CN101094460A - 使用中频连接的微基站的设计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涉及第三代移动通信室内系统使用的微型基站的方法和装置，本发明将此设备设计为两个主要部分：基带处理设备和射频前端，此两部分之间用一组中频电缆连接，任意拉远(最大可达300m)。基带处理设备用软件无线电的设计思想，完成高层信令处理、整机监控、物理层信号处理，提供与无线网络控制器(RNC)的接口，并提供设备的主时钟；射频前端完成指定频段的射频发射和接收。一只上述基带处理单元可以连接多个射频前端，提供更大范围的覆盖。本发明使用中频连接的微基站的设计方法和装置，很好的解决了TD－SCDMA室内覆盖问题，与原有的“微基站”比较，本发明特点是简化了设计，产品升级灵活，降低了工程安装成本。

Description

使用中频连接的微基站的设计方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信(如TD-SCDMA)，特别是涉及第三代移动通信室内系统使用的微型基站的设计方法和装置。本发明其特点是将此设备设计为两个主要部分：基带处理单元和射频前端，此两部分之间用一组电缆连接，实现中频拉远，更好的解决TD-SCDMA系统的室内覆盖问题。

技术背景

在移动通信，特别是第三代移动通信(3G)系统中，主要的业务是数字业务，此业务的绝大部分是在室内，故室内覆盖是建设3G网络的重要部分。目前，业界已提供微小区覆盖，特别是室内覆盖开发出所谓“微基站”，和普通的移动通信网中使用的无线基站比较，微基站的特点是尽可能简化设计，以降低成本：

1.结构比较简单，设备尺寸较小，通常不考虑冗余设计；

2.容量比较小，不考虑多小区；

3.不使用如空间分集、智能天线等技术。

目前，对TD-SCDMA系统，已经有微基站产品供应，其实现方案详见图1，其外形为一只机箱，内部由功率和低噪声放大器102、射频收发信机103、数字信号处理模块104、信令、控制和接口单元105及时钟单元106等主要部件构成。其中，功率和低噪声放大器102和射频收发信机103之间用射频电缆110连接，其它单元之间都用数字电路连接。功率和低噪声放大器102对外提供射频输入输出接口112，可连接至天线或者室内分布系统；信令、控制和接口单元105提供数字接口113至无线网络管理器(RNC)。当要求输出功率比较大时，考虑到机箱的散热，可能将上述功率和低噪声放大器102独立安装在另外一个机箱中，和主机箱之间用射频电缆连接。

现有微基站设计方法的缺点存在如下两个方面：

1、设计缺乏灵活性，产品升级困难。目前的微基站都设计为一个整体，其功能和特性，如工作频段、支持的载波数、最大发射功率、支持的标准等都是固定的。这样，当要改变任何一个使用环境和条件时，就必须用另外一台满足要求的设备。现在，3G的技术进步很快，现在使用3GPP R4的标准，明年可能就要求支持HSDPA，3年以后可能要支持LTE。标准变化，技术要求也变化，以TD-SCDMA系统为例，原支持R4标准(相当与我国国标06年版本)的微基站，要支持HSDPA就有困难，因高层软件和物理层处理都不同，而且支持R4标准的射频特性也不满足HSDPA的要求，到要支持LTE时，变化就更大。这样一来，目前的微基站的使用寿命就非常短，运营商不得不重复投资来更换网络设备，导致网络建设成本大大增高。另一方面，射频部分和基带部分集中在一个设备内，例如，当只是工作频段或者输出功率要求不同时就必须是另一套设备，对生产和使用也不方便。

