CN101562877B - 一种全球互通微波接入用户端设备天线拉远方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全球互通微波接入用户端设备，包括以太网处理模块，该设备还包括室内通信模块、室外通信模块以及天线，其中，室外通信模块，与天线相连接，用于完成射频信号的发射和接收；室内通信模块，与室外通信模块连接，用于将用户数据转换成射频信号，并将该射频信号提供给室外通信模块，以及用于接收来自所述室外通信模块的射频信号并将该射频信号转换成用户数据。该设备接收灵敏度高，拉远天线射频同轴电缆距离较长，满足了用户需求，提高了用户体验。

Description

一种全球互通微波接入用户端设备天线拉远方法及其设备

技术领域

本发明涉及移动通讯领域，尤其涉及一种全球互通微波接入用户端设备。

背景技术

随着全球互通微波接入WiMAX(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，以下简称WiMAX)技术的高速发展，IP网络逐渐成为人们日常工作和生活中必不可少的工具。在目前的WiMAX用户端设备CPE(Customer-Provisioned Equipment，以下简称CPE)产品设计中为了满足用户使用的灵活性，运营商一般都会提出带室外拉远天线的CPE设备产品设计要求。通常的设计方案是采用CPE设备室外天线加一段拉远的50欧姆射频同轴电缆的方式，这种方式有如下几个缺点：

首先，由于这种设计中拉远天线用的50欧姆射频欧姆同轴电缆的插入损耗较大，射频信号功率损耗会很大，如果为了补偿射频信号功率的损耗则要求CPE终端产品的末级射频功放输出更大的信号功率，但是WiMAX信号本身的峰均比较高、要求末级射频功放的动态范围要很大且线性度要好，基于以上要求射频功率放大器必须选用较大功率容量的器件，这种器件的价格很高、效率很低、发热很大、设计难度大、占空间体积很大不利于CPE终端产品的小型化和结构设计。

其次，由于增加了拉远同轴电缆的插入损耗，造成接收噪声系数的增加，射频信号接收通道的灵敏度都要降低，因此50欧姆射频同轴电缆的长度不可能太长，通常小于5米，限制了室外拉远天线的距离，不利于满足用户的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种WiMAX CPE设备天线拉远方法以及CPE设备，解决WiMAX用户终端产品在使用室外天线拉远功能时，采用较大功率容量的射频功率放大器补偿射频同轴电缆插入损耗时成本较高，且发热大、设计难度大，并且由于增加了射频同轴电缆的插入损耗，使得射频同轴电缆的长度受较大限制的问题。

本发明提供了一种全球互通微波接入用户端设备，包括以太网处理模块，该设备还包括室内通信模块、室外通信模块以及天线，其中，

室外通信模块，与天线相连接，用于完成射频信号的发射和接收；

室内通信模块，与所述室外通信模块连接，用于将用户数据转换成射频信号，并将该射频信号提供给室外通信模块，以及用于接收来自室外通信模块的射频信号并将该射频信号转换成用户数据。

进一步地，室内通信模块包括全球互通微波接入通信模块。射频信号补偿控制器，控制电路和第一射频信号复用器，其中，

全球互通微波接入通信模块，包括基带处理器和模拟射频处理器，用于将用户数据转换为射频信号，以及将从室外通信模块接收到的射频信号转换成为用户数据；

射频信号补偿控制器，连接至第一射频信号复用器，用于对室内通信模块收发的射频信号进行射频功率补偿；

控制电路，连接至第一射频信号复用器，用于给所述室外通信模块提供控制信号；

第一射频信号复用器，用于将射频信号和控制信号复用提供给室外通信模块，以及用于接收信号并解复用所接收到的信号。

进一步地，室外通信模块包括第二射频信号复用器，射频信号通道电路和室外通信模块控制电路，其中，

第二射频信号复用器，接收并解复用由所述第一射频信号复用器传递来的信号，并将解复用后的信号传递至所述射频信号通道电路与所述室外通信模块控制电路，以及用于将接收的射频信号，并将射频信号和控制信号复用传递至第一射频信号复用器；

