CN102457316A - 利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统和方法，所述系统包括通过射频电缆相连的信号发送方和信号接收方；所述方法包括：信号发送方确定待发送的N路信号，进行变频处理得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过射频电缆发送到信号接收方；信号接收方将接收到的一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。采用本发明后，达到了利用现有运营商的室内分布系统支持MIMO技术的效果，节省了室内分布系统的改造成本，提高了网络业务速率及频谱利用率。

Description

利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝移动通讯领域，尤其涉及一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统和方法。

背景技术

到二十一世纪初，移动通信技术已经发展到第三代。伴随着互联网的飞速发展，通过移动通信网络接入互联网获取互联网服务的业务，对移动通信网络的传输速率提出了很高的要求。根据香农公式，通信系统的信道带宽和信噪比决定了信息的传输速率，称之为香农信道容量。提高信息传输速率可以通过增加信道带宽和/或提高信噪比来实现。

但是，无线频谱资源是有限的，目前可供移动通信系统使用的无线频谱资源已经非常稀缺。而为了提高信号的信噪比，增大发射功率也面临着成本增加、干扰增大、不够环保等方面的诸多限制。

为了进一步提高移动通信系统频谱的利用效率，研究者们想到在通信的一方或双方采用多个收发天线，主动地利用用户的空间方位信息或空间信道的冗余来提高系统的容量，这便是MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)系统的由来。

MIMO技术的基本思想是：在收发双端采用多根天线，分别同时发射与接收信号，通过空-时信号处理技术，充分利用空间信道资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性，提高频谱利用率，从而获得更高的数据率、更好的传输品质或更大的系统覆盖范围。

移动通信技术从第二代发展到第三代，对高速数据业务的支持是第三代移动通信网络一个重要特点。移动通信网络发展的趋势是数据业务所占的比重越来越大，未来第四代移动通信网络的数据业务将比第二代和第三代移动通信网络所占的比重更大。

据统计，在典型的第三代移动通信网络中，80～90％的移动数据业务会发生在室内。因此，室内无线覆盖是当前和未来移动通信网络覆盖的关键。

室内无线覆盖主要有两种方式：方式一是通过室外的蜂窝网络信号来覆盖室内，方式二是通过室内分布系统专门提供室内无线信号的覆盖。

由于建筑物对无线信号的衰减非常大，室外蜂窝网络的信号传播到室内后信号强度降低，信号的质量也随之下降，因此覆盖效果非常差。对于一些特殊区域，例如高楼或单层面积很大的建筑等，使用室外基站信号覆盖室内将不能有效地满足室内信号覆盖的要求。

采用室内分布系统将基站输出的射频信号通过射频电缆传输到需要覆盖的区域，然后通过小型化的天线(通常是室内吸顶天线)发射出去，同时把天线接收到的射频信号通过射频电缆传输给基站，从而完成无线信号的收发，实现室内无线信号的覆盖。同室外基站信号覆盖室内的方式相比，室内分布系统的无线信号覆盖质量更好。

对于室内分布系统的无线信号覆盖方式，要求配备两路以上的射频电缆和天线才能构成MIMO信道。移动运营商已有的室内分布系统都是一路射频电缆和天线。要想支持MIMO技术，就需改造现有的室内分布系统，另外再增加一路以上的射频电缆和天线。对于已经建好的室内分布系统，改造工程的工作量和难度都非常大。此外，改造工程还会对原有物业的外观造成一定程度的破坏，可能会面临物业业主拒绝对原物业进行改造的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统和方法，以克服现有技术中存在的现有室内分布系统改造难度大、成本高的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供了一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的方法，应用于基站与室内无线信号覆盖系统通过一射频电缆进行信号传输的过程中，包括：

信号发送方确定待发送的N路信号，进行变频处理得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过所述射频电缆发送到信号接收方；