2、工程安装成本高。微基站主要使用于室内覆盖，作为室内覆盖系统的信号源和接收机。用目前的方法，此室内覆盖系统是一个混合的有源和无源射频网络，主要由射频电缆、功率分配及合路器、干线放大器、天线等组成。特别是3G工作于2GHz频段，射频电缆的损耗远远高于800/900MHz频段，要覆盖一栋大楼，必须大量使用干线放大器。而干线放大器的使用，一方面损伤了信号(增加了噪声系数和EVM)，另一方面则是它的操作维护并不受系统的O&M_R管理而是另一套属于直放站的操作维护系统，带来了复杂性的增加、成本增加和管理困难。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种升级灵活，降低了工程安装成本的微基站的设计方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种使用中频连接的微基站的设计方法，将微基站设计为基带处理单元和射频前端两个部分，此两部分之间用一组中频电缆连接。

上述方法可以延伸支持多个小区，在支持多个小区时，将基带处理单元设计来支持多小区，每增加一个小区在基带处理单元内增加一块插板，此插板上安装物理层信号处理模块和至射频前端的接口模块，该基带处理单元的公共部分包括与无线网络控制器连接的接口、高层信令处理功能模块、整机监控模块、主时钟模块。

本发明的目的之二是提供一种升级灵活，降低了工程安装成本的微基站装置，该微基站装置很好的解决了TD-SCDMA室内覆盖问题。

所述微基站装置由基带处理单元和射频前端构成，其中

基带处理单元，用软件无线电的设计方法，完成高层信令处理、整机监控、物理层信号处理，提供与无线网络控制器连接的接口以及至射频前端的接口，提供设备的主时钟；

射频前端，通过中频电缆与基带处理单元相连接，完成指定频段的射频发射和接收。

所述基带处理设备连接多个射频前端。

所述连接基带处理单元和射频前端的中频电缆为一组传输中频和参考源的二根同轴电缆、二对双绞线复合成一根，其外面再加上屏蔽层和保护层。

所述连接基带处理单元和射频前端的中频电缆通过合路器合路成一组。

所述微基站每增加一个覆盖小区在其基带处理单元内增加一块插板，此插板上安装物理层信号处理模块和至射频前端的接口模块，该基带处理单元的公共部分包括与无线网络控制器连接的接口、高层信令处理功能模块、整机监控模块、主时钟模块。

本发明的设计方法是将微基站分体式，用中频连接的，即它由两个主要部分：基带处理单元和射频前端，此两部分之间用一组中频电缆连接，射频前端完成指定频段的射频发射和接收，一只上述基带处理单元可以连接多个射频前端。基带处理单元可以做成为一个独立的机箱，由于中频电缆可以长距离传输中频信号，因而射频前端可以远距离放置，这样，对一栋数万平方米需要数十只天线的多层大楼而言，为了连接微基站到这些分布在大楼内的天线，如果使用传统的方法是需要建设一个包括干线放大器、分路合路器及射频电缆的室内分布系统，造成安装不方便，成本高。而使用本发明的微基站，则是在每一组(4至8只)天线附近安装一只上述射频前端，在这些射频前端的射频输出处使用射频分路器和射频电缆分别连接至各个天线，而这些射频前端则用成本低、便于架设的中频电缆连接至本发明的微基站，这样，节省了大量干线放大器和射频电缆，解决了全部有源部件的操作维护困难，成本降低。基带处理单元用软件无线电的设计思想(所述软件无线电的设计思想为行业标准)，完成高层信令处理、整机操作维护、物理层信号处理，同时提供与无线网络控制器(RNC)的接口，并提供设备的主时钟；由于整个基带处理单元是基于软件无线电的思想来设计的，它所提供的容量、支持的标准及版本、信令种类、物理层信号处理方法、支持的载波数及每个载波的带宽都可以用软件定义，系统的改变可以用软件升级实现；并且与使用的工作频段、需要的发射功率等无关。对用户来说，可以在一段相当长的时间内使用此基带处理单元而不需担心技术的升级变化所造成的重复投资。本发明的微基站在要求用户比较多或者覆盖区域比较大时，还可以将基带处理单元设计来支持多小区。支持多小区时，每增加一个小区覆盖，基带处理单元就增加了一块插板，此插板上安装的物理层信号处理模块和至射频前端的接口模块。而公共部分则包括RNC的接口、高层信令处理功能模块、整机监控模块、主时钟模块，只要其中MCU的处理能力足够强，而且其中IP交换具有足够的端口，就可以扩大到多少小区。