射频信号通道电路，与天线相连接，用于将从第二射频信号复用器接收到的射频信号进行功率放大和增益放大，并传输给所述天线散射；还用于通过天线接收射频信号，进行增益放大后经所述射频信号复用器传送给室内通信模块；

室外通信模块控制电路，用于将从第二射频信号复用器中接收到的控制信号处理后形成的射频收发开关转换控制信号，控制室外通信模块的射频收发；

进一步地，射频信号补偿控制器，包括：射频信号收发电路和射频信号接收电路，其中，

射频信号收发电路，用于对经射频信号通道电路接收和发射的射频信号进行信号补偿；

射频信号接收电路，用于对经射频信号通道电路接收到的射频信号进行信号补偿。

进一步地，室外通信模块控制电路还包括彼此连接的自动智能检测校正通信电路射频调制器和调制器滤波电路，用于将室外通信模块的非实时监测信号处理后传递给所述室内通信模块。

进一步地，室内通信模块控制电路，还包括彼此连接的室内通信模块自动智能检测校正通信电路射频解调器和解调器滤波电路，用于将室外通信模块传送的非实时监测信号通知用户。

进一步地，室外通信模块还包括伺服转动电机和伺服控制电路，其中，

伺服控制电路，用于接收来自于室内通信模块的控制信号，控制所述伺服转动电机；

伺服转动电机，响应于所述控制信号，控制天线转动。

进一步地，室外通信模块连接的天线为高增益定向天线。

进一步地，该全球互通微波接入用户端设备，还包括扩展连接插槽与内置天线，扩展连接插槽与室内通信模块相连接，用于容纳室外通信模块，室外通信模块插入所述插槽时，通过内置天线收发射频信号。

本发明还提供一种全球互通微波接入用户端设备天线拉远方法，将所述全球互通微波接入用户端设备分为：室内通信模块、室外通信模块以及天线，室外通信模块与天线相连接，并通过电缆与室内通信模块连接，其中，

室外通信模块与天线相连接，用于完成射频信号的发射和接收；

室内通信模块，用于将用户数据转换成射频信号，并将该射频信号提供给室外通信模块，以及用于接收来自所述室外通信模块的射频信号并将该射频信号转换成用户数据。

进一步地，全球互通微波接入用户端设备天线拉远方法，全球互通微波接入用户端设备还包括扩展连接插槽与内置天线，扩展连接插槽与室内通信模块相连接，用于容纳室外通信模块，所述室外通信模块插入插槽时，通过内置天线收发射频信号。

本发明的有益效果在于，

WiMAX用户端设备CPE设备，成本较低，效率高、设计灵活，产品实现小型化、结构化；接收灵敏度高，拉远天线射频同轴电缆距离较长，满足用户需求。

附图说明

图1是本发明实施例的WiMAX用户端设备CPE产品的结构示意图；

图2是本发明实施例的射频信号补偿控制器的结构示意图；

图3是本发明实施例的室外通信模块射频信号通道电路的结构示意图；

图4是本发明另一实施例的带伺服转动电机的室外通信模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明全球互通微波接入用户端设备CPE设备进行说明。

本发明的核心思想在于，将低噪放、末级功率放大器等器件模块化成室外通信模块；同时，在CPE设备的结构设计过程中，室内通信模块的结构上可以预留有室外通信模块扩展连接插槽。在使用拉远功能时将室外单元模块取出后安装到室外与室外天线连接，通过射频同轴电缆与室内通信模块连接而构成拉远系统。不使用拉远功能时，可以将室外通信模块插入室外通信模块扩展连接插槽，与室外通信模块与内置天线相连接，从而构成一个完整的CPE设备。

