CN102378203A - 一种用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统，包括：信源、一个近端设备、至少一个远端设备以及若干天线：其中，所述远端设备是采用低压供电和宽带功放的微功率远端设备，它们设置在建筑物内不同的独立覆盖区域，每个远端设备通过无源分布系统与其所在覆盖区域内的多个天线连接。本数字光纤分布系统不但能大大降低上行噪声和大大提高信源功率的利用率，而且能根据用户类型和使用时段等因素动态或静态调整覆盖功率，做到更有针对性地覆盖；同时，还能够更加可靠、稳定地实现实时监控和快速故障定位，能够支持多频段多模式共建共享。

Description

一种用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统
【技术领域】
本发明涉及移动通信的覆盖技术，特别是一种用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统。
【背景技术】
传统的室内分布系统由信源和分布式天线组成，可分为无源分布系统和有源分布系统。无源分布系统是通过耦合器、功率分配器(简称功分器)等无源器件将来自信源的射频信号进行分路，经由馈线将信号尽可能均匀地分配到每一副分散安装在建筑物各个区域的天线上，从而实现室内信号的均匀分布，解决室内信号覆盖的问题。有源分布系统是在无源分布系统的基础上增加了干线放大器(简称干放)或其它有源器件，以保证末端天线口的功率，它主要应用于高层建筑等服务区域较大的场合。
图1示意了一种传统的室内无源分布系统网络结构，它由5个部分组成，包括：信源10，耦合器11，功分器13，壁挂式定向天线15，吸顶全向天线16，主干馈线12，楼层内部的分支馈线14。其中信源10为整个分布系统提供信号，它可以是基站，或RRU，或直放站。耦合器11与功分器13的作用是实现信号的功率分配。主干馈线12与分支馈线14都是射频同轴电缆，它们的作用是实现信号的传输。天线15与16的作用是将分配过来的信号按一定的方向辐射出去。一般电梯里会用到壁挂式定向天线，楼层内部会用到吸顶全向天线。
传统的室内分布系统主要应用于商业楼宇和大型公共场所，虽然历经多年发展，技术已经稳定成熟，但仍然存在以下问题：1、各运营商(移动、联通、电信等)分别建设，现有系统在技术上很难实现共建共享，资源浪费严重。2、由于采用无源器件和同轴电缆进行射频信号的分配与传输，对信号功率衰减较大，导致覆盖效率非常低下。比如对于一个覆盖30000平方米的中型的室分系统，在信号进入楼层之前，有超过百分之八十的功率已经损耗掉了，而最后从天线实际辐射出去的功率只占信源输出功率的百分之五以下，功率浪费非常严重。3、覆盖功率不能根据实际需要灵活调整，更不能动态的调整。4、兼容性不好，支持多频多模能力有限。其原因主要是因为大功率放大器(如LDMOS)都是窄带的，如果要支持多频段，需要并置多个窄带的大功率放大器，成本高昂。5、因为传统分布系统采用了大量的干放和直放站，而对干放和直放站的监控是通过无线的方式对所有设备进行逐一轮询的，由于无线信道易受干扰，轮询方式的查询时间长，反应慢，所以难于实现可靠的、及时的监控。6、传统的基于直放站的室内分布系统的最大问题在于会对基站形成干扰，直放站或干放的上行在放大有用信号的同时，也放大了噪声信号，在实际系统中，如果设计不合理或应用不当确会对基站上行造成干扰。
造成传统室内分布方式上述问题的一个根本原因是，当设备的输出功率较大时，它需要将一个较大的功率通过多级分配的方式分配到一块较大覆盖区域的每一楼层和每一天线，而分配过程又不可避免的存在较大的损耗，所以需要提高信源的下行方向上的输出功率和上行方向上的放大倍数，这样做的一个主要后果是降低了信源输出功率的利用效率，另一个主要后果是较高的上行增益会将设备的噪声也同时放大。
【发明内容】
鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种能够解决现有分布系统的上行干扰基站问题，并能提高信源功率的利用效率，同时能实现覆盖功率的动态调整、实时监控、快速故障定位以及支持多频段多模式共建共享的建筑物移动通信信号的综合覆盖系统。
