CN101183903A - 数字光纤直放站系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于移动通信中的数字光纤直放站系统，其中包括与移动通信基站连接的接入端装置，以及可通过光纤与接入端装置连接的覆盖端装置。在接入端装置中包括依次连接的接口模块、接入端上/下行信号处理模块、以及接入端数字光收发模块：在覆盖端装置中包括的覆盖端数字光收发模块、覆盖端上/下行信号处理模块、双工器、下行功放模块及上行低噪放大模块。本发明中的物理接口包括射频、中频、以及基带接口，接入端上/下行信号处理模块可分别经这三个接口与移动通信基站连接，从而对相应的上/下行信号进行适当的处理。因本发明的数字光纤直放站系统具有三种物理接口，可任选其一接入，所以可与现有的各种基站连接，实现信号转发功能。

Description

数字光纤直放站系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术，更具体地说，涉及一种应用于移动通信系统中的数字光纤直放站系统。

背景技术

现有的多数W-CDMA基站本身带有中频接口或基带接口，数字光纤直放站系统就是根据W-CDMA基站而出现的一种新产品，它可将W-CDMA基站传来的数字或模拟信号统一处理为数字信号，然后进行信号转发。由于数字光纤直放站系统是基于数字传输原理，具有信号传输质量高、速率高的优点，并且可弥补模拟光纤直放站的带宽受限制、失真大等缺点，所以可替代原有的模拟光纤直放站。

目前，数字光纤直放站系统主要应用于两个方面：其一是扩大W-CDMA基站的覆盖率；其二是解决盲点地区覆盖问题，例如建在铁道、一般公路、高速公路、城市用户密集接入区等。

当基站的下行信号过来时，直放站的接入端将过来的下行信号(可以是下行射频、下行中频)转换为数字信号(基带信号则直接跳过)，然后进行数字调制，再由数字光收发模块转换为光信号，经光纤传输到覆盖端；直放站的覆盖端则完成相反的工作，即先由数字光收发模块接收下行数字光信号，然后进行数字解调，然后把数字信号变为模拟信号，再统一进行上变频处理为W-CDMA射频信号发射给用户。

当用户的上行信号过来时，直放站的覆盖端先将过来的上行信号转换为数字信号，然后进行数字调制，再由数字光收发模块转换为光信号，经光纤传输到接入端；直放站的接入端由数字光收发模块接收上行数字光信号，然后进行数字解调为基带信号或数字中频信号，若是要进入基带信号物理接口则不需任何处理上传给基站的基带物理接口，若是中频信号物理接口就需中频DAC变换为中频模拟信号上传给基站的中频物理接口，若是射频信号物理接口就需中频DAC变换为中频模拟信号，再上变频为射频信号传给基站的射频物理接口。

上述过程，直放站对上行信号和下行信号的一系列处理都是同时进行的。

一、数字光纤直放站系统与和基站射频拉远方案的对比

1.相同点

两者都以现有成熟的千兆、或万兆以太网数字光纤传输技术作为基带传输链路，共同遵守标准的CPRI和OBSAI接口。同时，数字光纤直放站系统的覆盖端与基站射频拉远方案中的RRU(基站远端射频单元)可互相替换。

2.优点及缺点比较

数字光纤直放站系统由接入端和覆盖端组成，在实际应用时，接入端可以是一个，而覆盖端可以有多个，这些覆盖端之间可并联也可串联，其单跳距离可达40km。另外，数字光纤直放站系统的远端射频信号的扰码总是等同于施主基站的扰码，在扇区内大量采用并不会增加扰码。而且，数字光纤直放站系统不会增加基站信道板硬件容量和正交码容量，并可以补偿链路损耗、扩大覆盖，起到增加上、下行容量的效果。

基站射频拉远方案中，基站远端射频单元是利用基站剩余的信道板和基带处理设备组成新的扇区，通过光纤系统拉到远处，所以有人称它为基带池技术，也有人称它为拉远的微蜂窝技术，总之，它可以增加硬件容量，并且拥有新的扰码和同步码。由于基站远端射频单元具有基站性能，在宏基站的扇区内大量采用时，必然会增加很多扰码和邻区列表，所以在网络优化方面会存在困难。

3.工程应用比较

在实际应用时，两者均可实现将基站拉远的功能，数字光纤直放站系统可用作载波池拉远，基站远端射频单元则可用作基带池拉远，此时均有相同的容量。其中载波池拉远的距离取决于小区覆盖半径和光在光纤上的传输速度，最远可达60km以上；而用作基带池拉远的基站远端射频单元基本不受距离限制，可拉得更远。