如图1所示，本发明的WiMAX用户端设备CPE设备具体由室内通信模块、以太网处理模块、室外通信模块，以及天线构成。

室外通信模块与天线相连接，用于完成射频信号的发射和接收。

室内通信模块包括全球互通微波接入通信模块、射频信号补偿控制器，控制电路和第一射频信号复用器，其中，

全球互通微波接入通信模块，包括基带处理器和模拟射频处理器，用于将用户数据转换为射频信号，以及将从室外通信模块接收到的射频信号转换成为用户数据；

射频信号补偿控制器，连接至第一射频信号复用器，用于对所述室内通信模块收发的射频信号进行射频功率补偿；

控制电路，连接至所述射频信号复用器，用于给所述室外通信模块提供控制信号；

第一射频信号复用器，将射频信号和控制信号复用提供给所述室外通信模块。

在具体实施时，用户数据经过以太网处理模块，通过网络IP技术的处理后，经过室内通信模块接口电路(未示出)后进入基带处理器，经过基带处理形成WiMAX基带模拟信号，再经过模拟射频处理器把WiMAX基带模拟信号变换到射频信号，此射频信号进入射频信号补偿控制器，在射频信号补偿控制器中WiMAX发射信号根据拉远馈线的长度及损耗进行射频功率补偿；同时由控制电路形成的各种控制信号和供电电路提供的外部电源，一起进入第一射频信号复用器，经过复用滤波器后加载到拉远50欧姆射频同轴电缆上并提供给室外通信模块。

在使用室外拉远功能时，室内通信模块经射频同轴电缆与室外通信模块相连接。室外通信模块，具体包括第二射频信号复用器，以及分别与该复用器相连接的射频信号通道电路、控制电路。

第二射频信号复用器，接收到经射频同轴电缆传递来的信号后，将该信号解复用，分离成射频信号和控制信号分别传递给射频信号通道电路和室外通信模块控制电路。

射频信号通道电路，与天线相连接，用于将从第二射频信号复用器接收到的射频信号进行功率放大，并传输给所述天线散射；还用于通过天线接收射频信号，进行增益放大后经所述射频信号复用器传送给所述室内通信模块；

室外通信模块控制电路，用于将从第二射频信号复用器中接收到的控制信号处理后形成的射频收发开关转换控制信号，控制所述室外通信模块的射频收发；

此时，室外通信模块是本拉远系统的射频前端处理模块，主要完成射频信号的低噪声接收和大功率发射。室内通信模块与室外通信模块之间的各种射频信号、控制信号、电源供电信号被以频分复用的方式加载到射频同轴电缆上，从而保障室外通信模块与室内通信模块进行通讯、控制和WiMAX射频信号的传输。

CPE设备还可以包括与室内通信模块相连接的室外通信模块扩展连接插槽。在不使用室外拉远功能时，将室外通信模块插入室外通信模块扩展连接插槽，室外通信模块连接到CPE设备的内置天线，完成射频信号的接收和发射，室内通信模块与室外通信模块相连接，便形成一台完整的室内WiMAX用户CPE产品。

如图2所示，射频信号补偿控制器主要包括以下几个部分，射频信号收发通道1和射频信号接收通道2。

射频信号收发通道1由射频信号发射电路和射频信号接收电路组成，该两电路连接至收发开关。射频信号发射电路包括依次串联的发射滤波器、发射电调衰减器、发射功率补偿放大器，发射功率补偿放大器连接至收发开关；射频信号收发通道1接收电路与射频信号接收通道2接收电路都由依次串联的接收滤波器、接收增益补偿放大器、接收电调衰减器以及与接收增益补偿放大器并联的的接收旁路开关组成，接收电调衰减器连接至收发开关。

在使用室外拉远功能的WiMAX用户端设备CPE产品时，当CPE设备工作在发射信号通道时：WiMAX射频信号收发通道1的发射信号，经过通道1发射滤波器平衡转不平衡后，进入通道1发射电调衰减器(在使用室外拉远功能时发射电调衰减器的衰减量为0DB，即不衰减)，最后射频信号进入发射功率补偿放大器进行信号功率的补偿放大，补偿信号经过室外拉远射频50欧姆同轴电缆时产生的损耗。

现有的CPE设备中末级功率放大器会产生较大的功率损失，若想通过提升末级功率放大器输出功率和线性度，需要的成本很高且容易使得CPE设备体积大、散热大、效率低，而使用本技术方案，可以采用价格低、体积小、散热小、端口匹配的高线性中小射频功率放大器件来弥补现有CPE设备中末级功率放大器产生的功率损失，从而提高产品的性价比。

