CN101232655A - Td-scdma直放站上下行工作的切换方法及直放站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及TD－SCDMA直放站上下行工作的切换方法及直放站。切换方法为使基准频率信号源输出周期为5ms的基准脉冲信号；通过辅助信息获取TD－SCDMA直放站帧同步信息；计算出上行切换点，并调整基准脉冲信号相位，使基准脉冲信号对准上行切换点；再计算出下行切换点的延时时间，基准脉冲信号经过延时器延时后输出的脉冲信号所对准的点即为下行切换点；确定上行或下行切换点后，在切换点位置控制射频开关完成上行或下行工作的切换。本发明还提供了一种直放站。本发明提供的方法及装置，只需要在校准基准脉冲信号时使用GPS同步模块、TD终端同步模块和基站传送同步信息，节省成本，且没有场地的限制，实现过程非常容易。

Description

TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法及直放站

【技术领域】

本发明涉及通信领域中直放站设备性能的优化，尤其涉及一种TD-SCDMA(TimeDivision Synchronous Code Division Multip1e Access)移动通信领域直放站上下行工作的切换方法和利用该方法后改进的直放站设备。

【背景技术】

TD-SCDMA标准由中国信息产业部电信科学技术研究院(CATT)和德国西门子公司合作开发，它采用时分双工(TDD)、TDMA/CDMA多址方式工作，基于同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测及正向可变扩频系数等技术，其目标是建立具有高频谱效率、高经济效益和先进的移动通信系统。

TD-SCDMA与其他的3G系统具有明显的优势：(1)根据不同业务，上下行链路间转换点的位置可任意调整。在传输对称业务(如话音、交互式实时数据业务等)时，可选用对称的转换点位置；在传输非对称业务(如互联网方式业务)时，可在非对称的转换点位置范围内选择。对于上述两种业务，TDD模式都可提供最佳频谱利用率和最佳业务容量；(2)TD-SCDMA采用不对称频段，无需成对频段，系统采用1.28Mchip/s的低码片速率，扩频因子有1、2、4、8、16五种选择，这样可降低多用户检测器的复杂度，灵活满足3G要求的不同数据传输速率；(3)单个载频带宽为1.6MHz，帧长为5ms，每帧包含7个不同码型的突发脉冲同时传输，由于它占用带宽窄，所以在频谱安排上有很大灵活性；(4)TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，可达到提高性能、降低成本的目的；(5)TDD系统设备成本低，无收发隔离的要求，可使用单片IC实现RF收发信机，其成本比FDD系统低20％～50％。

直放站则是通信系统的重要组成部分，是解决通信网络延伸覆盖的优选方案，它和基站相比具有结构简单、成本低和安装方便，被广泛运用于难于覆盖的盲区，比如，地下停车场、电梯、码头等地区。由于TD-SCDMA采用的是TDD，它的上下行都是同一频率信号，上行链路和下行链路采用切换点分开。因此，如何准确的判断上下行切换点成为直放站设备设计的关键技术之一。

现有获取切换点的方法主要有3种：GPS模块同步、终端同步和基站传送同步。

一、GPS模块同步方式：GPS(Global Positioning System，全球定位系统)同步方式采用GPS同步模块利用GPS时钟进行同步。由于GPS模块成本较高，并且安装地点受GPS天线限制，主要适用于基站。

二、终端同步方式：使用TD终端同步模块，解下行导频码进行同步。同样，解码模块成本也较高，并且终端不一定入网施主扇区会带来一系列的问题。

三、基站传送同步方式：利用基站和直放站设备间O&M通道直接传送基站同步信息，传送给中继设备网络侧的第一或第二切换点信息，使直放站设备获取第一、第二切换点。这种方式可以实现各设备之间精确同步，可靠性高。但是该方案受工程现场约束过高，必须允许基站与直放站设备之间能够有线连接。