两者均可作为室内分布系统的信号源，选用条件取决于宏基站的载频数量和该室内业务量需求。如果宏基站载频多、容量很富裕，则用数字光纤直放站系统更合适，同时可减少扇区扰码。如果该室内业务量需求较大，则应选用基站远端射频单元。如果业务量需求很大，如大型写字楼、会展中心等，则应考虑用数字光纤直放站系统、基站远端射频单元和宏基站联合组网。

数字光纤直放站系统在扩大高速数据用户的覆盖区方面也可发挥作用，在W-CDMA的基站系统中，对覆盖区近处的移动终端设备可提供高速数据接入，对边缘的移动终端设备则只能提供低速数据接入，有了W-CDMA直放站，就能很好地克服这个问题。如图1所示，与基站配合使用的数字光纤直放站系统可保证高速数据用户的接入。

同时，数字光纤直放站系统可为基站选址难的问题提供帮助，正常情况下，基站选址应是均匀布局，但一些话务热点地区实际上可能偏离基站所规划的中心，如图2所示，此时，使用直放站就可以确保基站站址保持在规划的中心位置，同时满足通信要求。

二、数字光纤直放站系统与模拟光纤直放站系统的对比

1、优点方面

(1)传输距离远、覆盖半径大：数字光纤直放站系统解调到I/Q信号以后，进行数字成帧(可以采用CPRI协议)，然后采用数字光纤传输。与模拟光纤直放站系统相比，具有超远距离传输的优点；数字信号在光纤中传播的动态范围也较模拟信号大，这样就可以在远端实现更大的信号覆盖。

(2)监控的稳定通用性：对于数字光纤直放站系统，其接入端与覆盖端之间传输的监控信号是由数字信号转换而来的光信号，可以采用相关协议，所以与模拟光纤直放站系统相比具有稳定性提高、通用性强的优点。

(3)成本低：对于一对一的数字光纤直放站系统(即一个接入端对一个覆盖端)，其成本优势不明显，但对于一对多的系统，其成本优势就非常明显。

(4)工程应用：相比之下，数字光纤直放站系统在工程上的开站和维护都比模拟光纤直放站系统简单得多，而且组网方式也可以多样化。

(5)数字预示真处理，提高了功放的效率。

2、缺点方面

由于W-CDMA信号属于自干扰信号，除了解码相关处理外根本无法与带内的干扰信号区分开。数字光纤直放站系统的数/模转换和模/数转换过程中，可能引入更多的量化噪声，在数字化以后虽可进行数字滤波以提高邻道及带外抑制能力，但是对于带内噪声信号却无能为力。

从上述第一、第二两大点的对比可知，数字光纤直放站系统与传统基站射频拉远方案、以及模拟光纤直放站系统相比，具有明显的优点，所以也越来越为移动通信领域所接受。但是，现有的数字光纤直放站系统都具有接口单一的缺点，而不同厂商生产的基站可能具有不同的物理接口，例如具有射频接口、中频接口、或者基带接口中的一个或多个，而现有的数字光纤直放站系统都不能同时兼容这些物理接口，也就只能适用于特定的基站，而无法兼容。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决现有的数字光纤直放站系统不能同时兼容多种接口、只能适用于特定的基站的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种数字光纤直放站系统，其中包括与移动通信基站连接的接入端装置，以及可通过光纤与所述接入端装置连接的覆盖端装置；其中，所述接入端装置中包括：用于与所述基站连接的射频接口模块、中频接口模块及基带接口模块，与所述三个接口模块连接的接入端上/下行信号处理模块，以及与所述接入端上/下行信号处理模块连接的接入端数字光收发模块；所述覆盖端装置中包括：可通过光纤与所述接入端数字光收发模块连接的覆盖端数字光收发模块，与所述覆盖端数字光收发模块连接的覆盖端上/下行信号处理模块，可与重发天线连接的双工器，以及连接于所述覆盖端上/下行信号处理模块与双工器之间的下行功放模块和上行低噪放大模块。

本发明的所述接入端上/下行信号处理模块最好包括射频本振单元、射频本振放大单元、射频滤波单元、混频器、中频滤波单元、数/模及模/数转换器、以及调制解调器；其中，所述射频本振单元经所述射频本振放大单元连接到所述混频器；所述射频滤波单元的一端与所述射频接口模块连接，另一端连接到所述混频器；所述混频器经所述数/模及模/数转换器连接到所述调制解调器；所述中频滤波单元的一端与所述中频接口模块连接，另一端经所述数/模及模/数转换器连接到所述调制解调器；所述基带接口模块直接连接到所述调制解调器；所述调制解调器再连接到所述接入端数字光收发模块。