当CPE设备工作在接收信号通道时：射频信号收发通道1的接收信号经过通道1接收开关、通道道1接收电调衰减器(在使用室外拉远功能时接收电调衰减器的衰减量为0DB，即不衰减)，最后射频信号进入接收增益补偿放大器进行信号增益的补偿放大，补偿信号经过室外拉远射频同轴电缆时产生的损耗。此时的射频信号收发通道1接收旁路开关根据已接收的WiMAX射频信号强弱由基带处理器和模拟射频处理器进行控制，若接收信号较强则旁路开关接通，即不进行信号增益补偿，射频信号经电调衰减器后经旁路开关直接进入接收滤波器；若接收信号较弱则旁路开关断开，信号经接收增益补偿放大器进行信号增益补偿后再进入接收滤波器。射频信号最后经射频信号收发通道1接收滤波器进行不平衡转平衡变换后进入模拟射频处理器进行处理。

同理，当CPE终端工作在接收信号通道时：WiMAX射频信号接收通道2的接收信号经过射频信号接收通道2接收开关，射频信号接收通道2接收电调衰减器(此时不衰减)，接收增益补偿放大器进行信号增益的补偿放大(补偿信号经过同轴电缆时产生的损耗)，此时的射频信号接收通道2接收旁路开关根据已接收的WiMAX射频信号强弱由基带处理器和模拟射频处理器进行控制，若接收信号较强则不进行信号增益补偿，射频信号经电调衰减器后经旁路开关直接进入滤波器，最后再经射频信号接收通道2接收滤波器进行不平衡转平衡变换后进入模拟射频处理器进行处理。

如图3所示，室外通信模块射频信号通道电路包括射频信号通道1收发电路和射频信号通道2接收电路。

室外通信模块射频信号通道1收发电路，主要包括以下几个部分：射频收发开关、电调衰减器、末级功率放大器、低通滤波器、射频功率检测、固定增益LNA低噪放、带通滤波器组成。室外通信模块射频发射信号通道1，这部分电路主要的任务是为经过射频同轴电缆传输到室外通信模块的发射信号提供末级射频功率放大，以达到指标要求的射频功率输出和线性度要求并传输给室外第一天线辐射到空间。在室外通信模块中的末级射频功率放大器、电调衰减器、射频功率检测一起构成自动射频功率控制电路保障末级功放的长期稳定工作和不受输入端激励信号的影响。室外通信模块射频接收信号通道1，这部分电路主要目的是由射频收发开关、带通滤波器、固定增益LNA低噪放来构成室外通信模块信道1低噪放，用以弥补室外拉远射频同轴电缆的损耗。

室外通信模块射频信号通道2接收电路，主要包括以下几个部分：固定增益LNA低噪放、带通滤波器、射频收发开关组成。这部分电路主要目的是由射频收发开关、带通滤波器、固定增益LNA低噪放来构成室外通信模块射频信号通道2低噪放用以弥补室外拉远射频同轴电缆的损耗。

室内通信模块控制电路，主要包括以下几个部分：晶体振荡器、射频收发开关基带控制器、ASK信号调制器、晶体滤波器。完成WiMAX收发开关控制信号的远距离调制。这部分电路主要的任务是将室内主机单元的射频收发开关信号经过射频收发开关基带控制器处理，形成50us以下的收发开关转换信号与晶体振荡器一起经过ASK信号调制器调制成晶体载波信号，再经晶体滤波器滤波整形后送到射频信号复用器加载到射频同轴电缆上(此部分信号处理电路总的群延时小于50us)。

室外通信模块控制电路主要包括以下几个部分：晶体滤波器、ASK信号解调器、射频收发开关基带控制器组成，这部分电路主要的任务是将室内主机单元输出的射频已调载波收发开关信号经过滤波器滤波后经ASK信号解调器解调再经射频收发开关基带控制器处理，恢复形成50us的收发开关转换控制信号用以控制室外通信模块内部的射频收发开关按照时分复用的方式工作。

在具体实施时，考虑到元件的通用性及功能要求，晶体振荡器可以选用10.7MHZ晶体振荡器，同时晶体滤波器选用10.7MHZ晶体滤波器；或者，选用21.4MHZ晶体振荡器及21.4MHZ晶体滤波器。