所述信号接收方将接收到的所述一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

所述信号发送方通过变频处理，得到频带互不重叠的N路信号，具体包括：

所述信号发送方对所述待发送的N路信号中的N-1路信号分别进行变频处理，将该N-1路信号变频为频带互不重叠的N-1路信号。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

信号发送方通过变频处理，得到频带互不重叠的N路信号，具体包括：信号发送方通过变频处理，得到各相邻两路信号间的中心频率差值均相同的N路信号。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

所述信号接收方通过变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号的步骤，具体包括：

所述信号接收方对分路后的得到的N路信号中的一路信号进行滤波处理，对其余N-1路信号分别进行变频处理后再进行滤波处理；

其中，进行滤波处理时，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

所述信号发送方对所述待发送的N路信号中的N-1路信号分别进行变频处理是指：所述信号发送方对所述N-1路信号分别进行上变频处理；

所述信号接收方对其余N-1路信号分别进行变频处理是指：所述信号接收方对所述其余N-1路信号分别进行下变频处理。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

在所述信号发送方将待发送的N路信号变频为频带互不重叠的N路信号之前，所述方法还包括：

所述信号发送方对所述待发送的N路信号进行滤波，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

本发明还提供了一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统，应用于基站与室内无线信号覆盖系统进行信号传输的过程中，包括：通过射频电缆相连的信号发送方和信号接收方；

信号发送方用于确定待发送的N路信号，进行变频处理得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过所述射频电缆发送到所述信号接收方；

所述信号接收方用于将接收到的所述一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。

进一步地，上述系统还可具有以下特征：

所述信号发送方中包含N-1个发送方射频变换器和合路器；

各发送方射频变换器分别用于对所述待发送的N路信号中的N-1路信号进行变频处理，将该N-1路信号变频为频带互不重叠的N-1路信号；

所述合路器用于将经过所述N-1个发送方射频变换器变频后得到的N-1路信号和未经过变频处理的一路信号合为一路。

进一步地，上述系统还可具有以下特征：

所述信号接收方中包含N个接收方滤波器及N-1个接收方射频变换器；

其中一个接收方滤波器用于对分路后的得到的N路信号中的一路信号进行滤波处理；

所述N-1个接收方射频变换器分别用于对其余N-1路信号进行变频处理；

其余N-1个接收方滤波器用于分别对经过所述N-1个接收方射频变换器的变频处理后得到的N-1路信号进行滤波处理；

其中，所述N个接收方滤波器用于在进行滤波处理时，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

进一步地，上述系统还可具有以下特征：

所述信号发送方中还包括N个发送方滤波器；

所述N个发送方滤波器用于对变频前的所述待发送的N路信号进行滤波，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

采用本发明所述方法和系统，与现有技术相比，克服了现有技术中需要增加更多的射频电缆和天线、改造难度大的缺点，达到了利用现有运营商的室内分布系统支持MIMO技术的效果，节省了室内分布系统的改造成本，提高了网络业务速率及频谱利用率。

附图说明

图1是本发明实施例中利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统结构图；

图2是本发明实施例中第一射频变换器的结构图；

图3是本发明实施例中第二射频变换器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

由于射频电缆的通频带非常宽，可以对从直流信号到高达20GHz的信号以很小的损耗传输；对多个天线的射频信号进行频分复用后，可以在一根射频电缆上同时传输，每根天线的信号就可以在射频电缆的通频带内不重叠的子频段内互不干扰地传输，即可以解决室内分布支持多天线技术时需要增加射频电缆带来的施工、业主许可等问题。

本发明所述方法，包括：

1)基站在与室内无线信号覆盖系统通过一射频电缆进行信号传输的过程中，信号发送方确定待发送的N路信号，进行变频处理，得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过上述射频电缆发送到信号接收方；

其中，信号发送方可以仅对待发送的N路信号中的N-1路信号分别进行变频处理，将该N-1路信号变频为频带互不重叠的N-1路信号，则变频后，N路信号的频带必然不会互相重叠。优选地，信号发送方通过变频处理，得到各相邻两路信号间的中心频率差值均相同的N路信号。

