CN102098804B - 时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统、单元和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统、单元和方法，在覆盖单元中，对混合了n个占用独立工作频道的信号的WiFi信号，利用频率n工器和时分双工开关以及合分路器的配合进行处理，具体到WiFi信号的下行信号，由频率n工器分离后被时分双工开关探测到并提供给合分路器进行合路并经天线辐射，具体到上行信号，由合分路器分配给n个时分双工开关后，经各频率n工器上行。本发明采用频率n工器、对应n个时分双工开关及多路射频信号的合路/分路技术，将混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号在同一个远端接入点同时收发，当多个这样的覆盖单元通过光纤与WiFi交换机相连接时，可以辅助WiFi交换机实现全面的信号覆盖。

Description

时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统、单元和方法

【技术领域】

本发明涉及一种时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统、单元和方法。

【背景技术】

目前，WiFi无线局域网正越来越普及，已经成为组建无线局域网的首选方案，但WiFi接入点(Access Point，简称AP)的信号覆盖范围较窄，通常为：室内，50～100米；室外，100～150米。

为了扩大WiFi信号的覆盖范围，采取的主要方法有：加大WiFi设备的辐射功率；采用光纤或电缆传输WiFi信号，增加WiFi传输距离。

WiFi采用ISM频段，其辐射功率受到限制，因此采用加大WiFi设备的辐射功率、扩大WiFi信号覆盖范围的方法受到限制。

电缆传输WiFi射频信号的距离很短，只有200米左右，因此采用有线电缆提高WiFi信号的覆盖范围，效果不明显。

目前，由于光纤的价格越来越便宜，业内开始研究在成本合理的前提下通过光纤传输来增加WiFi信号覆盖范围，理论上，采用的方法主要有：

1、通过光纤传输基带数据，连接远端WiFi接入点。远端接入点接收基带数据，通过数据处理、调制、变频、功率放大，再通过天线辐射出去。这种方案的远端接入点功能复杂，不利于系统管理和升级。

2、通过光纤传输WiFi中频信号，远端接入点接收信号后，经过变频、功率放大，再通过天线辐射出去。这种方案远端接入点仍需复杂的本地振荡器、变频器和滤波器。

3、通过光纤传输WiFi射频信号，远端节点只需经过功率放大、光/电转换、电/光转换，功能和结构都非常简单，WiFi的接入、认证和管理都在控制中心完成，系统的管理和升级非常方便。

目前，行内在射频域对WiFi信号进行交换的技术基本上尚处空白阶段，相应的交换设备也未有出现，本申请人着力于填补此一空白。本申请人在前提交了涉及用于生成混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号的若干申请(涉及交换机、信号处理方法等)，其申请号分别为CN201110028161.8、CN201110028164.1，而对于其中的信号如何在远端实现覆盖将在本申请中详细揭示。

【发明内容】

本发明的首要目的在于提供一种时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统、单元和方法，以使混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号得以有效地进行远程覆盖，使源自不同WiFi接入点的信号通过同一天线完成信号覆盖。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元，用于将混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号进行覆盖，该WiFi信号包括下行的发射信号和上行的接收信号，n为大于或等于2的正整数，该覆盖单元包括：

光电互换模块，包含光电模块和电光模块，所述光电模块用于将经光纤下行的发射信号从光信号转换为电信号，所述电光模块用于将本覆盖单元欲经光纤上行的接收信号从电信号转换为光信号；

功率放大器，用于放大被光电模块转换后的发射信号；

下行频率n工器，用于将被放大后的发射信号分离成n个分别占用不同频道的信号，分别分配到n个时分双工开关；

所述时分双工开关，用于将下行的独占工作频道的发射信号和上行的混合了n个分别工作于不同频道的信号的接收信号实现时分切换；

上行频率n工器，用于将由n个时分双工开关分离出的上行的接收信号合路成一路混合了n个分别工作于不同频道的信号的接收信号；

低噪声放大器，用于将由上行频率n工器合路后的接收信号进行放大，并发送给光电互换模块的电光模块转换后沿光纤上行；

合分路器，用于将经n个时分双工开关分离出的下行的发射信号进行合路并发送到天线进行覆盖，以及用于将从天线获得的混合了n个分别工作于不同频道的信号的接收信号分配到n个时分双工开关；