本发明使用中频连接的微基站的设计方法和装置，很好的解决了TD-SCDMA室内覆盖问题。与原有的“微基站”比较，本发明特点是简化了设计，产品升级灵活，降低了工程安装成本。

附图说明

图1为目前微基站构成示意方框图；

图2为本发明中频连接微基站示意图；

图3为中频连接电缆剖视图；

图4为中频连接电缆外形图；

图5支持多小区的微基站基带处理器构成示意方框图。

具体实施方式

本发明微基站装置的方框图见图2所示，微基站为基带处理单元200和射频前端两个部分，此两部分之间用一组中频电缆连接，基带处理单元是一个独立的机箱，其中基带处理单元包括有与RNC的接口201、高层信令处理功能模块202、整机监控模块203、主时钟模块204、物理层信号处理模块205和至射频前端的接口模块206，上述基带处理单元中的各单元与目前传统图1中微基站构成部件相同(包括硬件部分和软件部分)，本发明的射频前端也与传统图1中微基站构成部件相同，本发明只是在基带处理单元后就通过中频电缆直接输出中频信号，而传统的微基站是在射频前端后实现输出高频信号。在其基带处理单元内，其中，与RNC的接口201、高层信令处理功能模块202、整机监控模块203均由一只高性能的MCU加上一只IP交换电路和相关的接口和存储器作为硬件平台，用软件实现；物理层信号处理模块205由一只MCU、一个数字信号处理器(DSP)矩阵加上必须的FPGA和存储器作为硬件平台，用软件实现；至射频前端的接口模块206则由包括下行数字中频电路和数字至模拟转换器(DAC)及上行数字中频电路和模拟至数字转换器(ADC)加上必须的外围电路实现，其中上下行数字中频电路的处理载波数量及每载波带宽都是由物理层信号处理模块205中的MCU控制的。这样，整个基带处理单元是基于软件无线电的思想来设计的，它所提供的容量、支持的标准及版本、信令种类、物理层信号处理方法、支持的载波数及每个载波的带宽都可以用软件定义，系统的改变可以用软件升级实现；并且与使用的工作频段、需要的发射功率等无关。对用户来说，可以在一段相当长的时间内使用此基带处理单元而不需担心技术的升级变化所造成的重复投资。图2中的射频前端211、212、…、21n是典型的具有低噪声放大器和功率放大器的射频收发信机，对TD-SCDMA系统，可参见专利：集成形式的TD-SCDMA基站射频收发信机，专利号：ZL 2006 20033251.0。各个射频前端除发射功率可以不同外，其余指标基本上是完全一样的。射频前端通过电缆221、222、…、22n连接到分合路器230，合路器230可以直接或者通过一段电缆连接到基带处理单元200。上述合路器230是将上述电缆221、222、…、22n中相同功能的线或者缆进行合路成一组，以接入上述基带处理单元200。射频前端完成指定频段的射频发射和接收。一只上述基带处理单元可以连接多个射频前端，提供更大范围的覆盖。

图2中的电缆221、222、…、22n是多芯电缆，其构成见图3、图4，在图3中，301表示同轴电缆、303表示信号电缆(超五类双绞线X4)；在图4中，a表示基带单元端、b表示子系统端。此多芯电缆包括一根(对TDD系统，如TD-SCDMA)或者一对(对FDD，如WCDMA)传输中频信号的同轴线301，一根传输参考时钟的同轴线302，一对传输监控信号的双绞线303和一对传输收发使能的双绞线304构成，其外面再加上屏蔽层和保护层。上述合路器230就是对上述线缆进行合路。