本发明的另一较佳实施例，如图4所示，室外通信模块还包括伺服转动电机和室外伺服控制电路，室外通信模块的射频信号通道电路与室外高增益定向天线相连接。其中，

室外伺服控制电路，用于接收来自于室内通信模块的实时控制信号，控制所述伺服转动电机；

伺服转动电机，用于响应于室内通信模块的控制信号，控制天线实现实时转动。

在本实施例中，室外通信模块控制电路还包括室外通信模块自动智能检测校正通信电路射频调制器和调制器滤波器。这部分电路主要的任务是将室外通信模块的非实时监测信号如，室外通信模块的末级功放温度、电压、室外天线的状态如，开路、短路、VSWR驻波比等模拟基带信号，经过室外模块自动智能检测校正通信电路射频调制器、通信调制器滤波器后加载到室外通信模块的射频复用器经过射频同轴电缆通知室内通信模块。

室内通信模块控制电路还包括，室外模块自动智能检测校正通信电路射频解调器和通信解调器滤波器。这部分电路主要的任务是将接收到的经射频同轴电缆传递过来的室外通信模块的非实时监测信号，经过通信解调器滤波器滤波、室外模块自动智能检测校正通信电路射频解调器解调后通知用户室外通信模块的工作状态。在具体实施时，室内通信模块自动智能检测校正通信电路射频解调器连接至以太网处理模块中的CPU，在CPU中经一定算法运算后将结果显示给用户。

如图4所示的室外通信模块控制电路，还包括室外伺服控制电路。在具体实施时，室外通信模块自动智能检测校正通信电路，检测到室外天线信号强度，加载到室外通信模块的射频信号复用器上，再经射频同轴电缆传输给室内通信模块，该监测信号经室内通信模块智能检测电路，传递以太网处理模块中的CPU，在CPU中通过软件方式不断扫描接收到的信号强度指示RSSI指标、不断检测空间不同方向的信号强度，然后由软件输出控制信号。该控制信号再经室内通信模块控制电路传递给室外通信模块控制电路中的室外伺服控制电路，伺服转动电机响应于该控制信号，调节高增益定向天线转动的方向角，使其上的WiMAX高增益定向天线始终指向信号的最强方向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全球互通微波接入用户端设备，包括以太网处理模块，其特征在于，所述设备还包括室内通信模块、室外通信模块以及天线，其中，

室外通信模块，与天线相连接，用于完成射频信号的发射和接收；

室内通信模块，与所述室外通信模块连接，用于将用户数据转换成射频信号，并将该射频信号提供给室外通信模块，以及用于接收来自所述室外通信模块的射频信号并将该射频信号转换成用户数据；

所述室内通信模块包括全球互通微波接入通信模块、射频信号补偿控制器、控制电路和第一射频信号复用器，其中，

全球互通微波接入通信模块，包括基带处理器和模拟射频处理器，用于将用户数据转换为射频信号，以及将从室外通信模块接收到的射频信号转换成为用户数据；

射频信号补偿控制器，连接至所述第一射频信号复用器，用于对所述室内通信模块收发的射频信号进行射频功率补偿；

控制电路，连接至所述第一射频信号复用器，用于给所述室外通信模块提供控制信号；

第一射频信号复用器，用于将射频信号和控制信号复用提供给所述室外通信模块，以及用于接收信号并解复用所接收到的信号；

所述室外通信模块包括第二射频信号复用器，射频信号通道电路和室外通信模块控制电路，其中，

第二射频信号复用器，接收并解复用由所述第一射频信号复用器传递来的信号，并将解复用后的信号传递至所述射频信号通道电路与所述室外通信模块控制电路，以及用于将接收的射频信号，并将射频信号和控制信号复用传递至所述第一射频信号复用器；

射频信号通道电路，与所述天线相连接，用于将从第二射频信号复用器接收到的射频信号进行功率放大和增益放大，并传输给所述天线散射；还用于通过天线接收射频信号，进行增益放大后经所述射频信号复用器传送给所述室内通信模块；