本发明提出的解决思路是：采用小功率输出的数字光纤分布系统(DDS)，通过DDS的近端设备将基站、或RRU(射频拉远单元)、或直放站输出的射频信号耦合一部分下来，转换成数字信号通过光纤传输给DDS的微功率远端设备，再输出至天线。当降低了远端设备的下行输出功率之后，一台远端设备覆盖的粒度(面积)将缩小，这一方面可以大大减少功率分配器、馈线的数量和长度，达到减小功率损耗、提高功率利用率的目的，另一方面因为损耗的减小，可以降低上行增益的数值，这就意味着上行增益所放大的噪声也同时减小了，对于一个设计合理的分布系统，这就相当于降低了分布系统对于基站、RRU或其它信源的上行干扰，另外，这样的设计还可以很方便地做到更有针对性地覆盖，达到动态或静态调整覆盖功率的目的；同时对于远端设备本身而言，输出功率要求的降低(数百mW量级)使得其可以采用小型的功率放大器件，小型功率放大器件的主要特征是：采用低压供电、单个器件能支持很大宽带(从几百兆到几千兆，涵盖移动通信使用的主要频段)、成本低廉，因而能够很好地支持多频段多模式共建共享。此外，当远端设备覆盖粒度减小，以及采用大容量的数字光纤连接远端设备与近端设备之后，对整个分布网络的监控就分散到每一个远端设备的小型网络上，这与实时监控结合起来，监控更及时，故障定位更准确，整个系统工作起来也会更加可靠。
本发明提供的具体技术方案如下：
一种用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统，包括：
信源；
一个近端设备，用于将从信源获取的信号处理后转换为光数字信号输出、以及将输入的光数字信号转换为电信号处理后上传给信源；
至少一个远端设备，通过光纤与所述近端设备连接；该远端设备用于将输入的光数字信号处理后转换为射频信号通过无源分布系统传送给天线、以及将天线通过无源分布系统馈入的射频信号处理后转换成光数字信号传输给所述近端设备；以及，
若干天线；
其中，所述远端设备是采用低压供电和宽带功放的微功率远端设备，它们设置在建筑物内不同的独立覆盖区域，每个远端设备通过无源分布系统与其所在覆盖区域内的多个天线连接。
每个远端设备可以具有多个输出端口，每个输出端口的最大输出功率为数百mW量级，每个输出端口与一个独立覆盖区域内的分布系统相连接。所述信源可以是射频拉远单元(RRU)、基站、或直放站。一个独立的覆盖区域可以是一个楼层、或者一个以上楼层、或者一个楼层的一部分。所述独立的覆盖区域是这样的一个区域：在这个区域中，覆盖功率、上下行增益等参数可以独立地设置和调节而不影响到其它的区域。
一种室内分布系统提高信源功率利用率和减小上行噪声的方法，该方法是将建筑物内划分成若干独立的覆盖区域，每个独立的覆盖区域与一个采用低压供电和宽带功放的微功率远端设备的一个输出端口相对应，所述远端设备的各个输出端口通过无源分布系统与对应覆盖区域内的多个天线连接，所有远端设备通过光纤与配置在信源处的一个近端设备连接。
其中，每个远端设备的每个输出端口的最大输出功率为数百mW量级，每个输出端口对应一个独立的覆盖区域。所述信源可以是射频拉远单元(RRU)、基站、或直放站。一个独立的覆盖区域可以是一个楼层、或者一个以上楼层、或者一个楼层的一部分。
上述方法通过减小数字光纤分布系统的远端设备的下行输出功率和缩小每个远端设备的覆盖区域来提高信源的功率利用率和减小上行噪声。
上述方法还可利用每个远端设备的覆盖区域小的特征，进一步根据时段、用户类型动态调整每个覆盖区域的覆盖功率，进一步提高信源的功率利用率和减小上行噪声。例如，对于办公用户在上班时段正常覆盖，在下班时段减小覆盖功率。