本发明的所述接入端上/下行信号处理模块中最好还包括与所述调制解调器连接的监控模块。

本发明的所述覆盖端上/下行信号处理模块中最好包括射频本振单元、射频本振放大单元、射频滤波单元、混频器、数/模及模/数转换器、以及调制解调器；其中，所述射频本振单元经所述射频本振放大单元连接到所述混频器；所述射频滤波单元的一端分别与所述下行功放模块和上行低噪放大模块连接，另一端连接到所述混频器；所述混频器经所述数/模及模/数转换器连接到所述调制解调器；所述调制解调器再连接到所述覆盖端数字光收发模块。

本发明的所述覆盖端上/下行信号处理模块中最好还包括与所述调制解调器连接的监控模块。

由上述技术方案可知，本发明的数字光纤直放站系统，接入端装置的接口模块包括射频、中频、以及基带接口模块，接入端上/下行信号处理模块可分别经这三个接口模块与移动通信基站连接，从而对相应的上/下行信号进行适当的处理。因本发明的数字光纤直放站系统具有三种接口模块，可任选其一接入，所以可与现有的各种基站连接，实现信号转发功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是通过直放站扩大调整数据用户之接入区的示意图；

图2是数字光纤直接站可改善基站选址问题的示意图；

图3是数字光纤直放站系统与基站配合工作的原理框图；

图4是图3中所示接入端和覆盖端的细化框图；

图5是图4中所示上/下行信号处理模块II的内部框图；

图6是图4中所示上/下行信号处理模块I的内部框图；

图7是中频变频调制解调器和上/下变频器单元的电路器件方案图；

图8是中频变频调制解调器和上/下变频器单元的原理图；

图9是基带采样上/下变频调制解调器和上/下变频器单元的电路器件方案图；

图10是基带采样上/下变频调制解调器和上/下变频器单元的原理图；

图11是I/Q调制器的原理框图；

图12是I/Q解调器的原理框图。

具体实施方式

由于直放站是基站的延伸产品，直放站对基站接口的兼容是直放站能良好工作的前提，对于数字光纤直放站系统也不例外。W-CDMA基站除了共有的射频物理接口外，不同基站厂家有的还提供有中频接口，基带接口等，本发明数字光纤直放站系统的特点，就是能对不同接口都可任选其一接入，从而大大提高其工程应用的灵活性。

如图3中的虚线框所示，数字光纤直放站系统由接入端装置(可简称接入端)和覆盖端装置(可简称覆盖端)组成，两者之间通过光纤相连接。

如图4的左侧所示，在接入端，包括依次连接的接口、上/下行信号处理模块II、数字光收发模块、以及电源模块、监控模块等。所述物理接口包括是射频(RF)接口模块、中频(IF)接口模块、以及基带(BW)接口模块。在覆盖端，则包括数字光收发模块、上/下行信号处理模块I、下行功放模块、上行低噪放大模块、用于与重发天线连接的双工器、以及电源模块、监控模块等。图4中示出了各模块之间的连接关系。对于接入端和覆盖端，其核心均是上/下行信号处理模块，它对上/下行和各类信号的变频、数/模、模/数、调制/解调等进行处理。

如图5所示为接入端中的上/下行信号处理模块II的内部框图，其中包括射频本振(RFLO)模块、射频本振放大单元、射频滤波单元、混频器、中频滤波单元、数/模及模/数转换器、以及调制解调器。其中，射频本振单元经射频本振放大单元连接到混频器；射频滤波单元的一端与射频接口模块连接，另一端连接到混频器；混频器经数/模及模/数转换器连接到调制解调器；中频滤波单元的一端与中频接口模块连接，另一端经数/模及模/数转换器连接到调制解调器；基带接口模块直接连接到调制解调器；调制解调器再连接到图4中所示的接入端数字光收发模块。从图5可以看出，在接入端上/下行信号处理模块中还包括与调制解调器连接的监控模块。