由于以上方法的限制，目前常用的直放站基本结构如图1所示，主要包括施主天线114，滤波器101，射频控制开关102，上行功率放大器103，监控单元104，同步模块105，射频数控衰减器106，上行低噪声放大器107，射频控制开关108，滤波器109，重发天线110，下行功率放大器111，射频数控衰减器112，下行低噪声放大器113；其中获取切换点的步骤都是在各种具有以上方法功能的同步模块105中完成。针对现有技术存在的成本高、场地限制等不足且实现起来较为复杂，实现代价高，因此给运营商的工程实施带来一定的压力。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种低成本、易实现的TD-SCDMA直放站上下行切换的方法以及采用这种方法设计出来的直放站设备。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其在直放站射频控制开关系统中设基准频率信号源，由以下步骤获取上下行切换点：

(1)采用分频或倍频使基准频率信号源输出周期为5ms的基准脉冲信号；

(2)通过GPS同步模块或TD终端同步模块或基站传送的同步信息获取TD-SCDMA直放站帧同步信息；

(3)以步骤(2)中得到的帧同步信息计算出固定在特殊时隙DwPTS后面的上行切换点，并调整基准脉冲信号相位，使基准频率信号源输出的基准脉冲信号对准固定在特殊时隙DwPTS后面的上行切换点；

(4)以步骤(3)中得到的上行切换点为基点计算出下行切换点的延时时间，并把延时时间配置到延时器中，基准脉冲信号经过延时器延时后输出的脉冲信号所对准的点即为下行切换点；

确定上行或下行切换点后，在切换点位置控制射频开关完成上行或下行工作的切换。

进一步地，所述基准频率信号源包括基准频率信号源发生电路、电池和组合逻辑电路。

进一步地，所述的基准频率信号源发生电路为系统时钟或晶振或能够输出固定频率的单元电路。

进一步地，所述步骤(4)中把延时时间配置到延时器中的工作由包括存储延时比例单元和延时器的下行延时比例控制单元完成。

进一步地，在获取上下行切换点的过程中，若TD-SCDMA直放站的系统时间和上下行链路资源配置需要调整，则利用TD-SCDMA直放站的监控系统完成。

进一步地，所述利用TD-SCDMA直放站的监控系统调整TD-SCDMA直放站的系统时间和上下行链路资源配置的方法为通过远程或TD-SCDMA直放站监控界面设置完成。

同时本发明还基于上述方法提供了一种改进之后的TD-SCDMA直放站，包括施主天线216、滤波器201、射频控制开关202、监控单元203、上行功率放大器204、射频数控衰减器208、上行低噪声放大器209、射频控制开关210、滤波器211、重发天线212、下行功率放大器213、射频数控衰减器214、下行低噪声放大器215，还包括组合逻辑判决器205、下行延时比例控制单元206、基准频率信号源207，其中组合逻辑判决器205分别和连接射频控制开关202、射频控制开关210、下行延时比例控制单元206以及基准频率信号源207连接，同时下行延时比例控制单元206还分别和监控单元203、基准频率信号源207连接，基准频率信号源207亦与监控单元203连接。

