CN102368867A - 一种自动选频的gsm数字光纤直放站及其实现方法 - Google Patents

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王文元
金淮东
施晓
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Abstract

本发明涉及一种自动选频的GSM数字光纤直放站及其实现方法，在数字选频直放站下行链路中增加一个自动选频DDC通道，通过修改自动选频DDC通道的工作频点来循环遍历所有的GSM频点，然后通过频点功率统计模块统计每个频点的功率，根据每个频点的功率的大小经过一定的算法选择出有效的频点，根据选出的有效频点来配置选频直放站的工作频点，使直放站正常工作。本发明有益的效果是：采用扫频技术来选择有效的频点，在有新频点出现的情况下能够快速加入新频点，而原先在用的频点可以根据实际情况设置有效频点删除时间Delete_Time，来决定连续多长时间没有出现的的话删除本频点。本发明实现起来非常的简单和有效，大大的降低了选频直放站系统频点变更的难度和复杂度，对于解决同类的设计存在的技术难题具有重大的参考和现实意义。

Description

一种自动选频的GSM数字光纤直放站及其实现方法
技术领域
本发明涉及移动通信网络覆盖及优化领域，主要是一种自动选频的GSM数字光纤直放站及其实现方法。
背景技术
随着移动通信业务的迅猛发展，直放站作为改善移动网信号弱区、盲区的重要设备，以其投资较少、结构简单、安装方便灵活等优点广泛应用于移动通信网。未来的移动通信系统存在着多频、多模、多体制和多标准等问题，这就限制了各种设备的互通和兼容，因此对软件无线电技术在直放站中的应用提出了切实需求。为了提高直放站的性价比，采用数字技术统一直放站的硬件平台是一种较好的解决方案。
数字光纤直放站是一种基站射频拉远设备，它由一台近端单机和多台远端机组成，利用数字缓存技术和数字光传输技术实现多个远端单元的组网连续覆盖；同时运用数字滤波和功率触发技术实现上下行载波的降噪功能，较好地解决了模拟直放站的噪声干扰问题。数字光纤系统下行链路：近端单元通过射频接口耦合基站扇区信号，经双工器、模拟变频、模数转换（ADC）、数字下变频（DDC）后进行电光转换，数字光信号通过光纤传输到远端单元，远端单元经光电转换、数字上变频（DUC）、数模转换（DAC）、模拟变频后进入射频功率放大器，最后大功率射频信号送到天馈系统。数字光线系统上行链路：包含主集接收与分集接收两个通道，采用与下行同样的处理过程。
数字选频直放站的工作频点必须与施主基站的频点保持一致才能正常的工作，目前广泛使用的选频直放站的频点修改方法是：通过直放站远程监控系统以短信的方式通知每台直放站进行频点修改，如果基站频繁变更频点进行网络优化的话，用上述方法修改选频直放站的频点效率非常低下，而且非常消耗人力物力。
发明内容
本发明的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种自动选频的GSM数字光纤直放站及其实现方法，特别是一种采用软件无线电架构的数字选频直放站系统，包括数字光纤选频直放站、数字无线选频直放站等等，及基于数字扫频技术的数字选频直放站系统的自动选频的方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种自动选频的GSM数字光纤直放站，在数字选频直放站下行链路的FPGA中增加一个用于通过修改自动选频DDC通道的工作频点来循环遍历所有GSM频点的自动选频DDC通道，自动选频DDC通道包括数字控制振荡器（NCO）、数字混频器、抽取滤波器、成型滤波器四个模块；NCO的输出频率可以实时的配置，从而修改自动选频DDC的工作频点来实现扫频。在FPGA中增加一个频点功率统计模块，用于统计每个频点的功率，成型滤波器的输出端通过频点功率统计模块与有效频点判断模块相连接，有效频点判断模块用于根据每个频点的功率的大小选择出有效的频点，并根据选出的有效频点来配置选频直放站的工作频点。
这种自动选频的GSM数字光纤直放站实现方法，在数字选频直放站下行链路中增加一个自动选频DDC通道，通过修改自动选频DDC通道的工作频点来循环遍历所有的GSM频点，然后通过频点功率统计模块统计每个频点的功率，根据每个频点的功率的大小经过一定的算法选择出有效的频点，根据选出的有效频点来配置选频直放站的工作频点，使直放站正常工作。
作为优选，频点功率统计模块统计自动选频DDC输出的每个频点的实时功率，然后把扫频一轮的所有频点的功率保存在FPGA的RAM中，FPGA根据RAM中的功率值和扫频门限Power_Threshold来判断当前这一轮哪些频点是有效的频点，然后通过I2C(Inter－Integrated Circuit)总线上报给数字板上的ARM；数字板ARM根据FPGA上报上来的有效频点，如果有新的频点出现的情况下，就增加直放站的工作频点，如果原先在用的频点在超过一定的时间（有效频点删除时间Delete_Time）没有出现的情况下就删除直放站的工作频点。
