CN101841369A - 从复合光信号中提取放大td-scdma信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从复合接入光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置，在下行方向上包括光模块、带通滤波器、衰减器、驱动放大器、功率放大器、同步检测装置；在上行方向上，低噪声放大器、衰减器、带通滤波器、高增益放大器。本发明还包括供电模块等。本发明实现了将复合光信号转化为电信号，并从电信号中提取放大TD-SCDMA信号，解决了多种信源接入装置远端信号放大要求。

Description

从复合光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别是从复合接入光信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序放大TD-SCDMA信号的装置。

背景技术

在当前的驻地接入网建设当中，亟需一种接入网的统一接入方法，来建设能兼容固网、广电网及2G、3G移动通信网等所有通信网络的驻地接入网，来解决信息通信网络全系统的统一接入。在这样的宽带接入系统中，如何在远端节点分离放大及监控各个信号资源成为重要的技术问题。

但是，传统的功率放大器无法在实现信号分离放大的同时，又有监控、上报的功能，同时还要具有能适应宽电压范围，以适合远程供电的电源。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供从复合光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置，用于实现在用户端节点分离放大TD-SCDMA信号。

为实现上述目的，本发明提供了一种从复合光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置，包括：

光模块，用于将下行的复合光信号转换为复合电信号，以及将上行的复合电信号转换为复合光信号；

TD-SCDMA射频模块，用于从复合电信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序，在下行时隙到来时，放大由基站发出的TD-SCDMA下行信号，在上行时隙到来时放大由移动设备发出的上行信号。

本发明是从复合光信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序放大TD-SCDMA信号。解决了能从兼容固网、广电网及2G、3G移动通信网等所有通信网络的宽带光信号中，提取、放大TD-SCDMA信号的功能。为建设能兼容固网、广电网及2G、3G移动通信网等所有通信网络的驻地接入网的实现提供了合理的一种解决方法。

附图说明

图1为本发明的实施例中从复合光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置结构图；

图2为本发明的实施例中TD-SCDMA射频模块的结构图；

图3为本发明的实施例中介质波滤波器的结构图；

图4为本发明的实施例中同步获取电路的结构图；

图5为TD-SCDMA标准子帧结构图；

图6为本发明的实施例中同步获取电路的工作状态转换图；

图7为本发明的实施例中输出保护电路的工作原理图；

图8为本发明的实施例中输出检波电路的工作原理图；

图9为本发明的实施例中电源模块的结构图；

图10为本发明的实施例中监控模块的结构图。

具体实施方式

本发明的实施例从复合光信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序放大TD-SCDMA信号。解决了能从兼容固网、广电网及2G、3G移动通信网等所有通信网络的宽带光信号中，提取、放大TD-SCDMA信号的功能。为建设能兼容固网、广电网及2G、3G移动通信网等所有通信网络的驻地接入网的实现提供了合理的一种解决方法。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明的实施例中从复合光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置结构图，具体描述如下：

光模块，用于将下行的复合光信号转换为复合电信号，以及将上行的复合电信号转换为复合光信号。由于信号的拉远是通过光纤实现，因此要将传到远端的复合光信号转换为复合电信号。经光/电转换器进行光/电的转换，将传输过来的复合光信号变换成射频的复合电信号，再输出给TD-SCDMA射频模块。光电变换是通过已工业化生产的PIN管将接收到的光信号转换为电信号。电光变换是通过已工业化生产的FP或DFB激光器(发光二极管)来实现。

TD-SCDMA射频模块，用于从复合电信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序放大TD-SCDMA信号。

图2为本发明的实施例中TD-SCDMA射频模块的结构图，其包括：在下行方向上，

带通滤波器，用于将所述复合电信号中除了TD-SCDMA信号外的其它信号滤除。经光/电转换输出的复合电信号，首先通过带通滤波器滤除其他频率的复合电信号。这里的带通滤波器采用介质滤波器，介质滤波器是利用陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，常用的介质滤波器是用锆钛酸铅[Pb(ZrTi)O₃]压电陶瓷材料两面涂以银浆，加高温烧制成银电极，再经直流高压极化之后即成。图3为本发明的实施例中介质波滤波器的结构图。通过改变滤波器的形成孔结构、形成孔内导体厚度等，可以使滤波器在特定频率上谐振，从而达到滤波效果。

同步获取电路，用于从基站下行信号中提取同步信息，并控制下行链路射频放大器按照TD-SCDMA基站时序对信号进行放大。图4为本发明的实施例中同步获取电路的结构图。首先利用耦合器，从下行电信号中耦合出一部分下行信号，经过射频功率检波芯片(图中的检波器)，输出模拟电压信号。然后，将这一模拟电压信号送至高速比较器。通过与预置的参考电平相比较，得到经过整形的TD-SCDMA下行信号功率检波波形。然后，使用CPLD(复杂可编程逻辑器件)和MCU(微控制单元)组成的硬件来完成同步信息的提取功能。