所述天线，用于完成信号覆盖。

所述频率n工器包括n个带通滤波器，各带通滤波器具有不同的中心频率，以便对应不同工作频道的WiFi信号进行滤波。

所述光电互换模块中光电模块和电光模块的工作带宽被约束为1600MHz～2700MHz之间的任意数值。

所述时分双工开关的端口隔离度大于或等于50dB。

所述光纤为单模光纤。

本发明的时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统，其包括m个独占工作频道的WiFi信号接入点、具有若干个与WiFi信号接入点相连接的近端接入端口和若干个与如权利要求1至5中任意一项所述的覆盖单元相连接的远端接入端口的WiFi交换机，以及至少一个如权利要求1至5中任意一项所述的覆盖单元，所述WiFi信号接入点与WiFi交换机的远端接入端口相连接，所述覆盖单元与WiFi交换机的远端接入端口相连接。

本发明的时分双工频分多路WiFi信号覆盖方法，其包括：

信号下行的步骤：首先，经由光纤接收一路经WiFi交换机混合的源自多个WiFi接入点的混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号的输入，将其进行功率放大，继而，将放大后的WiFi信号通过频率n工器分离为n路分别占用独立工作频率的WiFi信号，再将该些信号分配到n个时分双工开关中，经该相应的时分双工开关传输至同一合分路器，由该合分路器对n个时分双工开关传输来的信号进行合路后，经同一天线辐射；

信号上行的步骤：首先，将经所述天线接收的WiFi信号传输给所述合分路器，该合分路器将该接收的WiFi信号分配到所述n个时分双工开关中，n个时分双工开关分别将WiFi信号发送到与之相应连接的所述n个频率n工器，每个频率n工器将来自不同时分双工开关的WiFi信号进行合成后，发送给低噪声放大器进行放大，放大后的WiFi信号经光纤上行到WiFi交换机以提供给WiFi接入点。

此外，还具有一控制一个或多个时分双工开关通断的步骤。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：采用频率n工器、对应n个时分双工开关及多路射频信号的合路/分路技术，将混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号在同一个远端接入点同时收发，当多个这样的覆盖单元通过光纤与WiFi交换机相连接时，可以辅助WiFi交换机实现全面的信号覆盖。

【附图说明】

图1为本发明时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元的原理框图；

图2为本发明的时分双工开关更为详尽的原理框图；

图3为以本发明的覆盖单元进行组网的覆盖系统的原理框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

图1为本发明的时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元的示例性实施例的结构框图。

该覆盖单元包括光电互换模块102、由光纤互换模块102提供连接的光纤端口101、功率放大器(PA)103、低噪声放大器(LNA)104、频率三工器105、时分双工开关(110、111、112)、合分路器107、辐射天线108。

光纤端口101与光电互换模块102相连，通过光纤连接WiFi交换机和远端接入点，传输上行和下行光信号。

光电互换模块102包含电光模块和光电模块；电光模块采用模拟射频电信号调制激光器，实现电/光转换；光电模块将接收的光信号转换成模拟射频电信号，实现光/电转换。

功率放大器(PA)103同光电互换模块102中的光电模块相连，用于实现发射的模拟射频电信号(下行)的功率放大。

低噪声放大器(LNA)104用于实现接收的模拟射频电信号(上行)的低噪声放大。

频率三工器105内置三个带通滤波器，3dB带宽为25MHz，中心频率分别为2.412GHz、2.437GHz、2.462GHz，即WiFi 802.11g协议的1、6、11频道。频率三工器用在下行端时，用于分离出三个独立频道WiFi信号；频率三工器用在上行端时，将三个独立频道的WiFi信号合成一路。频率三工器在其它实施例中可以理解为频率n工器，其中n＞＝2，n为正整数。

时分双工开关(110、111、112)采用时分双工的方式，实现接收和发射的时分双工。时分双工开关(110、111、112)由射频功率探测、整形电路、驱动电路和开关管及其附属电路构成(如图2所示)。在其它实施例中，时分双工开关的个数与频率n工器中n的数值相对应，也即对应独占频率的信号的个数设置。

时分双工开关(110、111、112)的收、发端(如图2所示的Rx、Tx端)分别与两个频率三工器的相连，其两个频率三工器对应的带通滤波器中心频率相同。即每个时分双工开关(110、111、112)都与两个频率三工器的一对带通滤波器相连，处理一个频道的接收和发射。时分双工开关(110、111、112)的端口隔离度大于或等于50dB。

本发明的实施例中，时分双工开关110处理频道1的收发双工、时分双工开关111处理频道6的收发双工、时分双工开关112处理频道11的收发双工。

合分路器107连接辐射天线和三个时分双工开关，用于将三路下行的WiFi射频信号合路成一路，或将辐射天线接收的射频信号分路成三路。

辐射天线108用于辐射WiFi射频信号，完成信号覆盖。

光电互换模块102中的光电模块、功率放大器(PA)103、频率三工器105、时分双工开关(110、111、112)、合分路器107、辐射天线108构成远端接入点的下行(发射信号)通道；辐射天线108、合分路器107、时分双工开关(110、111、112)、频率三工器105、低噪声放大器(LNA)104、光电互换模块102中的电光模块构成远端接入点的上行(接收信号)通道；

