CN103078654A - 无线信号收发天线系统、耦合放大装置及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线信号收发天线系统、耦合放大装置及信号处理方法。所述无线信号收发天线系统包括若干馈缆支路、分布于不同区域且与每条馈缆支路的输入端相连的第一天线，每条馈缆支路的输出端与基站相连，馈缆支路上串接信号耦合放大装置，其包括：用于接收第一天线所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号的第二天线、将第二天线接收的上行信号放大的放大器和定向耦合器。定向耦合器串接于馈缆支路上并与放大器连接，用于将放大器放大的上行信号耦合到馈缆支路后向基站发送。本发明可有效地提高无线通信网络中上行信号的信噪比，扩大无线信号的覆盖范围，提供无线收发系统的通讯速率。

Description

无线信号收发天线系统、耦合放大装置及信号处理方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种无线信号收发天线系统、耦合放大装置及信号处理方法。

背景技术

随着无线网络、3G及4G技术的不断发展，现有无线通讯网络对覆盖的范围、传输的带宽及抗干扰能力的要求越来越高。目前，扩大无线通讯网络覆盖范围的方法主要是提高基站的发射功率。但在双向通讯系统中提高基站的发射功率到一定的强度，并不能增大基站的覆盖范围，主要是由于受到终端设备的发射功率的限制。由于终端设备的发射功率在设计中考虑到电池的寿命及对人体健康的影响，其发射功率远远小于基站的发射功率值，因此在距离基站比较远或有建筑物遮挡的情况下，终端设备发射的上行信号到达基站时的信噪比就会非常小，基站无法有效地接收解调，因此也就无法完成通讯任务，以致出现用户在使用中常常发现基站的信号非常好，但下载文件的时候非常地慢，还常常出现延迟或掉线的现象。

通常，无线通讯网络为了保证区域拥有无线信号的覆盖，需要在信号接收区域内设置无线信号收发天线系统。无线信号收发天线系统接收基站发射的下行信号后，将基站的信号均匀分布在信号接收区域内以达到无线信号的覆盖；同时，无线信号收发天线系统接收区域内终端设备发射的上行信号后，经馈缆传送到基站。其中，无线信号收发天线系统较常见的有室内天线分布系统和室外天线分布系统。虽然现有无线信号收发天线系统能够扩大无线信号的覆盖范围，但其依然存在弊端。以室内天线分布系统为例：图1示出了现有室内天线分布系统的室内信号分布示意图。如图1可以看出，在室内天线分布系统中，由基站发射的信号通过合路器和信号分配器的耦合和分路均匀地分布到各个楼层，实现无线通信信号的覆盖。但由图中数据可知，基站发射的下行信号通过信号耦合器、信号分配器和连接各个部件的馈缆之后，到达天线的信号一般都有20DB以上的衰减。对于双向通讯系统来说，从基站到终端上下行的通道，所经过的物体及衰减都是一样的，因此从终端设备发出的上行信号被天线接收以后通过合路器、信号分配器和连接各个部件的馈缆回传到各个基站后，也会有20DB以上的信号衰减。由于从终端设备发出的上行信号经天线分布系统的馈缆传输后存在较严重的衰减，因此使得上行信号到达基站的信噪比依然很小，从而无法实现无线通信网络中基站与终端设备之间良好的通信。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种无线信号收发天线系统，以提升上行信号的信噪比、使得无线通信网络中的基站与终端设备之间能够进行良好的通信。

根据本发明的实施例的一个方面，提供了一种无线信号收发天线系统，包括若干馈缆支路；分布于不同区域且与每条馈缆支路的输入端相连的第一天线，用以接收其所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；每条馈缆支路的输出端与基站相连，所述至少一条馈缆支路上串接有信号耦合放大装置，所述信号耦合放大装置包括：

第二天线，设置于该信号耦合放大装置所串接的馈缆支路的第一天线所在区域，用于接收该区域内的终端设备向基站发射的上行信号；

放大器，与第二天线连接，用于将第二天线接收的上行信号放大；

定向耦合器，串接于连接第一天线和所述基站之间的所述馈缆支路上，并与所述放大器连接，用于将所述放大器放大的上行信号耦合到所述馈缆支路中向基站发送。

所述信号耦合放大装置还包括电源模块，所述电源模块输入端与电话线连接，其输出端与所述放大器连接，用于利用所述电话线中的弱电为所述放大器供电。

所述信号耦合放大装置包括电源模块和电源适配器，其中，

所述电源适配器的输入端与交流电源连接，其输出端与所述电源模块的输入端连接，用于将高压交流电变换为低压直流电后输入给所述电源模块；

所述电源模块的输出端与所述放大器连接，用于将所述电源适配器转换的所述低压直流电为所述放大器供电。

优选地，所述信号耦合放大装置中的放大器为低噪声放大器。

或者，所述信号耦合放大装置中的放大器为多级放大器。

优选地，所述多级放大器之间设有滤波器，用于过滤上行信号中的特定频率的分量。

优选地，所述信号耦合放大装置设置于馈缆支路中接近第一天线的位置。

优选地，第二天线包括多个天线。

一种信号耦合放大装置，其安装于无线信号收发天线系统的馈缆支路上，与每条馈缆支路的输入端相连的第一天线分布于不同区域，用以接收其所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；每条馈缆支路的输出端与基站相连，所述装置包括：