现有RRU和直放站的每个输出端口的额定输出功率为数W至10W量级，一个直放站或一个RRU的输出功率通常为几十W，通常覆盖几幢建筑物，而且其输出功率等级有增大的趋势，其目的是提高覆盖能力和保证通信的可靠性。而本发明打破了传统的思维方式，采用相反的思路，提出了采用由近端设备和微功率远端设备构成的数字光纤分布系统来缩小覆盖粒度和减小输出功率，优化建筑物无线通信网络，与现有系统相比，不但能大大降低上行噪声和大大提高信源功率的利用率，而且能根据用户类型和使用时段等因素动态或静态调整覆盖功率，做到更有针对性地覆盖；同时，还能够更加可靠、稳定地实现实时监控和快速故障定位，能够支持多频段多模式共建共享。
另外，由于本发明DDS是通过近端设备将基站或RRU输出的射频信号耦合一部分下来，转换成数字信号，通过光纤传输给其远端设备，这样的获取信号的方式使得它的应用不会受到厂家设备、接口的限制。
远端设备采用小型的功率放大器件还为以后采用更先进的技术提升放大器件的功率效率创造了条件。
【附图说明】
图1为传统室内分布系统的网络结构示意图；
图2为本发明数字光纤分布系统的一种典型组网结构示意图；
图3为本发明数字光纤分布系统的最小系统结构图；
图4为本发明数字光纤分布系统的一种链型组网图；
图5为本发明数字光纤分布系统的一种星型组网图；
图6为本发明数字光纤分布系统的一种链型星型混合组网图；
图7为本发明数字光纤分布系统的一种星型树型混合组网图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。在图2-7中，用DDS-R表示本发明数字光纤分布系统的微功率远端设备，用DDS-A表示近端设备，用旁边带小圆圈的线条表示光纤。
图2所示为本发明数字光纤分布系统(DDS)的一种典型组网结构。参照图2，该用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统包括：信源(图2中未示出)、一个近端设备21、若干远端设备23、若干壁挂式定向天线27和吸顶全向天线28。其中，近端设备21设置在信源附近，若干远端设备23是采用低压供电和宽带功放的微功率远端设备，它们设置在建筑物内不同的独立覆盖区域，每个远端设备23通过主干馈线24、功分器25和分支馈线26与其所在覆盖区域内的天线27或28连接。若干远端设备23通过光纤22与近端设备21连接。在下行方向，近端设备21将从信源获取的信号处理后转换为光数字信号(即光形式的数字信号)通过光纤22传输给各个远端设备23，各个远端设备23将来自光纤22的光数字信号处理后转换为射频信号通过对应的主干馈线24、功分器25、分支馈线26和天线辐射到对应的覆盖区域；在上行方向，天线将接收到的射频信号传输给对应的远端设备23，经远端设备23处理后转换成光数字信号再通过光纤22传输给近端设备21，再经近端设备21处理转换后上传给信源。其中的主干馈线24和分支馈线26为射频同轴电缆。一般电梯里采用壁挂式定向天线27，楼层内部采用吸顶全向天线28。
每个远端设备23具有多个输出端口，每个输出端口的最大输出功率为数百mW量级，例如，200mW、500mW，图2中每个远端设备23画出了两个输出端口，一个输出端口与一个独立覆盖区域内的分布系统相连接。所述信源可以是RRU、基站、或直放站。所述的一个独立覆盖区域可以是一个楼层、或者一个以上楼层、或者一个楼层的一部分。
本发明用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统中，远端设备23的数量可以根据建筑物内需要覆盖的范围大小来灵活设置，最少为一个，采用一个远端设备时为本发明数字光纤分布系统的最小系统，如图3所示。
参照图3，近端设备21包括近端信号接入单元211、近端信号处理单元212、近端通信单元213。远端设备23包括远端信号收发单元231、远端信号处理单元232、远端通信单元233。在下行方向，近端信号接入单元211获取信源信号，经近端信号处理单元212转换为数字信号并进行处理，再经近端通信单元213转换为光形式的数字信号，然后通过光纤22传送到远端设备23，在远端设备23内，远端通信单元233将接收到的光形式的数字信号转换为电形式的数字信号，交由远端信号处理单元232对此信号进行处理，然后由远端信号收发单元231将信号放大后提供给天线，这就构成了一个完整的下行信号流向。在上行方向，来自天线的信号先由远端信号收发模块231进行放大后，由远端信号处理单元232将其转换为数字信号并进行处理，处理后的电形式的数字信号由远端通信单元233转换为光形式的数字信号通过光纤22传送到近端设备21，在近端设备21中，首先由近端通信单元213作光电转换，然后由近端信号处理单元212进行数字信号处理，最后由近端信号接入单元211将此信号上传给信源。