作为优选，频点功率统计模块，周期地统计自动选频DDC的成型滤波输出信号200us时间内的累加功率，选取半秒时间内的200us的累加功率的最大值，保存在FPGA的深度为123的RAM相应的地址1-121中，相应的地址1-121一个地址对应于一个频点。
作为优选，所述的有效频点判断模块，在统计完一遍121个频点的功率之后，有效频点判断模块对RAM_FPGA中的值进行扫描，选出最大值，保存该最大值和对应的RAM_FPGA地址，假设该地址为ADDR1，最大值为MAX_VALUE1，然后对ADDR-1、ADDR、ADDR+1地址的RAM中写零，如此循环选择出MAX_VALUEx大于扫频门限的所有频点。
作为优选，ARM开辟一个深度为121的RAM_ARM，自动选频DDC通道每扫一轮，ARM查询FPGA的有效频点判断模块选择出的有效频点，RAM_ARM中对应地址上的值就设置成1440，扫频一轮没扫到的频点，对应地址上的值减去1，如果对应地址的值被减成小于删除门限，即1440 - Delete_Time，则值置为0；ARM从大到小依次选出RAM_ARM中的值大于零的对于的地址，然后换算成GSM相应的频点，与直放站当前的工作频点做比较，如果频点变更的话，重新设置选频直放站的工作频点。
本发明有益的效果是：采用扫频技术来选择有效的频点，在有新频点出现的情况下能够快速加入新频点，而原先在用的频点可以根据实际情况设置有效频点删除时间Delete_Time，来决定连续多长时间没有出现的的话删除本频点。本发明实现起来非常的简单和有效，大大的降低了选频直放站系统频点变更的难度和复杂度，对于解决同类的设计存在的技术难题具有重大的参考和现实意义。
附图说明
图1是数字光纤直放站系统示意图；
图2是本发明的FPGA部分实现框图；
图3是本发明的频点功率统计模块的功能示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及举例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明首先定义了下面三个参数（这三个参数的值可以由上位机OMT软件配置）：
1．自动选频开关：自动选频开关打开的情况下，自动选频功能开始起作用；
2．有效频点删除时间Delete_Time： 当前在用的频点如果超过这个时间扫频都没有扫到的情况下则删除这个在用的频点。Delete_Time的范围从0~24小时（0~1440分钟）；
3．扫频门限Power_Threshold：频点统计的功率超过这个门限的话才认为本频点在用。
这个参数要根据输入直放站的频点功率的大小来设置，假设输入直放站的每个频点功率在-10dbm左右，那么建议扫频门限Power_Threshold设置为-25dbm左右。
图1是数字光纤直放站系统示意图。该系统包括有近端设备和远端设备，系统下行链路：近端单元通过射频接口耦合基站扇区信号，经双工器、模拟变频、模数转换（ADC）、数字下变频（DDC）后进行电光转换，数字光信号通过光纤传输到远端单元，远端单元经光电转换、数字上变频（DUC）、数模转换（DAC）、模拟变频后进入射频功率放大器，最后大功率射频信号送到天馈系统。数字光纤系统上行链路：包含主集接收与分集接收两个通道，采用与下行同样的处理过程。
图2是本发明的FPGA部分实现框图，由三个部分组成： 自动选频DDC通道、频点功率统计模块、有效频点判断模块。自动选频DDC通道的成型滤波器我们采用matlab里面的fdatool工具来设计，设计的参数有别于GSM选频直放站正常使用的DDC成型滤波器。假设GSM基站信道号35在使用，那么自动选频DDC工作在33、34、35、36、37信道号的时候都能够检测得到35信道号的功率，滤波器的阻带截止频率（Fstop）设置的值为200K，是为了降低扫频扫到临频和次临频的信号的功率，采用上述的成型滤波器，扫频扫到临频和次临频的信号的功率分别为-10dbc和-40dbc，能大大提高自动选频算法的可靠性。
图2中自动选频DDC的频点每半秒变换一次，在GSM 121个频点循环地扫频（假设是GSM 900MHz频段 下行930M到954M）。待NCO配置好新频点以后，图2中的频点功率统计模块开始周期地统计自动选频DDC的成型滤波输出信号200us时间内的累加功率，选取这半秒时间内的200us的累加功率的最大值，保存在FPGA的深度为123（地址0-122）的RAM（RAM_FPGA）相应的地址（1-121）中，相应的地址（1-121）一个地址对应于一个频点。RAM_FPGA地址为0和122的值为零，RAM_FPGA的深度定义为为123是为了方便后面的操作。
在统计完一遍121个频点之后，图2中的有效频点判断模块对RAM_FPGA中的值进行第一次扫描，选出最大值，保存该最大值和对应的RAM_FPGA地址，假设该地址为ADDR1，最大值为MAX_VALUE1，然后对ADDR-1,ADDR,ADDR+1地址的RAM_FPGA中写零，因为根据GSM网络规划两个临近的频点是不会同时在一个载频板上使用的，也就是假设35信道号在用的话，34、36信道号到肯定没有在用，所以如果选出35信道号功率最大的话，那么就把34、35、36的功率写成零，以进行下一个有效频点的选择。