进一步地，所述的基准频率信号源207包括基准频率信号源发生电路、电池、组合逻辑电路。

进一步地，所述的基准频率信号源发生电路为系统时钟或晶振或能够输出固定频率的单元电路。

进一步地，所述的下行延时比例控制单元206包括存储延时比例单元和延时器。

在本发明中，发明人根据TD-SCDMA的特点，在直放站中增加一种基准频率信号源，这个基准频率信号源的精度满足TD-SCDMA帧同步要求，并采用分频或倍频的办法使其输出周期为5ms的基准脉冲信号，并通过辅助信息(GPS同步模块、TD终端同步模块和基站传送同步信息获取的帧同步信息)调整基准的脉冲信号使其刚好对应固定在特殊时隙DwPTS后面的第一个上行切换点；当TD-SCDMA中的第一个切换点确定下来以后，再把对准第一个切换点的基准脉冲信号，经过配置延时时间的延时器后使延时后输出的脉冲信号对准第二个切换点；这样对准第一和第二切换点的脉冲信号就就是对应的上下行切换点，并通过这两个脉冲信号控制射频开关完成上下行工作的切换。本发明提供的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，只需要在校准基准脉冲信号时使用GPS同步模块、TD终端同步模块和基站传送同步信息，不需要在直放站内部安装GPS同步模块和TD终端同步模块，也不需要基站传送同步信息就可以解决TD-SCDMA直放站上下行工作的切换，节省了成本，且没有场地的限制，实现过程又非常容易，所以能够在一定程度上缓解运营商在工程实施上的压力。

同时本发明还提供了一种基于此方法的TD-SCDMA直放站。

【附图说明】

图1为现有TD-SCDMA直放站的结构框图；

图2为TD-SCDMA直放站物理信道的示意框图；

图3为本发明TD-SCDMA直放站的结构框图。

【具体实施方式】

以下结合具体实施例以及附图详述本发明。

众所周知，TD-SCDMA物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙。如图2所示是TD-SCDMA物理信道的示意框图，TD-SCDMA的一个基本时间为无线帧，无线帧的帧长为10ms，每个无线帧分成两个结构完全一样的子帧，子帧的帧长为5ms。每一个子帧又分成三个特殊时隙和七个常规时隙。这三个特殊时隙分别为：DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护时隙)和UpPTS(上行导频时隙)；七个常规时隙则为TS0至TS6。七个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路，TS1总是分配给上行链路，上下行链路之间有切换点，每一个常规时隙固定为675us。在一个子帧中上下行的切换点有2个，第一个是固定在特殊时隙DwPTS之后和GP之前；另外一个是根据配置模式，可能在TS1-6中任意一个的后面。

有鉴于此，我们根据TD-SCDMA的特点，在TD-SCDMA的直放站射频控制开关系统中设基准频率信号源，这种基准频率信号源包括基准频率信号源发生电路、电池、组合逻辑电路。基准频率信号源发生电路为系统时钟或晶振或能够输出固定频率的单元电路。这个基准频率信号源的精度满足TD-SCDMA中的帧同步要求，采用分频或倍频等办法使其输出的脉冲信号周期为5ms，并通过辅助信息(GPS同步模块、TD终端同步模块和基站传送同步信息获取的帧同步信息)获取TD-SCDMA直放站帧同步信息，由获得的帧同步信息计算出固定在特殊时隙DwPTS后面的上行切换点，并调整基准脉冲信号相位，使基准频率信号输出的基准脉冲信号对准固定在特殊时隙DwPTS后面的上行切换点，此时基准频率信号源输出的脉冲信号通过组合逻辑判决器控制射频开关就可以使直放站切换至上行工作状态；再以上述过程中得到的上行切换点为基点计算出下行切换点的延时时间，并把该延时时间配置到延时器中，基准脉冲信号经过延时器延时后输出的脉冲信号所对准的点即为下行切换点，此时延时后输出的脉冲信号通过组合逻辑判决器控制射频开关就可以使直放站切换到下行工作状态。

举例说明上述过程：

假如我们采用的基准频率信号源发生电路为1MHz的高稳定晶振，经过5000分频后可以得到：1MHz÷5000＝200Hz。200Hz的信号即为5ms的周期信号。如果采用的基站同步的信号作为参考，则只需要把经过基准脉冲信号的上升沿对准基站同步信号中的第一切换点。调整对准的方法如下：

(1)由于TD-SCDMA系统子帧周期为5ms，基准脉冲信号的时间周期也为5ms，以基站子帧中的第一切换点为参考点，可以算出基准脉冲信号落后的参考点时间为0～5ms。