在信号发送方将待发送的N路信号变频为频带互不重叠的N路信号之前，信号发送方还可以对待发送的N路信号进行滤波，将频率处于以基站的载波中心频率为中心频点、以基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

2)信号接收方将接收到的一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。

其中，信号接收方通过变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号的步骤，具体包括：信号接收方对分路后的得到的N路信号中的一路信号进行滤波处理，对其余N-1路信号分别进行变频处理后再进行滤波处理；在进行滤波处理时，将频率处于以该基站的载波中心频率为中心频点、以基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

优选地，信号发送方对上述N-1路信号分别进行上变频处理；而信号接收方对上述其余N-1路信号分别进行下变频处理。

本发明还提供了一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统，应用于基站与室内无线信号覆盖系统进行信号传输的过程中，包括：通过射频电缆相连的信号发送方和信号接收方；

信号发送方用于确定待发送的N路信号，进行变频处理得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过射频电缆发送到信号接收方；

信号接收方用于将接收到的一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。

其中，信号发送方中可包含N-1个发送方射频变换器和合路器；

各发送方射频变换器分别用于对待发送的N路信号中的N-1路信号进行变频处理，将该N-1路信号变频为频带互不重叠的N-1路信号；

合路器用于将经过N-1个发送方射频变换器变频后得到的N-1路信号和未经过变频处理的一路信号合为一路。

信号接收方中可包含N个接收方滤波器及N-1个接收方射频变换器；

一个接收方滤波器用于对分路后的得到的N路信号中的一路信号进行滤波处理；

N-1个接收方射频变换器分别用于对上述其余N-1路信号进行变频处理；

其余N-1个接收方滤波器用于分别对经过上述N-1个接收方射频变换器的变频处理后得到的N-1路信号进行滤波处理；

其中，所述N个接收方滤波器用于在进行滤波处理时，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

所述信号发送方中还可包括N个发送方滤波器；

该N个发送方滤波器用于对变频前的待发送的N路信号进行滤波，将频率处于以基站的载波中心频率为中心频点、以基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

如图1所示，以两天线为例(即N＝2)，本发明所述利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统，包括以下组成部分：

基站、室内无线信号覆盖系统及一路射频电缆A，其中基站与室内无线信号覆盖系统通过上述射频电缆A相连。室内无线信号覆盖系统中包括：集成天线B、第一射频变换器C、第一分/合路器D、第一滤波器G及第二滤波器H；基站中包括：多根天线、第二分/合路器E、第二射频变换器F、第三滤波器J、第四滤波器K及基站直流电源I。