本发明的微基站在要求用户比较多或者覆盖区域比较大时，还可以将基带处理单元设计来支持多小区。支持多小区的基带处理单元详见图5。与图2比较，每增加一个小区它只是增加了一块插板411、…、41n，此插板上只需要安装上述图2所示的物理层信号处理模块205和至射频前端的接口模块206。而公共部分401则包括图2所示的RNC的接口201、高层信令处理功能模块202、整机监控模块203、主时钟204。只要其中MCU的处理能力足够强，而且其中IP交换具有足够的端口，就可以扩大到多少小区。

对本发明微基站的应用，我们以TD-SCDMA系统为例：当使用本发明的微基站来实现一坐大楼的室内覆盖时，可以用图5所示的网络结构。因为电磁幅射安全要求，在室内每天线的最大发射EIRP限定在15dBm，考虑天线增益(大约3dB)，发射最大功率大约12dBm。在3G，此发射功率可以覆盖的面积大约500至1000m2。对一栋数万平方米的多层大楼，需要数十只天线。为了连接微基站到这些分布在大楼内的天线，使用传统的方法是建设一个包括干线放大器、分路合路器及射频电缆的室内分布系统。而使用本发明的微基站，则是在每一组(4至8只)天线附近安装一只上述射频前端，在这些射频前端的射频输出处使用射频分路器和射频电缆分别连接至各个天线。而这些射频前端则用成本低、便于架设的图3、图4所示电缆连接至本发明的微基站。这样，节省了大量干线放大器和射频电缆，解决了全部有源部件的操作维护困难。

本发明的微基站设计方法是以TD-SCDMA系统为例来说明的，但只要将基带处理单元的中频输出至射频前端的接口的接收和发射中频放开，就可以支持任何频分双工系统。

Claims (7)

1、一种使用中频连接的TD-SCDMA微基站的设计方法，其特征是：将微基站设计为基带处理单元(200)和射频前端两个部分，此两部分之间用一组中频电缆连接。

2、一种应用权利要求1所述设计方法的微基站装置，其特征是：微基站装置由基带处理单元(200)和射频前端构成，其中

基带处理单元(200)，用软件无线电的设计方法，完成高层信令处理、整机监控、物理层信号处理，提供与无线网络控制器连接的接口(201)以及至射频前端的接口(206)，提供设备的主时钟(204)；

射频前端，通过中频电缆与基带处理单元(200)相连接，完成指定频段的射频发射和接收。

3、如权利要求2所述的微基站装置，其特征是：所述基带处理设备(200)连接多个射频前端(211、212、...、21n)。

4、如权利要求2所述的微基站装置，其特征是：所述连接基带处理单元(200)和射频前端的中频电缆(221、222、…、22n)为一组传输中频和参考源的二根同轴电缆(301、302)、二对双绞线(303、304)复合成一根，其外面再加上屏蔽层和保护层。

5、如权利要求2或4所述的微基站装置，其特征是：所述连接基带处理单元(200)和射频前端的中频电缆(221、222、…、22n)通过合路器(230)合路成一组。

6、如权利要求1所述的使用中频连接的TD-SCDMA微基站的设计方法，其特征是：将基带处理单元(200)设计来支持多小区，每增加一个小区在基带处理单元内增加一块插板(411)，此插板上安装物理层信号处理模块(205)和至射频前端的接口模块(206)，该基带处理单元的公共部分(401)包括与无线网络控制器连接的接口(201)、高层信令处理功能模块(202)、整机监控模块(203)、主时钟模块(204)。

7、如权利要求2所述的微基站，其特征是：微基站每增加一个覆盖小区在其基带处理单元内增加一块插板(411)，此插板上安装物理层信号处理模块(205)和至射频前端的接口模块(206)，该基带处理单元的公共部分(401)包括与无线网络控制器连接的接口(201)、高层信令处理功能模块(202)、整机监控模块(203)、主时钟模块(204)。

Images