(2)由于晶振为1MHz，则可以算出晶振输出的脉冲信号的周期为1us。假设基准信号通过仪器测试落后第一切换点为Nms(0≤N≤5，N可以为整数，也可以为小数，精确到1us即可)，则启用调整脉冲相位的功能，吞没晶振输出的脉冲个数为：(5-N)x1000，就可以使基准脉冲信号对准第一切换点。

配置延时器的延时计算方法以及完成下行切换工作的过程如下：

根据上面的介绍我们可以确定，每一个TD-SCDMA的帧结构是固定不变的，也就是第一个切换点是不变的，变化的是可能TS1～TS6后的下行切换点位置。虽然TS1-TS6的切换点不固定，但是每个常规时隙和特殊时隙的时长是固定的。根据这一特征，我们以第一个切换点为参考点，在直放站上面设计一个下行延时比例控制单元，下行延时比例控制单元包含存储延时比例单元和延时器，下行延时比例控制单元控制的是下行切换控制点，此下行延时比例控制单元的比例为TD-SCDMA中TS1～TS6对应的上下行时隙比例。存储延时比例单元存储的比例主要有6种：1∶5、2∶4、3∶3、4∶2、5∶1、6∶0。当比例为1∶5时对应的控制时隙为：上行TS1，下行TS2-6，下行切换点在TS1结束点；当比例为2∶4时对应的控制时隙为：上行TS1-2，下行TS3-6，下行切换点在TS2结束点；以此类推，当比例为6∶0时对应的控制时隙为：上行TS1-6，切换点在TS6结束点。当下行延时比例控制单元存储的信息确定下来的时候，我们也就确定了延时的时间，具体对应如下：

1、比例为1∶5时，下行切换点在TS1结束点，对应的延时时间为GP+UpPTS+TS1＝75+125+675＝875us；

2、比例2∶4时，下行切换点在TS2结束点，对应的延时时间为GP+UpPTS+TS1+TS2＝75+125+675+675＝875+675＝1550us；

3、比例为3∶3时，下行切换点在TS3结束点，对应的延时时间为GP+UpPTS+TS1+TS2+TS3＝75+125+675+675＝1550+675＝2225us；

4、比例为4∶2时，下行切换点在TS4结束点，对应的延时时间为GP+UpPTS+TS1+TS2+TS3+TS4＝2225+675＝2900us；

5、比例为5∶1时，下行切换点在TS5结束点，对应的延时时间为GP+UpPTS+TS1+TS2+TS3+TS4+TS5＝2900+675＝3575us；

6、比例为6∶0时，下行切换点在TS6结束点，对应的延时时间为GP+UpPTS+TS1+TS2+TS3+TS4+TS5+TS6＝3575+675＝4250us。

下行延时比例控制单元获得延时时间后，从接收到基准脉冲信号开始计时，达到延时时间后输出脉冲信号。这个脉冲信号就是经过计算后刚好可以对准第二切换点即下行切换点的信号，此延时后输出的脉冲信号通过组合逻辑判决器控制射频开关就可以使直放站切换到下行工作状态。

在以上过程中，若TD-SCDMA的系统时间和上下行链路资源配置需要调整，则我们可以利用直放站的监控系统，通过远程或直放站监控界面设置调整的系统时间和上下行时隙。其中，如果系统时间调整，把需要调整的系统时间的差值转换成调整基准频率信号源需要调整的时间后，使基准频率信号源和调整后的系统时间同步；如果需要调整上下行链路资源配置，在直放站监控系统收到设置信息后，调整下行延时比例控制单元中存储的信息即可。

在上述工作过程中，通过辅助信息(GPS同步模块、TD终端同步模块和基站传送同步信息获取的帧同步信息)调整基准的脉冲信号使其刚好对应固定在特殊时隙DwPTS后面的第一个上行切换点，目的是为了保证TD-SCDMA直放站的正常运行；基准频率信号源包括基准频率信号源发生电路、电池、组合逻辑电路，基准频率信号源发生电路产生与第一切换点相同的同步信号，电池保证直放站在没有供电的情况下保持基准频率信号源可以正常工作，组合逻辑电路的作用是调整基准脉冲信号的相位。