本发明的覆盖单元可以同时接收或发射WiFi 802.11g协议的三个频道(1、6、11频道)信号，也可以同时接收或发射其中的两个或一个频道的信号。具体实施方法如下：

覆盖单元同时收、发三个频道的信号，且发射频道1、接收频道6和11。频道1的发射信号通过光电互换模块102中的光电模块转换成模拟射频电信号，再经功率放大器(PA)103功率放大、频率三工器105滤波后，加载到时分双工开关110的Tx端，时分双工开关110中的射频功率探测电路探测到发射功率输出，触发开关接通发射端(Tx)，使发射端(Tx)与公共端(Cx)接通，频道1的发射信号经过合分路器107，由天线108辐射出去；同时天线108接收的频道6和11的信号，经合分路器107分路成三路，由于滤波器的滤波作用，频道6的信号通过时分双工开关111，频道11的信号通过时分双工开关112，时分双工开关111和112都处于接收状态，其开关都接通在Rx端，则频道6和11的信号经频率三工器105合并成一路，通过低噪声放大器104放大，并由光电互换模块102中的电光模块转换成光信号，上传至WiFi交换机，完成频道6和频道11的接收(上行)。

依上述描述，很容易理解三个频道信号(1、6、11)的接收和发射的各种情况，及同时收发其中的两个或一个频道的情况，故不在此一一描述。

时分双工开关也可以被人为控制，当其中的一个时分双工开关被关断，则WiFi信号中与其所对应的工作频道的信号将不能被处理，因此，通过此一步骤的控制，可以在覆盖单元中实现对每个工作频道的WiFi信号的独立控制。

远端接入点通过频率三工器和时分双工开关保证各个频道间不相互影响，实现一根天线辐射多路射频信号。

图2为本发明的时分双工开关(110、111、112)的更为详尽的原理框图。

时分双工开关110、111、112具有相同的结构和功能。

时分双工开关由射频功率探测201、整形电路202、驱动电路203、以及开关管Q1、Q2、Q3、Q4及其辅助电路构成。

射频功率探测201采用探测发射(Tx)端的发射功率。

整形电路202用于对射频功率探测201输出的微弱信号进行放大、整形和滤波。

驱动电路203用于对信号进行放大和调理，输出两个反向信号，分别控制Q1、Q4和Q2、Q3两组开关管的导通和截止。

当时分双工开关不工作，即三个端(Cx、Tx、Rx)都没有信号通过时，开关管Q2和Q3闭合，Q1和Q4断开，公共端Cx和接收端Rx接通；

当接收信号，即Cx端接收信号时，驱动电路203输出两个反向控制信号，使开关管Q2和Q3闭合，Q1和Q4断开，公共端Cx和接收端Rx接通；

当发射信号，即Tx有下行(发射)信号时，射频功率探测201输出的探测信号，经整形电路202和驱动电路203，输出两个反向控制信号，使开关管Q1和Q4闭合，Q2和Q3断开，公共端Cx和发射端Tx接通。

本发明的时分双工开关通过Q1、Q4和Q2、Q3两组开关管的导通和截止实现公共端Cx收、发双工，同时无论开关接通发射端Tx还是接收端Rx，每个端口都匹配50欧的负载。

图3为由前述覆盖单元构成的本发明的时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统的原理框图。

该覆盖系统由WiFi交换机300和覆盖单元(330、331、332)构成。

WiFi交换机300由三个收发分离开关303、3×3开关矩阵(305、306)、光电互换模块307以及光纤端口101构成。WiFi交换机在提供三个近端接入端口以分别与三个WiFi接入点(A)301相连接，提供三个远端接入端口与三个所述覆盖单元330、331、332相连接。WiFi交换机借助其组成的矩阵，使三个WiFi接入点的信号在其内实现全交换，经其远端接入端口输出的WiFi信号将混合三个WiFi接入点的独占工作频道的信号。

三个WiFi接入点(AP)301工作在WiFi 802.11b/g标准，工作频道分别为1、6和11。

通过收发分离开关303和3×3开关矩阵(305、306)的全交换功能，三个WiFi接入点(AP)301的信号可以分布到任何一个光纤端口101；同时任何一个光纤端口101可以传输三路、二路或一路WiFi接入点(AP)的信号，也可以不传输任何一路WiFi接入点(AP)的信号。