各组成部分之间的关系是：

集成天线B中包含2个天线，即第一天线B1及第二天线B2，为了美观和便于安装，2个天线封装在一个外壳内；

集成天线B的第一天线B1连接到第一滤波器G的一端；

第一滤波器G的另一端连接到第一分/合路器D的端口D1；第一分/合路器D的端口D1通过第一滤波器G连接集成天线B的第一天线B1；

第二个天线B2连接到第二滤波器H的一端；第二滤波器H的另一端连接到第一射频变频器C的端口C1；

第一射频变频器C的端口C2连接到第一分/合路器D的端口D2；

射频电缆A连接第一分/合路器D的端口D3与第二分/合路器E的端口E3；

第二分/合路器E的端口E2连接第四滤波器K；

第四滤波器K连接基站天线端口1；

第二分/合路器E的端口E1连接第二射频变换器F的端口F1；

第二射频变换器F的端口F2连接第三滤波器J；

第三滤波器J连接基站天线端口2；

基站直流电源I连接到射频电缆A，通过射频电缆A为第一射频变换器C和第二射频变换器F供电。

如图2所示，本发明所述第一射频变换器C进一步包括：端口C1、端口C2、环行器C3、环行器C4、上变频器C5及下变频器C6；

第一射频变换器C的输入输出端口C1连接环行器C4的输入输出端口C4-3；

环行器C4的端口C4-1连接到上变频器C5的一端；

上变频器C5的另一端连接到环行器C3的端口C3-2；

环行器C3的端口C3-3连接到第一射频变换器C的端口C2；

环行器C3的端口C3-1连接到下变频器C6的一端；

下变频器C6的另一端连接到环行器C4的输入端口C4-2。

如图3所示，本发明所述第二射频变换器F的进一步包括端口F1、端口F2、环行器F3、环行器F4、上变频器F5及下变频器F6；

第二射频变换器F的输入输出端口F1连接环行器F3的端口F3-3；

环行器F3的端口F3-1连接下变频器F6的一端；

下变频器F6的另一端连接到环行器F4的端口F4-2；

环行器F4的端口F4-3连接到第二射频变换器F的输入输出端口F2；

环行器F3的端口F4-1连接到上变频器F5的一端；

上变频器F5的另一端输出到环行器F3的端口F3-2。

利用上述系统，将信号从室内无线信号覆盖系统传输到基站的流程，包括下列步骤：

21)第一天线B1将接收到的信号(以下简称第一天线B1的接收信号)经过第一滤波器G后输入第一分/合路器D；其中，第一滤波器G具有带通特性，其中心频率是基站收发信机的载波中心频率，带宽是基站收发信机的载波带宽；

22)第二天线B2将接收到的信号(以下简称第二天线B2的接收信号)，输出到第二滤波器H中经过滤波经过端口C1输入到第一射频变换器C，在第一射频变换器C内部完成上变频，将第二天线B2的接收信号的频谱线性地变换到另一个频段；记第二天线B2的接收信号的中心频率为f1，则上变频后的该信号的中心频率为f2＝f1+f0，其中，f0的值是预配置在第一射频变换器中的。由于f0越大，f1与f2之间的频率相隔的越远，对第一滤波器～第四滤波器的参数要求越低，成本也就越低，因此，f0的取值要足够大，最好能保证变频后的第二天线B2的接收信号的中心频率f2达到射频电缆工作频带的最高频率或最低频率二者中与f1之差最大的频率，第二滤波器H的特性与第一滤波器G的特性相同；

23)将经过上变频处理的第二天线B2的接收信号，输入到第一分/合路器D，与第一天线B1的接收信号合路后，通过射频电缆传输到基站部分；

24)第二分/合路器E将通过射频电缆接收到的信号分为两路信号，将其中一路信号发送给第二射频变换器F，将另一路信号发送给第四滤波器K；

25)第四滤波器K滤出第一天线B1的接收信号送给对应的天线——基站天线端口1；

26)在第二射频变换器F中，进行下变频处理，将变频后的第二天线B2的接收信号的频谱线性地变换回原频段，变频后的射频信号的中心频率为f2-f0＝f1，然后输出到过第三滤波器J中进行滤波处理后发送到对应的基站天线端口2；其中，f0的值是预配置在第二射频变换器F中的，其值应与第一射频变换器C中的f0值相同。

当然，还可以在步骤22)中在第一射频变换器C内部对收到的信号进行下变频处理；而相应地，则需要在步骤26)中在第二射频变换器F内对接收到的信号进行上变频处理。

利用本发明上述系统，将信号从基站传输到室内无线信号覆盖系统的流程，包括下列步骤：

31)基站天线端口1的发射信号，经过第四滤波器K输入到第二分/合路器E；

32)基站天线端口2的发射信号，经过第三滤波器J滤波后输入到第二射频变换器F，在第二射频变换器F内部完成上变频，将基站天线端口2的发射信号的频谱线性地变换到另一个频段；记基站天线端口2的发射信号的中心频率为f1，则上变频后的射频信号的中心频率为f2＝f1+f0，f0的取值足够大；