依据以上方法，本发明还提供了一种改进之后的TD-SCDMA直放站，包括施主天线216、滤波器201、射频控制开关202、监控单元203、上行功率放大器204、射频数控衰减器208、上行低噪声放大器209、射频控制开关210、滤波器211、重发天线212、下行功率放大器213、射频数控衰减器214、下行低噪声放大器215，还包括组合逻辑判决器205、下行延时比例控制单元206、基准频率信号源207。

所述的基准频率信号源207分别和下行延时比例控制单元206、逻辑判决器205和监控单元203相连，包括能够输出固定频率的基准频率信号源发生电路、电池和组合逻辑电路。基准频率信号源发生电路可以是系统时钟、晶振或其它输出固定频率的单元电路等。基准频率信号源发生电路的主要作用是输出固定的频率信号；电池主要是保持直放站断电的情况下，保持基准频率信号源的同步时间不和TD-SCDMA的系统时间发生偏离；组合逻辑电路主要起分频或倍频并具有是调整脉冲相位的作用。

所述的组合逻辑判决器205分别和射频控制开关202、射频控制开关210、基准频率信号源207、下行延时比例控制单元206相连，主要是由组合逻辑电路构成，主要功能是判断从基准频率信号源来的控制信号和下行延时比例控制单元来的控制信号，从而可以准确的判断直放站切换到上行工作状态还是切换到下行工作状态。

所述的下行延时比例控制单元206分别和组合逻辑判决器205、基准频率信号源207相连，包含存储延时比例单元和延时器，主要功能是收到基准频率信号源的控制信号后开始计时，延迟了获取的延时时间后触发组合逻辑判决器发出控制信号使射频控制开关切换到下行工作状态。

本发明提供的直放站其工作过程如下：

1、通过辅助信息(GPS同步模块、TD终端同步模块和基站传送同步信息获取的帧同步信息)调整基准的脉冲信号使其刚好对应固定在特殊时隙DwPTS后面的第一个上行切换点。输出的脉冲信号经过组合逻辑判决器，组合逻辑判决器控制射频开关切换到上行工作状态，这样就保持了上行链路的畅通，同时断开了下行的链路。这时重发天线从空间接收到信号叫做上行信号，接收信号并不纯净，可能会包括一些噪声，这些信号首先进入到直放站的滤波器，滤波器通过滤波提取出设定频段的信号，并把信号送到上行低噪声放大器，把微弱的信号进行放大。放大后的上行信号经过射频数控衰减器后送到上行功率放大器再进行放大，被放大成较大功率的上行信号经过滤波器送到施主天线，并由施主天线把上行信号发射到指定的基站。这样就完成了上行信号从接收到放大，再重新转发到指定基站的功能。

2、下行延时比例控制单元从监控单元获得延时比例，并转化为延时时间。下行延时比例控制单元获得延时时间后，从基准频率信号源触发开始计时，达到延时时间后发出下行切换信号，发出的下行信号经过组合逻辑判决器，组合逻辑判决器把射频开关切换到上行工作状态，这样就保持了上行链路的畅通，同时断开了下行的链路。这时施主天线从空间接收到信号叫做下行信号，接收信号并不纯净，可能会包括一些噪声，这些信号首先进入到直放站的滤波器，滤波器通过滤波提取出设定频段的信号，并把信号送到下行低噪声放大器，把微弱的信号进行放大。放大后的下行信号经过射频数控衰减器后送到下行功率放大器再进行放大，被放大成较大功率的下行信号经过滤波器送到重发天线，并由重发天线把下行信号发射到需要覆盖的地方。这样就完成了下行信号从接收到放大，再重新覆盖到指定地区的功能。