如果MAX_VALUE1大于等于设置的扫频门限Power_Threshold值，则重做上面的步骤，进行第二次扫描，得到ADDR2和MAX_VALUE2。直到MAX_VALUEx的值小于扫频门限Power_Threshold值，则停止扫描。如果MAX_VALUEx大于等于设置的扫频门限Power_Threshold值，但是已经超过了选频直放站的工作通道数量（现假设是16选频的数字光纤直放站），则同样停止扫描。
每完成一轮扫描，有效频点判断模会得到16个的ADDR值，ADDR的值从0到121,1到121代表相应的GSM 121个频点在使用中，0代表频点不在使用。
FPGA把这些ADDR的值通过I2C(Inter－Integrated Circuit)总线上报给数字板上的ARM。ARM开辟一个深度为121的RAM（RAM_ARM），一个地址对应于一个GSM频点。自动选频DDC通道每扫一轮，ARM查询FPGA的有效频点判断模块选择出的有效频点，则RAM_ARM中对应地址上的值就设置成1440，扫频一轮没扫到的频点，对应地址上的值减去1，如果对应地址的值被减成小于删除门限（1440 - Delete_Time），则值置为0。
每经过一轮扫频ARM从大到小依次选出RAM_ARM中的值大于零的对应的地址，然后换算成GSM相应的频点，与直放站当前的工作频点做比较，如果频点变更的话，从新设置直放站的工作频点，使直放站正常工作。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动选频的GSM数字光纤直放站，其特征在于：在数字选频直放站下行链路的FPGA中增加一个用于通过修改自动选频DDC通道的工作频点来循环遍历所有GSM频点的自动选频DDC通道，自动选频DDC通道包括数字控制振荡器、数字混频器、抽取滤波器、成型滤波器四个模块；在FPGA中增加一个频点功率统计模块，用于统计每个频点的功率，成型滤波器的输出端通过频点功率统计模块与有效频点判断模块相连接，有效频点判断模块用于根据每个频点的功率的大小选择出有效的频点，并根据选出的有效频点来配置选频直放站的工作频点。
2.一种自动选频的GSM数字光纤直放站的实现方法，其特征在于：在数字选频直放站下行链路中增加一个自动选频DDC通道，通过修改自动选频DDC通道的工作频点来循环遍历所有的GSM频点，然后通过频点功率统计模块统计每个频点的功率，根据每个频点的功率的大小选择出有效的频点，根据选出的有效频点来配置选频直放站的工作频点。
3.根据权利要求2所述的自动选频的GSM数字光纤直放站的实现方法，其特征在于：频点功率统计模块统计自动选频DDC输出的每个频点的实时功率，然后把扫频一轮的所有频点的功率保存在FPGA的RAM中，FPGA根据RAM中的功率值和扫频门限来判断当前这一轮哪些频点是有效的频点，然后通过I2C总线上报给数字板上的ARM；数字板ARM根据FPGA上报上来的有效频点，如果有新的频点出现的情况下，就增加直放站的工作频点，如果原先在用的频点在超过一定的时间没有出现的情况下就删除直放站的工作频点。
4.根据权利要求2或3所述的自动选频的GSM数字光纤直放站的实现方法，其特征在于：频点功率统计模块，周期地统计自动选频DDC的成型滤波输出信号200us时间内的累加功率，选取半秒时间内的200us的累加功率的最大值，保存在FPGA的深度为123的RAM相应的地址1-121中，相应的地址1-121一个地址对应于一个频点。
5.根据权利要求2或3所述的自动选频的GSM数字光纤直放站的实现方法，其特征在于：所述的有效频点判断模块，在统计完一遍121个频点的功率之后，有效频点判断模块对RAM_FPGA中的值进行扫描，选出最大值，保存该最大值和对应的RAM_FPGA地址，假设该地址为ADDR1，最大值为MAX_VALUE1，然后对ADDR-1、ADDR、ADDR+1地址的RAM中写零，如此循环选择出MAX_VALUEx大于扫频门限的所有频点。
6.根据权利要求2或3所述的自动选频的GSM数字光纤直放站的实现方法，其特征在于：ARM开辟一个深度为121的RAM_ARM，自动选频DDC通道每扫一轮，ARM查询FPGA的有效频点判断模块选择出的有效频点，RAM_ARM中对应地址上的值就设置成1440，扫频一轮没扫到的频点，对应地址上的值减去1，如果对应地址的值被减成小于删除门限，即1440 - Delete_Time，则值置为0；每经过一轮扫频ARM从大到小依次选出RAM_ARM中的值大于零的对应的地址，然后换算成GSM相应的频点，与直放站当前的工作频点做比较，如果频点变更的话，重新设置选频直放站的工作频点。
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