图5为TD-SCDMA标准子帧结构。TD-SCDMA的标准信号是上、下行时隙比可变的时分复用信号，每个数据帧的长度是5ms，包括7个时隙和一些辅助的时间段，其中7个时隙中，至少有一个作为上行和一个作为下行，其余的时隙可以根据需要作为上行或下行。图5中，在第一转换点前存在一个整个信号中唯一长度为37.5μs的低电平，紧跟其后有一个整个信号中唯一长度为50μs的高电平，然后有一个75μs的低电平。只要检测这些状态，就可以确定第一转换点。通过时隙比，就可以推算出第二转换点的位置，从而得到准确的同步信息。

图6为本发明的实施例中同步获取电路的工作状态转换图。当同步获取电路检测到下降沿时，计数器开始计数，等待上升沿触发，检测低电平宽度。如果低电平宽度不满足要求则返回初始状态。如果低电平宽度满足要求，开始检测高电平宽度，如果高电平宽度不满足要求，则返回初始状态。如果高电平满足要求，则又开始检测低电平宽度。如果低电平宽度不满足要求，则返回初始状态。如果满足要求，则说明已经找到同步特征时隙。同步获取电路会将这一同步信息通过I/O口(输入输出接口)传入监控模块。监控模块利用这一同步信息为基准控制射频链路开关及时分双工器工作，完成信号的时分双工、同步放大。当在限定时间内没有检测到特征信号时，监控模块会控制射频链路开关及时分双工器根据上一次得到的同步信号基准来继续动作开关，这样在同步特征信息获取失败后也可以控制时分双工器正确动作。这样的措施保证了同步装置工作的可靠性。

运用这种方式，通过3个特征功率的限定，可以准确的获得同步信号，使得因为干扰而错误获取同步信息的机会大大降低。当同步丢失，监控模块根据上一次得到的同步信号基准来继续控制，可以保证在同步丢失的情况下也可以输出正确的波形。这些措施保证了系统的高可靠性。

衰减器，用于对电信号进行衰减，调节电信号强度。本实施例衰减器采用已经工业化的集成电路芯片，如：HMC273。监控模块通过其I/O口与衰减器进行通信，可以任意设置1-31dB衰减。

下行链路射频放大器，用于将TD-SCDMA的射频电信号进行放大。本发明的实施例中采用多级射频放大器串联的形式实现高增益放大。射频放大器采用已经工业化的集成电路芯片，如：AG402，AH312等射频芯片。

输出保护电路，用于保护下行链路射频放大器。由于意外原因造成天线脱离后，射频放大器的输出功率会被反射回来形成驻波。如果驻波过大会烧毁射频放大器。如图7所示，利用环形器对射频电信号的分路作用，一方面可以将由于天线脱离造成的反射信号进行分离。使得射频放大器的输出口不会形成驻波保护射频放大器，另一方面利用检波器对分离出来的反射电信号进行检测，得到反射功率值，通过监控模块的I/O口将检测到的反射功率值传入给监控模块。监控模块会将其与预置的告警门限进行比较，当超过告警门限时，监控模块会产生告警信息并上报。

下行输出检波电路，用于检测下行输出功率。如图8所示，当下行时隙到来时，耦合器从下行链路输出口耦合出一部分信号，利用检波器对耦合出的射频信号进行处理，得到随下行链路输出功率值变化的模拟电信号，利用监控模块对这一信号进行采样测量，最终得到下行链路输出功率值。

本装置还可以实现自动增益控制的功能，用于实现整个装置增益的自适应控制。在整个装置中，该功能不但起控制输出功率相对稳定，防止功放管烧毁的目的，还有补偿由于光纤拉远造成的增益损失的作用。监控模块利用下行输出检波电路和衰减器可以实现自动增益控制的功能。

输出检波电路可以检测到TD-SCDMA射频模块输出口处的功率，并将这一功率值通过监控模块的I/O口输入给监控模块。监控模块会以这一检测到的功率值为依据对衰减器进行调节。从而达到自动增益控制功能。由于在链路中引入这样的设计，一方面，当信号增大时，自动增益控制电路可以加大可调衰减器的衰减量，达到稳定输出功率，保护功放正常工作的作用；另一方面，当信号由于光纤拉远减小时，自动增益控制电路可以减小可调衰减器的衰减量，达到补偿系统增益，使设备可以满功率输出。

