择。这样，便可准确地完成同基站信号的同步。根据TD-SCDMA上下行时隙分配不实时变化的帧结构特点，输出差分信号或5VCMOS信号去控制上下行链路的打开和关闭。
4、图4是本发明另外一种应用方式的直放站系统图。所述耦合器，RF接收机和解帧同步控制模块在系统的位置可以根据应用进行适当变换与图1有所区别，此变换适用于无线直放站、光纤直放站、电光混合直放站以及与之配套的塔顶放大器和干线放大器。此系统在初始工作时，解帧同步控制模块没有给出上下行时隙判断结果之前，下行链路处于常开状态，基站的TD-SCDMA信号经由下行链路传输至耦合器，经RF接收机和解帧同步控制模块，然后由解帧同步控制模块给出差分或CMOS信号控制射频开关K1、功率放大器、射频开关K2和低噪声放大器，从而在上下行链路之间进行切换。
5、图5为本发明的解帧同步控制模块的上下行时隙的切换控制信号。本发明中先关闭工作状态的上行/下行链路后再打开下行/上行链路，使用时间的延时来增加上下行电路的隔离的，以避免直放站的自激；作为应用的一个范例，控制下行功放PA关闭的控制线有效6个chip之后打开上行低噪放LNA控制线有效；控制上行低噪放LNA关闭的控制线有效4个chip之后，控制下行功放PA打开的控制线有效。另外，可以通过相应软件改变PA和LNA关闭的控制线的有效chip数。
直放站监控部分通过485接口配置基带信号处理模块上下行切换的切换点，配置范围是时隙1，6任意配置(默认是在时隙3、4之间)；如果需要在其它时隙，那么上层监控系统可以通过485串口通知ARM配置新的切换点，实现软件远程更新。
Claims (10)
1.一种用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，由耦合器(101)、射频开关K1(102)、功率放大器(103)、射频开关K2(104)、低噪声放大器(105)、解帧同步控制模块(106)、RF接收机(107)构成，其特征在于，所述耦合器(101)的输入端口与基站端相连接，其输出端口与射频开关K1(102)相连接，耦合端口与RF接收机(107)的输入端相连接，RF接收机(107)的输出端与解帧同步控制模块(106)的输入端相连接，解帧同步控制模块(106)的输出端被分别连接于射频开关K1(102)、功率放大器(103)、射频开关K2(104)和低噪声放大器(105)；由基站端、耦合器(101)、射频开关K1(102)、功率放大器(103)、射频开关K2(104)以及覆盖端构成TD-SCDMA信号的下行链路；由覆盖端、射频开关K2(104)、低噪声放大器(105)、射频开关K1(102)、耦合器(101)以及基站端构成TD-SCDMA信号的上行链路；将基站的TD-SCDMA下行信号通过耦合器(101)由RF接收机(107)将其射频信号转换为基带I/Q信号后被送入解帧同步控制模块(106)，用解帧同步控制模块(106)所检测出的TD-SCDMA同步信号同时控制射频开关K1(102)、功率放大器(103)、射频开关K2(104)和低噪声放大器(105)；当解帧同步控制模块(106)判断基站信号为下行时隙时，则控制上行链路关闭、下行链路打开；当检测到DT端口没有下行信号时隙时，则控制下行链路关闭并使上行链路呈开状态。
2.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，所述解帧同步控制模块(106)由A/D采样电路(305)、(311)，数字滤波器(306)，载波搜索电路(307)，同步电路(308)，AGC(309)以及ARM最小系统(312)构成；A/D采样电路(305)的输入端与RF接收机(304)相连接，输出端与数字滤波器(306)输入端相连接，数字滤波器(306)的输出端与载波搜索电路(307)的输入端相连接，载波搜索电路(307)的输出端分别与同步电路(308)和ARM最小系统(312)的输入端相连接，ARM最小系统(312)的输出端与AGC(309)的输入端相连接，AGC(309)的输出端与RF接收机(304)相连接；将来自RF接收机(304)的两路差分基带I/Q信号送入A/D(305)进行采样，其采样之后的数据进入滤波器(306)进行数字匹配滤波后由载波搜索电路(307)进行载波搜索，搜索到载波之后由同步电路(308)进行同步，其同步包括采样点同步、帧同步和采样点选择。