在本发明的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法以及相应改进的TD-SCDMA直放站，只需要在校准基准脉冲信号时使用GPs同步模块、终端同步和基站传送同步信息，不需要在直放站内部安装GPs同步模块和TD终端同步模块，也不需要基站传送同步信息就可以解决TD-SCDMA直放站上下行工作的切换，节省了成本，且没有场地的限制，实现过程又非常容易，所以能够在一定程度上缓解运营商在工程实施上的压力。

以上所述的仅是本发明的较佳实施方式，其描述较为具体和详细，并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，在本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出若干改动或修饰为等同变化的等效实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其在直放站射频控制开关系统中设基准频率信号源，由以下步骤获取上下行切换点：

(1)采用分频或倍频使基准频率信号源输出周期为5ms的基准脉冲信号；

(2)通过GPS同步模块或TD终端同步模块或基站传送的同步信息获取TD-SCDMA直放站帧同步信息；

(3)以步骤(2)中得到的帧同步信息计算出固定在特殊时隙DwPTS后面的上行切换点，并调整基准脉冲信号相位，使基准频率信号源输出的基准脉冲信号对准固定在特殊时隙DwPTS后面的上行切换点；

(4)以步骤(3)中得到的上行切换点为基点计算出下行切换点的延时时间，并把延时时间配置到延时器中，基准脉冲信号经过延时器延时后输出的脉冲信号所对准的点即为下行切换点；

确定上行或下行切换点后，在切换点位置控制射频开关完成上行或下行工作的切换。

2.根据权利要求1所述的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其特征在于，所述基准频率信号源包括基准频率信号源发生电路、电池和组合逻辑电路。

3.根据权利要求2所述的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其特征在于，所述的基准频率信号源发生电路为系统时钟或晶振或能够输出固定频率的单元电路。

4.根据权利要求1所述的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其特征在于，所述步骤(4)中把延时时间配置到延时器中的工作由包括存储延时比例单元和延时器的下行延时比例控制单元完成。

5.根据权利要求1至4任一所述的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其特征在于，在获取上下行切换点的过程中，若TD-SCDMA直放站的系统时间和上下行链路资源配置需要调整，则利用TD-SCDMA直放站的监控系统完成。

6.根据权利要求5所述的TD-SCDMA直放站上下行工作的切换方法，其特征在于，所述利用TD-SCDMA直放站的监控系统调整TD-SCDMA直放站的系统时间和上下行链路资配置的方法为通过远程或TD-SCDMA直放站监控界面设置完成。

7.一种TD-SCDMA直放站，包括施主天线(216)、滤波器(201)、射频控制开关(202)、监控单元(203)、上行功率放大器(204)、射频数控衰减器(208)、上行低噪声放大器(209)、射频控制开关(210)、滤波器(211)、重发天线(212)、下行功率放大器(213)、射频数控衰减器(214)、下行低噪声放大器(215)，其特征在于，还包括组合逻辑判决器(205)、下行延时比例控制单元(206)、基准频率信号源(207)，其中组合逻辑判决器(205)分别和连接射频控制开关(202)、射频控制开关(210)、下行延时比例控制单元(206)以及基准频率信号源(207)连接，同时下行延时比例控制单元(206)还分别和监控单元(203)、基准频率信号源(207)连接，基准频率信号源(207)亦与监控单元(203)连接。

8.根据权利要求7所述的TD-SCDMA直放站，其特征在于：所述的基准频率信号源(207)包括基准频率信号源发生电路、电池和组合逻辑电路。

9.根据权利要求8所述的TD-SCDMA直放站，其特征在于：所述的基准频率信号源发生电路为系统时钟或晶振或能够输出固定频率的单元电路。

10.根据权利要求7、8、9任一所述的TD-SCDMA直放站，其特征在于：所述的下行延时比例控制单元(206)包括存储延时比例单元和延时器。

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