本发明中，微功率远端设备23和近端设备21之间的组网方式可以采用星型、链型、树型、或混合型，能很好适应实际应用的需要。例如：图4所示为近端设备21和多个微功率远端设备23通过光纤22连接构成的链型网。图5所示为近端设备21和多个微功率远端设备23通过光纤22连接构成的星型网。图6所示为近端设备21和多个微功率远端设备23通过光纤22连接构成的链型星型混合网。图7所示为近端设备21和多个微功率远端设备23通过光纤22连接构成的星型树型混合网。
以上通过具体实施方式，对本发明进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于建筑物移动通信信号覆盖的数字光纤分布系统，包括：
信源；
一个近端设备，用于将从信源获取的信号处理后转换为光数字信号输出、以及将输入的光数字信号转换为电信号处理后上传给信源；
至少一个远端设备，通过光纤与所述近端设备连接；该远端设备用于将输入的光数字信号处理后转换为射频信号通过无源分布系统传送给天线、以及将天线通过无源分布系统馈入的射频信号处理后转换成光数字信号传输给所述近端设备；以及
若干天线；
其特征在于：所述远端设备是采用低压供电和宽带功放的微功率远端设备，它们设置在建筑物内不同的独立覆盖区域，每个远端设备通过无源分布系统与其所在覆盖区域内的多个天线连接。
2.根据权利要求1所述的数字光纤分布系统，其特征在于：所述信源是射频拉远单元、或基站、或直放站。
3.根据权利要求1所述的数字光纤分布系统，其特征在于：一个独立的覆盖区域是一个楼层、或者一个以上楼层、或者一个楼层的一部分；所述独立的覆盖区域是这样的一个区域：在这个区域中，覆盖功率、上下行增益等参数可以独立地设置和调节而不影响到其它的区域。
4.根据权利要求1所述的数字光纤分布系统，其特征在于：每个所述远端设备具有多个输出端口，每个输出端口的最大输出功率为数百mW量级，每个输出端口与一个独立覆盖区域内的分布系统相连接。
5.一种室内分布系统提高信源功率利用率和减小上行噪声的方法，其特征在于：将建筑物内划分成若干独立的覆盖区域，每个独立的覆盖区域与一个采用低压供电和宽带功放的微功率远端设备的一个输出端口相对应，所述远端设备的各个输出端口通过无源分布系统与对应覆盖区域内的多个天线连接，所有远端设备通过光纤与配置在信源处的一个近端设备连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述信源是射频拉远单元、或基站、或直放站。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：一个独立的覆盖区域是一个楼层、或者一个以上楼层、或者一个楼层的一部分。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：每个远端设备具有多个输出端口，每个输出端口的最大输出功率为数百mW量级。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：通过减小数字光纤分布系统的远端设备的下行输出功率和缩小每个远端设备的覆盖区域来提高信源的功率利用率和减小上行噪声。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：利用每个远端设备的覆盖区域小的特征，进一步根据时段、用户类型动态调整每个覆盖区域的覆盖功率，进一步提高信源的功率利用率和减小上行噪声。
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