3.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，所述耦合器(101)直接且仅从下行链路中耦合信号，工作时，解帧同步控制模块(406)没有给出上下行时隙判断结果之前，下行链路处于常开状态，基站的TD-SCDMA信号经由下行链路传输至耦合器(401)，经RF接收机(407)和解帧同步控制模块(406)，然后由解帧同步控制模块(406)给出差分或CMOS信号控制射频开关K1(402)、功率放大器(403)、射频开关K2(404)和低噪声放大器(405)，从而在上下行链路之间进行切换。
4.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，其解帧同步控制模块(106)所输出的控制信号是差分信号或5VCMOS信号。
5.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，所述的直放站的类型包括：无线直放站、光纤直放站、电光混合直放站以及与之配套的塔顶放大器和干线放大器；其中，在光纤直放站的中继端，其解帧同步控制模块(208)的输出端分别与射频开关K1(202)、功率放大器(203)、低噪声放大器(207)的控制端相连接，并进行检测、解帧、同步、控制，从而在上下行链路之间进行切换；由基站端的端口DT、耦合器(201)、射频开关K1(202)、功率放大器(203)、光收发器(204)构成TD-SCDMA信号的下行链路；由光收发器(205)、低噪声放大器(207)、射频开关K2(202)、耦合器(201)以及基站端的端口DT构成TD-SCDMA信号的上行链路；在光纤直放站的覆盖端，其解帧同步控制模块(219)的输出端分别与射频开关K2(220)、功率放大器(221)、低噪声放大器(222)的控制端相连接，并进行检测、解帧、同步、控制，从而在上下行链路之间进行切换；由光收发器(217)、耦合器(226)、功率放大器(221)、射频开关K2(220)以及覆盖端的端口MT构成TD-SCDMA信号的下行链路；由覆盖端的端口MT、射频开关K2(220)、低噪声放大器(222)以及光收发器(205)构成TD-SCDMA信号的上行链路。
6.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，所述的TD-SCDMA直放站系统的上行链路和下行链路使用同一频段，其上下链路信号的频率范围是：1880～1920MHz；2010～2025MHz；2300～2400MHz。
7.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，从关闭正在运行的上行链路或下行链路到重新打开已经关闭的上行链路或下行链路，这期间通过时间的延迟来增加上下行电路之间的隔离，以避免直放站的自激；关闭下行功放PA(103)、(203)、(221)的控制线有效6个chip之后再打开上行低噪放LNA的控制线时有效；关闭上行低噪放LNA(105)、(207)、(222)的控制线有效4个chip之后再打开下行功放PA的控制线时有效；其中，通过软件设置PA和LNA被关闭的控制线的有效chip数。
8.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，RF接收机(107)、(209)、(218)、(304)将基站射频信号转换为基带I/Q信号，采用直接变频方式或多次变频方式。
9.根据权利要求2所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，所述的载波搜索电路(307)对频段内的载波强度进行搜索并进行载波能量强度排序；其中，最小系统ARM(312)将需要搜索的频点即PLL的配置值写入到FPGA相应的寄存器，FPGA将PLL(303)的相应值配置到RF接收机(304)的PLL；其中，FPGA接收数据，并根据公式计算一个无线帧的信号能量，将计算结果回送给ARM(312)，ARM(312)将能量结果进行大小排序，即其载波搜索模块的能量在FPGA内部计算完毕之后，将结果传送给ARM(312)，由ARM(312)进行能量排序并按照由高到低的顺序进行逐一同步搜索直至同步；一旦下行同步码搜索失败，则ARM(312)将重新配置一次PLL并再次进行同步搜索；其中，采用相关函数求取最大峰均比，找出下行同步码和最佳采样点。
10.根据权利要求1所述的用于第三代移动通信系统的TD-SCDMA直放站系统，其特征在于，直放站的监控模块(206)和监控模块(223)通过485串口远程配置基带信号处理模块上下行切换的切换点，配置范围是时隙1到6之间任意配置；其上层监控系统通过485串口与最小系统(312)通信，配置新的切换点，进行软件远程更新。
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