在上行方向上，与下行方向结构相似，具体同样包括：

上行链路射频放大器，用于将射频电信号进行放大。这里采用低噪声放大器，是为了提高接收用户终端信号的灵敏度。一个n级的级联放大器，其总的噪声系数可表示为：

其中：Kp1，Kp2...Kp(n-1)为各级的功率增益；

      N1，N2，...Nn为各级本身的噪声系数。

从式中可以看出，如果第一级的功率增益Kp1很大，那么第二项及其以后各项则很小而可以忽略，于是总的噪声系数NF仅由第一级的噪声系数N1决定。如果将上行链路中滤波器、衰减器放在上行链路放大器前面，则会造成上行链路噪声系数恶化。如果放在上行链路射频放大器后面，则无法实现自动增益控制，无法防止上行链路阻塞的目的。因此将上行链路射频放大器分为两部分组成，第一部分可以提供足够小的噪声系数和足够大的增益，从而减小了上行链路中滤波器、衰减器对上行链路噪声性能的影响。

滤波器，为带通滤波器，用于将除了TD-SCDMA信号外的其它射频信号滤除。

衰减器，用于对电信号进行衰减，调节电信号强度。

上行输出检波电路，用于检测上行输出功率。其原理与下行输出检波电路相同。

除了以上模块，TD-SCDMA射频模块还进一步包括：

时分双工器，用于实现上下行链路的时分双工。采用已经工业化的开关集成电路芯片，如：HMC574。监控模块得到同步信息后，通过其I/O口控制开关集成电路芯片工作，实现上下行链路的倒换。当上行时隙到来时，监控模块会先关闭下行链路射频放大器，然后倒换时分双工器的开关芯片，之后开启上行链路射频放大器。通过这样“先关后开”的顺序可以提高上下行链路的隔离度，防止放大器烧毁。

除了光模块和TD-SCDMA射频模块，图1装置还进一步包括：

电源模块，电源模块用于将48V远供电输入通过开关电源转化成本发明的实施例中所用的+5V电源。图9为本实施例中电源模块结构图，其中：

输入保护电路及滤波网络，用于过压保护和干扰噪声的滤除。由保险丝，输入电感、电容，瞬态抑制二极管，电桥组成。在电源入口加保险丝，当发生短路或者过载等故障时熔断以切断电路来保护有源设备；在电源输入端加滤波电容，一方面可以降低反串干扰，另一方面可以增加系统稳定性；在输入口加Y电容可以降低共模噪声；在输入口加共模电感，可以有效抑制共模干扰；在输入口加瞬态抑制二极管，可以提供瞬态过压保护；电桥可以防止因为电源正负电极错误连接而带来的设备损坏。

宽电压DC-DC直流开关电源，用于将DC72V-DC36V范围的电压转换为DC5V，供远端机使用。72V到36V的宽电压输入范围可以自适应远供电的拉远距离。

监控模块，用于控制整个设备正常工作，采集并上报整个设备的工作信息。监控模块的核心是单片机，本例中采用TQFP-144-LPC2132。图10为监控模块结构图。它由I/O接口、温度传感器、电流传感器、232串口、LED指示灯组成。其内部有电可擦除存储器，可以记录设备工作的重要数据。监控模块外部I/O接口(如图1、2所示)用来控制光模块、TD-SCDMA射频模块正常工作，232接口用来与电脑通信，可以实现本地工作状态查询，设备工作状态的设定。温度传感器、电流传感器可以检测设备工作温度、电流。当检测到的信息超出正常范围后，监控模块会给出相应的告警信息。LED指示灯可以给出设备工作状态的基本指示。

本发明实施例将复合光信号转换为复合电信号，从复合电信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序放大TD-SCDMA信号，实现了多信源接入系统的单信号放大。射频组件采用功率放大器、低噪声放大器一体化模块实现，采用射频开关完成上、下行的双工功能，有效的减小了设备体积。在下行链路上采用低功耗、微功率放大器，通过每级放大器加屏蔽罩，滤波、放大相间的形式，即实现了信号的放大，又实现了滤波。在上行链路上通过选择性能良好的低噪声放大器，并对每级放大器加屏蔽罩，完成信号的低噪声放大。该装置还能实现用户业务接口单元工作状态的控制、信息的采集上报。通过在放大器出口添加功率检波，实现功率的控制；通过增加电流传感器，温度传感器实现实时监控功放工作状态。电源部分采用小体积开关电源，有效的缩小了用户业务接口单元体积。在230×138mm的PCB板上，即实现了功放、低噪放一体化的设计，又集成了电源部分和设备同步、监控单元。整个装置采用微功率输出，即满足TD-SCDMA信号要求峰均比大，线性度高的要求，又实现整体微功率，装置功耗典型值9W，有利于实现直流电远供。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种从复合光信号中提取放大TD-SCDMA信号的装置，其特征在于，包括：