如图6所示为覆盖端中的上/下行信号处理模块I的内部框图，其中包括射频本振单元、射频本振放大单元、射频滤波单元、混频器、数/模及模/数转换器、以及调制解调器。其中，射频本振单元经射频本振放大单元连接到混频器；射频滤波单元的一端分别与所述下行功放模块和上行低噪放大模块连接，另一端连接到混频器；混频器经数/模及模/数转换器连接到调制解调器；调制解调器再连接到覆盖端数字光收发模块。可见，除了图5中的中频滤波单元之连接关系、以及调制解调器与基带接口的连接关系之外，图5与图6中的各模块之间连接关系是相互对称的。从图6可以看出，在覆盖端上/下行信号处理模块中还包括与调制解调器连接的监控模块。

下面以主要器件采用ADI公司产品的方案作为例子，对射频接入、低中频采样、射频输出等方面进行说明。

结合图4、图5和图6，本发明中，在下行方向，接入端在接收到移动通信基站的射频信号之后，先送到上/下行信号处理模块II进行处理，再经数字光收发模块发送到覆盖端。在上/下行信号处理模块II中，先通过下变频处理将射频信号转换为低中频I/Q信号(其中I/Q调制器使得I/Q信号在积分意义上相互正交，因此它们之间不会相互干扰；I/Q调制器的输出是I/Q信号的组合，其中，一个单一的中频信号I/Q解调器由两个混频器、一个90度电桥和一个同相功分器构成)，再经数/模转换器(DAC，例如AD97XX)变换为数字信号，再由DSP(数字信号处理器)或FPGA(现场可编程门阵列)调制解调器进行调制解调处理，按一定帧格式进行数据打包，最后才送到数字光收发模块发送到覆盖端。

同样是下行方向，在覆盖端，先由数字光收发模块接收来自接入端的信号，然后经上/下行信号处理模块I进行处理，再经下行功放、双工器、重发天线发送到移动终端设备。在上/下行信号处理模块I中，先经DSP或FPGA调制解调器进行解调处理，恢复出数字信号，再经数/模转换器转换为模拟信号，然后经混频器处理为低中频I/Q信号，再经上变频到射频，然后经功放、双工器、重发天线发射出去。

在上行方向，移动终端设备上行的信号经覆盖端内的上行低噪放大模块进行低噪声放大处理后，下变频到低中频信I/Q号，然后通过模数转换器(AD66xx)转换为数字信号，再进行调制，然后经数字光收发模块发送到接入端；在接入端，相关信号经相反的流程处理为射频信号，再发送给基站。如此一来，就完成了移动通信基站的远端覆盖功能。其中，数字采样频率及带宽与载波数、载波制式、器件选择等因素有关。

下面以140MHz采样中频、分集接收为例，调制解调器和上/下变频器的应用可以是多载波的情况，本振采用ADI公司的型号为ADF4118的芯片，混频器采用HITTITE公司的型号为HMC304MS8的芯片。对于多载波，通常采用数字中频方式。如图7所示为中频变频调制解调器和上/下变频器单元的电路器件方案图，如图8所示为中频变频调制解调器和上/下变频器单元的原理图；如图9所示为基带采样上/下变频调制解调器和上/下变频器单元的电路器件方案图，如图10所示为基带采样上/下变频调制解调器和上/下变频器单元的原理图。

图8为信号处理模块的I或II的中频变频调制解调器和上/下变频器单元的原理的分集接收情况，它先把重发天线过来的上行分集(频率一样，矢量方向不一样，比如水平极化和垂直极化信号)的1920MHz-1980MHz信号通过双工器或滤波器分离出来后，通过上行低噪模块放大，进入信号处理模块后，通过带通滤波器滤波，再与一1780MHz-1840MHz的本振信号在混频器混频，混出140MHz后，进行中频滤波处理，滤出无用信号，再把上行分集模拟信号ADC变换，变为数字信号，再进入调制器解调，调制成I信号，Q信号，加上识别码编码处理，送出给数字光模块。同时，它又把数字光模块过来的下行数字中频调制信号解调，分离出下行载波信号，DAC变换，变为140MHz模拟信号，再与一2250MHz-2310MHz的本振信号在混频器混频，混出2110-MHz 2170MHz后，进行射频滤波处理，滤出无用信号，再进入下行攻放模块放大到所需功率，在经过双工器，到重发天线发射给用户。信号处理模块I和II在信号处理功能上是相逆的。