33)第二射频变换器F将经过上变频处理的基站天线端口2的发射信号输入到第二分/合路器E，与基站天线端口1的发射信号合路后，经过射频电缆传输到室内无线信号覆盖系统；

34)第一分/合路器E从射频电缆传输来的发射信号中分出两路信号，一路送给第一滤波器G，另一路送给第一频率变换器C；

35)第一滤波器G滤出基站天线端口1的发射信号送给第一天线B1；

36)在第一射频变换器C中，完成下变频处理，将变频后的基站天线端口2的发射信号的频谱线性地变换回原频段，变频后的射频信号的中心频率为f2-f0＝f1，经过第二滤波器H滤波后发送给第二天线B2。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的方法，应用于基站与室内无线信号覆盖系统通过一射频电缆进行信号传输的过程中，包括：

信号发送方确定待发送的N路信号，进行变频处理得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过所述射频电缆发送到信号接收方；

所述信号接收方将接收到的所述一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述信号发送方通过变频处理，得到频带互不重叠的N路信号，具体包括：

所述信号发送方对所述待发送的N路信号中的N-1路信号分别进行变频处理，将该N-1路信号变频为频带互不重叠的N-1路信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

信号发送方通过变频处理，得到频带互不重叠的N路信号，具体包括：信号发送方通过变频处理，得到各相邻两路信号间的中心频率差值均相同的N路信号。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：

所述信号接收方通过变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号的步骤，具体包括：

所述信号接收方对分路后的得到的N路信号中的一路信号进行滤波处理，对其余N-1路信号分别进行变频处理后再进行滤波处理；

其中，进行滤波处理时，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述信号发送方对所述待发送的N路信号中的N-1路信号分别进行变频处理是指：所述信号发送方对所述N-1路信号分别进行上变频处理；

所述信号接收方对其余N-1路信号分别进行变频处理是指：所述信号接收方对所述其余N-1路信号分别进行下变频处理。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

在所述信号发送方将待发送的N路信号变频为频带互不重叠的N路信号之前，所述方法还包括：

所述信号发送方对所述待发送的N路信号进行滤波，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

7.一种利用室内无线信号覆盖系统进行多天线传输的系统，应用于基站与室内无线信号覆盖系统进行信号传输的过程中，包括：通过射频电缆相连的信号发送方和信号接收方；

信号发送方用于确定待发送的N路信号，进行变频处理得到频带互不重叠的N路信号后，将该N路信号合并为一路信号，并通过所述射频电缆发送到所述信号接收方；

所述信号接收方用于将接收到的所述一路信号分路为N路信号，进行变频和滤波处理，得到信号发送方进行变频处理前的N路信号后，对应发送到本地的N根天线上；其中，N为大于1的自然数。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述信号发送方中包含N-1个发送方射频变换器和合路器；

各发送方射频变换器分别用于对所述待发送的N路信号中的N-1路信号进行变频处理，将该N-1路信号变频为频带互不重叠的N-1路信号；

所述合路器用于将经过所述N-1个发送方射频变换器变频后得到的N-1路信号和未经过变频处理的一路信号合为一路。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述信号接收方中包含N个接收方滤波器及N-1个接收方射频变换器；

其中一个接收方滤波器用于对分路后的得到的N路信号中的一路信号进行滤波处理；

所述N-1个接收方射频变换器分别用于对其余N-1路信号进行变频处理；

其余N-1个接收方滤波器用于分别对经过所述N-1个接收方射频变换器的变频处理后得到的N-1路信号进行滤波处理；

其中，所述N个接收方滤波器用于在进行滤波处理时，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述信号发送方中还包括N个发送方滤波器；

所述N个发送方滤波器用于对变频前的所述待发送的N路信号进行滤波，将频率处于以所述基站的载波中心频率为中心频点、以所述基站的载波带宽为带宽的频段范围外的信号滤除。

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