光模块，用于将下行的复合光信号转换为复合电信号，以及将上行的复合电信号转换为复合光信号；

TD-SCDMA射频模块，用于从复合电信号中提取TD-SCDMA信号，从TD-SCDMA下行信号中提取同步信息，按照基站时序，在下行时隙到来时，放大由基站发出的TD-SCDMA下行信号，在上行时隙到来时放大由移动设备发出的上行信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述TD-SCDMA射频模块在下行链路上具体包括：

滤波器，用于将所述下行的复合电信号中除了TD-SCDMA信号外的其它信号滤除；

同步获取电路，用于从所述TD-SCDMA信号中提取同步信息，并控制下行链路射频放大器按照TD-SCDMA基站时序对信号进行放大；

衰减器，用于对TD-SCDMA信号进行衰减，调节信号强度；

下行链路射频放大器，用于在同步获取电路的控制下将TD-SCDMA信号进行放大；

输出保护电路，用于保护下行链路射频放大器；

下行输出检波电路，用于检测下行输出功率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述TD-SCDMA射频模块在上行链路上具体包括：

上行链路射频放大器，用于将上行射频电信号进行放大；

滤波器，用于滤除TD-SCDMA信号外的其它信号；

衰减器，用于对TD-SCDMA信号进行衰减，调节信号强度；

上行链路射频放大器，用于在同步获取电路的控制下将TD-SCDMA信号进行放大；

上行输出检波电路，用于检测上行输出功率。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

时分双工器，用于实现上下行链路的时分双工。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

电源模块，用于将48V远供电输入转化成本装置中所用的+5V电源进行供电；

监控模块，用于控制整个装置正常工作，采集并上报整个装置的工作信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述同步获取电路具体包括：

耦合器，用于从下行电信号中耦合出一部分下行信号；

检波器，用于对射频功率检波，输出模拟电压信号；

高速比较器，用于将所述模拟电压信号与预置的参考电平相比较，得到经过整形的TD-SCDMA下行信号功率检波波形；

复杂可编程逻辑器件，用于根据所述检波波形完成同步信息的提取。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述监控模块利用所述同步信息为基准控制射频链路开关及时分双工器工作，完成信号的时分双工、同步放大；当在限定时间内没有检测到特征信号时，控制时分双工器根据上一次得到的同步信号基准来控制射频链路开关及时分双工器继续动作开关。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输出保护电路具体包括：

环形器，用于对射频电信号进行分路，将由于天线脱离造成的反射信号分离；

检波器，用于对所述分离出来的反射信号进行检测，得到反射功率值，将该值传入给监控模块，监控模块将其与预置的告警门限进行比较，当超过告警门限时，产生告警信息并上报。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输出检波电路进一步用于检测TD-SCDMA射频模块输出口处的功率，并将该功率值输入给监控模块，监控模块以该值为依据对衰减器进行调节。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述输出检波电路具体包括：

耦合器，用于当下行时隙到来时，从下行链路输出口耦合出一部分射频信号；

检波器，用于对所述耦合出的信号进行处理，得到随下行链路输出功率值变化的模拟电信号，利用监控模块对这一信号进行采样测量，最终得到下行链路输出功率值。

11.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源模块具体包括：

输入保护电路及滤波网络，用于进行过压保护和干扰噪声的滤除；

宽电压DC-DC直流开关电源，用于将DC72V-DC36V范围的电压转换为DC5V，供远端机使用。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述输入保护电路及滤波网络具体包括：

保险丝，用于当发生短路或者过载时熔断以切断电路来保护有源设备；

电容，用于降低反串干扰，增加系统稳定性，以及降低共模噪声；

电感，用于抑制共模干扰；

瞬态抑制二极管，用于提供瞬态过压保护；

电桥，用于防止因电源正负电极错误连接而带来的设备损坏。

13.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述监控模块具体包括：

单片机，用于根据接收到的工作状态信息，上报相应的告警信息；

I/O接口，用于与所述光模块、TD-SCDMA射频模块通信；

232接口，用于与电脑通信，进行本地工作状态查询，设备工作状态的设定；

温度传感器，用于检测设备工作温度，当检测到的温度超出正常范围后，监控模块给出相应的告警信息；

电流传感器，用于检测设备工作电流，当检测到的电流超出正常范围后，监控模块给出相应的告警信息；

LED指示灯，用于给出设备工作状态的基本指示。

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