对于单载波则通常采用基带模式，这样有利于控制成本。图10为信号处理模块的I或II的基带调制解调器和上/下变频器单元的原理的情况，它先把重发天线过来的上行信号的1920MHz-1980MHz信号通过双工器或滤波器分离出来后，通过上行低噪模块放大，进入信号处理模块后，通过带通滤波器滤波，再与一1850MHz-1910MHz的本振信号在混频器混频，混出70MHz后，进行滤波处理，滤出无用信号，再把上行模拟信号ADC变换，变为数字信号，再进入调制器解调，调制成I信号，Q信号，加上识别码编码处理，送出给数字光模块。同时，它又把数字光模块过来的下行数字中频调制信号解调，分离出下行载波信号，DAC变换，变为70MHz模拟信号，再与一2180MHz-2240MHz的本振信号在混频器混频，混出2110-MHz 2170MHz后，进行射频滤波处理，滤出无用信号，再进入下行攻放模块放大到所需功率，在经过双工器，到重发天线发射给用户。信号处理模块I和II在信号处理功能上是相逆的。

如图11所示为I/Q调制器的原理框图。这里的I/Q调制电路，属于图5信号处理模块II、图6信号处理模块I中的调制解调器内部的一个部分。I/Q调制电路主要是用于接入端和覆盖端的上变频。用I/Q调制电路作上变频，将分离出载波，对系统的RF功率的有效性将带来好处，同时实现起来也会比较简单一些。其算法和软件编程由DSP或FPGA来实现其调制功能。

如图12所示为I/Q解调器的原理框图。I/Q解调电路主要是用于接入端和覆盖端的下变频。为了消除数据的直流漂移，去除直流附近上下变频由于频率不同步造成的信号折叠效应，在解调后，需要经过一个高通滤波。同时，为了控制模/数转换器(ADC)入口的动态范围，解调器应具有AGC(自动增益控制)电路。其算法和软件编程由DSP或FPGA来实现其解调功能。

为实现对数字信号的收发，具体实施时，在上行方向，可采用波长为1550纳米的3mW光发射器件，它带有两级隔离器，低频性能好、频谱宽；在下行方向，采用1310nm的光收发器件，它带有一级隔离器，低频性能好、频谱宽。

Claims (5)

1.一种数字光纤直放站系统，其中包括与移动通信基站连接的接入端装置，以及可通过光纤与所述接入端装置连接的覆盖端装置；其特征在于，

所述接入端装置中包括：用于与所述基站连接的射频接口模块、中频接口模块及基带接口模块，与所述三个接口模块连接的接入端上/下行信号处理模块，以及与所述接入端上/下行信号处理模块连接的接入端数字光收发模块；

所述覆盖端装置中包括：可通过光纤与所述接入端数字光收发模块连接的覆盖端数字光收发模块，与所述覆盖端数字光收发模块连接的覆盖端上/下行信号处理模块，可与重发天线连接的双工器，以及连接于所述覆盖端上/下行信号处理模块与双工器之间的下行功放模块和上行低噪放大模块。

2.根据权利要求1所述的数字光纤直放站系统，其特征在于，所述接入端上/下行信号处理模块中包括射频本振单元、射频本振放大单元、射频滤波单元、混频器、中频滤波单元、数/模及模/数转换器、以及调制解调器；

其中，所述射频本振单元经所述射频本振放大单元连接到所述混频器；所述射频滤波单元的一端与所述射频接口模块连接，另一端连接到所述混频器；所述混频器经所述数/模及模/数转换器连接到所述调制解调器；

所述中频滤波单元的一端与所述中频接口模块连接，另一端经所述数/模及模/数转换器连接到所述调制解调器；

所述基带接口模块直接连接到所述调制解调器；

所述调制解调器再连接到所述接入端数字光收发模块。

3.根据权利要求2所述的数字光纤直放站系统，其特征在于，所述接入端上/下行信号处理模块中还包括与所述调制解调器连接的监控模块。

4.根据权利要求1所述的数字光纤直放站系统，其特征在于，所述覆盖端上/下行信号处理模块中包括射频本振单元、射频本振放大单元、射频滤波单元、混频器、数/模及模/数转换器、以及调制解调器；

其中，所述射频本振单元经所述射频本振放大单元连接到所述混频器；所述射频滤波单元的一端分别与所述下行功放模块和上行低噪放大模块连接，另一端连接到所述混频器；所述混频器经所述数/模及模/数转换器连接到所述调制解调器；

所述调制解调器再连接到所述覆盖端数字光收发模块。

5.根据权利要求4所述的数字光纤直放站系统，其特征在于，所述覆盖端上/下行信号处理模块中还包括与所述调制解调器连接的监控模块。

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