室外通信模块控制电路，用于将从第二射频信号复用器中接收到的控制信号处理后形成的射频收发开关转换控制信号，控制所述室外通信模块的射频收发。

2.如权利要求1所述的全球互通微波接入用户端设备，其特征在于，所述射频信号补偿控制器，包括：射频信号收发电路和射频信号接收电路，其中，

射频信号收发电路，用于对经射频信号通道电路接收和发射的射频信号进行信号补偿；

射频信号接收电路，用于对经射频信号通道电路接收到的射频信号进行信号补偿。

3.如权利要求1所述的全球互通微波接入用户端设备，其特征在于，所述室外通信模块控制电路还包括彼此连接的自动智能检测校正通信电路射频调制器和调制器滤波电路，用于将室外通信模块的非实时监测信号处理后传递给所述室内通信模块。

4.如权利要求3所述的全球互通微波接入用户端设备，其特征在于，所述室内通信模块控制电路，还包括彼此连接的室内通信模块自动智能检测校正通信电路射频解调器和解调器滤波电路，用于将所述室外通信模块传送的非实时监测信号通知用户。

5.如权利要求4所述的全球互通微波接入用户端设备，其特征在于，所述室外通信模块还包括伺服转动电机和伺服控制电路，其中，

伺服控制电路，用于接收来自于室内通信模块的控制信号，控制所述伺服转动电机；

伺服转动电机，响应于所述控制信号，控制天线转动。

6.如权利要求5所述的全球互通微波接入用户端设备，其特征在于，所述天线为高增益定向天线。

7.如权利要求1至6所述的全球互通微波接入用户端设备，其特征在于，还包括扩展连接插槽与内置天线，所述扩展连接插槽与室内通信模块相连接，用于容纳室外通信模块，所述室外通信模块插入所述插槽时，通过所述内置天线收发射频信号。

8.一种全球互通微波接入用户端设备天线拉远方法，其特征在于，将所述全球互通微波接入用户端设备分为：室内通信模块、室外通信模块以及天线，所述室外通信模块与天线相连接，并通过电缆与所述室内通信模块连接，其中，

室外通信模块与天线相连接，用于完成射频信号的发射和接收；

室内通信模块，用于将用户数据转换成射频信号，并将该射频信号提供给室外通信模块，以及用于接收来自所述室外通信模块的射频信号并将该射频信号转换成用户数据；

所述室内通信模块包括全球互通微波接入通信模块、射频信号补偿控制器、控制电路和第一射频信号复用器，其中，

全球互通微波接入通信模块，包括基带处理器和模拟射频处理器，用于将用户数据转换为射频信号，以及将从室外通信模块接收到的射频信号转换成为用户数据；

射频信号补偿控制器，连接至所述第一射频信号复用器，用于对所述室内通信模块收发的射频信号进行射频功率补偿；

控制电路，连接至所述第一射频信号复用器，用于给所述室外通信模块提供控制信号；

第一射频信号复用器，用于将射频信号和控制信号复用提供给所述室外通信模块，以及用于接收信号并解复用所接收到的信号；

所述室外通信模块包括第二射频信号复用器，射频信号通道电路和室外通信模块控制电路，其中，

第二射频信号复用器，接收并解复用由所述第一射频信号复用器传递来的信号，并将解复用后的信号传递至所述射频信号通道电路与所述室外通信模块控制电路，以及用于将接收的射频信号，并将射频信号和控制信号复用传递至所述第一射频信号复用器；

射频信号通道电路，与所述天线相连接，用于将从第二射频信号复用器接收到的射频信号进行功率放大和增益放大，并传输给所述天线散射；还用于通过天线接收射频信号，进行增益放大后经所述射频信号复用器传送给所述室内通信模块；

室外通信模块控制电路，用于将从第二射频信号复用器中接收到的控制信号处理后形成的射频收发开关转换控制信号，控制所述室外通信模块的射频收发。

9.如权利要求8所述的全球互通微波接入用户端设备天线拉远方法，其特征在于，所述全球互通微波接入用户端设备还包括扩展连接插槽与内置天线，所述扩展连接插槽与室内通信模块相连接，用于容纳室外通信模块，所述室外通信模块插入所述插槽时，通过所述内置天线收发射频信号。

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