覆盖单元(330、331、332)将WiFi交换机300收发的WiFi射频信号在远端处理、并通过一根天线辐射出去。

WiFi交换机300、覆盖单元(330、331、332)以及通过光纤端口101连接的200米-5000米的光纤，构成一个完整的、容量可重构的光载无线交换系统，实现WiFi无线信号的大范围分布。

上面的描述清楚地示出了本发明的覆盖系统及其覆盖单元的结构和信号处理方法，覆盖单元采用光纤传输WiFi射频信号，实现多个WiFi接入点(AP)的射频信号通过一根射频天线辐射出去。

本发明的示例性实施例中光纤端口101采用双光纤传输光信号，所采用的光纤为单模光纤，分别传输发射信号(下行)和接收信号(上行)。在光电互换模块(307、102)采用波分复用技术时也可以实现单光纤传输上行和下行双向信号。

本发明的示例性实施例中光电互换模块的信号工作带宽为1600MHz-2700MH。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元，用于将混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号进行覆盖，该WiFi信号包括下行的发射信号和上行的接收信号，n为大于或等于2的正整数，其特征在于，该覆盖单元包括：

光电互换模块，包含光电模块和电光模块，所述光电模块用于将经光纤下行的发射信号从光信号转换为电信号，所述电光模块用于将本覆盖单元欲经光纤上行的接收信号从电信号转换为光信号；

功率放大器，用于放大被光电模块转换后的发射信号；

下行频率n工器，用于将被放大后的发射信号分离成n个分别占用不同频道的信号，分别分配到n个时分双工开关；

所述时分双工开关，用于将下行的独占工作频道的发射信号和上行的混合了n个分别工作于不同频道的信号的接收信号实现时分切换；

上行频率n工器，用于将由n个时分双工开关分离出的上行的接收信号合路成一路混合了n个分别工作于不同频道的信号的接收信号；

低噪声放大器，用于将由上行频率n工器合路后的接收信号进行放大，并发送给光电互换模块的电光模块转换后沿光纤上行；

合分路器，用于将经n个时分双工开关分离出的下行的发射信号进行合路并发送到天线进行覆盖，以及用于将从天线获得的混合了n个分别工作于不同频道的信号的接收信号分配到n个时分双工开关；

所述天线，用于完成信号覆盖。

2.根据权利要求1所述的时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元，其特征在于，所述上行频率n工器和所述下行频率n工器中的每一个分别包括n个带通滤波器，各带通滤波器具有不同的中心频率，以便对不同工作频道的WiFi信号进行滤波。

3.根据权利要求1或2所述的时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元，其特征在于，所述光电互换模块中光电模块和电光模块的工作带宽被约束为1600MHz～2700MHz之间的任意数值。

4.根据权利要求1或2所述的时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元，其特征在于，所述时分双工开关的端口隔离度大于或等于50dB。

5.根据权利要求1或2所述的时分双工频分多路WiFi信号覆盖单元，其特征在于，所述光纤为单模光纤。

6.一种时分双工频分多路WiFi信号覆盖系统，其特征在于：

其包括m个独占工作频道的WiFi信号接入点、WiFi交换机，以及至少一个如权利要求1至5中任意一项所述的覆盖单元，所述WiFi交换机具有若干个与WiFi信号接入点相连接的近端接入端口和若干个与如权利要求1至5中任意一项所述的覆盖单元相连接的远端接入端口，所述WiFi信号接入点与WiFi交换机的近端接入端口相连接，所述覆盖单元与WiFi交换机的远端接入端口相连接。

7.一种时分双工频分多路WiFi信号覆盖方法，其特征在于，其包括：

信号下行的步骤：首先，经由光纤接收一路经WiFi交换机混合的源自多个WiFi接入点的混合了n个分别工作于不同频道的信号的WiFi信号的输入，将其进行功率放大，继而，将放大后的WiFi信号通过频率n工器分离为n路分别占用独立工作频率的WiFi信号，再将该些信号分配到n个时分双工开关中，经该相应的时分双工开关传输至同一合分路器，由该合分路器对n个时分双工开关传输来的信号进行合路后，经同一天线辐射；

信号上行的步骤：首先，将经所述天线接收的WiFi信号传输给所述合分路器，该合分路器将该接收的WiFi信号分配到所述n个时分双工开关中，n个时分双工开关分别将WiFi信号发送到与之相应连接的频率n工器，频率n工器将来自不同时分双工开关的WiFi信号进行合成后，发送给低噪声放大器进行放大，放大后的WiFi信号经光纤上行到WiFi交换机以提供给WiFi接入点。

8.根据权利要求7所述的时分双工频分多路WiFi信号覆盖方法，其特征在于，具有一控制一个或多个时分双工开关通断的步骤。