第二天线，用于接收第一天线所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；

放大器，与第二天线连接，用于将第二电线接收的上行信号放大；

定向耦合器，串接于所述馈缆支路上并与所述放大器连接，用于将所述放大器放大的上行信号耦合到所述馈缆支路中向基站发射。

根据本发明的实施例的另一个方面，还提供了无线信号收发天线系统中上行信号处理方法，该方法采用上述无线信号收发天线系统，该方法包括以下步骤：

第一天线和第二天线接收其所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；

放大器将所述第二天线接收的上行信号放大；

定向耦合器将放大器放大的上行信号耦合到馈缆支路中向基站发送。

由上述技术方案可知，本发明中的无线信号收发天线系统是在馈缆支路靠近现有天线的位置加设信号耦合放大装置。信号耦合放大装置接收终端设备发射的上行信号，并将上行信号放大若干倍后耦合到馈缆支路中后传送至基站。由于信号耦合放大装置接收的上行信号在馈缆中传输时可抵消掉上行信号在天线与基站传输过程中的衰减，因此本发明可有效地提高无线通信网络中上行信号的信噪比，扩大无线信号的覆盖范围，提高无线收发系统的通讯速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1示出了现有室内天线分布系统的室内信号分布示意图；

图2示出了实施例1中无线信号收发天线系统的结构示意图；

图3示出了信号耦合放大装置中通过交流电为放大器提供电源的结构示意图；

图4示出了实施例2中无线信号收发天线系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明的主要思路为：现有无线通信网络中，由于无线信号收发天线系统中的天线接收终端设备发射的上行信号经馈缆和系统中的各个部件到达基站后存在严重衰减以致信噪比很小。若想增加现有无线信号收发天线系统中上行信号的信噪比，就要增加上行信号的信号强度，但终端设备的发射功率不能更改，上行信号经馈缆传输中的衰减也不会改变，因此只能增加无线信号收发天线系统接收上行信号的的接收灵敏度。本发明的无线信号收发天线系统在每个馈缆支路靠近天线的位置加设信号耦合放大装置，信号耦合放大装置接收终端设备发射的上行信号，并将上行信号放大后与原有馈缆支路上的天线接收的上行信号耦合后传输给基站。由于信号耦合放大装置接收的上行信号在馈缆中传输时可抵消掉上行信号在天线与基站传输过程中的衰减，因此本发明可有效地提高上行信号的信噪比。

下面结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1：

图2示出了实施例1中无线信号收发天线系统的结构示意图。如图2所示，本实施例中的无线信号收发天线系统包括若干馈缆支路10和分布于不同区域且与每条馈缆支路10的输入端相连的第一天线20。第一天线20用以发射和接收其所在区域内的基站与终端设备之间的下行和上行信号。每个馈缆支路10的输入端连接第一天线20，输出端通过馈缆与基站相连。在每个馈缆支路10上且接近第一天线20的位置串接有信号耦合放大装置40。

信号耦合放大装置40具体包括：

第二天线401，设置于信号耦合放大装置40所串接的馈缆支路10的第一天线20所在区域，用于接收该区域内的终端设备向基站30发射的上行信号。本实施例中，第二天线401采用无源天线。且第二天线可为一个无源天线，也可包括多个无源天线。第二天线401采用无源天线只是示例性的，凡是能够接受通讯信号的天线均落入本发明的保护范围。

放大器402，与第二天线401连接，用于将第二天线401接收的上行信号放大。本实施例中的放大器402可采用固定倍数的放大器402，也可采用增益可调的放大器402。由于放大器402为本技术领域的公知技术，其工作原理此处不再赘述。具体地，本实施例中，放大器402采用低噪声放大器402。放大器402采用低噪声放大器402是为了防止放大器402自身的噪声对上行信号的干扰，提高输出上行信号的信噪比。

定向耦合器403，串接于连接第一天线20的馈缆支路10上，并与放大器402连接。定向耦合器403用于将低噪声放大器402放大的上行信号与第一天线20接收的上行信号进行耦合并向基站30发送。由于定向耦合器403的工作原理为本技术领域人员的公知技术，因此对于定向耦合器403的工作原理此处不再赘述。

进一步地，本发明实施例中的信号耦合放大装置40的外部还设有三个射频端口：

输出端口(TO RADIO)，接入与基站30连接的馈缆支路10；

第一输入端口(TO ANTENNA)，接入与第一天线20连接的馈缆；

第二输入端口(TO RX ANTENNA)，连接第二天线401。

定向耦合器403设置于第一输入端口和输出端口中间，即：把定向耦合器403串接在无线信号收发天线系统中连接第一天线20的馈缆支路10上。

本发明中的信号耦合放大装置40还包括电源模块406。电源模块406的输入端与电话线连接，其输出端与放大器402连接。电源模块406利用电话线中的弱电为信号耦合放大装置40供电。由于定向耦合器403的电源可由无线信号收发天线系统的馈缆提供，第二天线401为无源天线，因此信号耦合放大装置40中，电源模块406只需为放大器402供电。

由于本发明中的无线信号收发天线系统多设置于房屋顶部的吊顶内或室外的隐蔽处，交流电电源接入较为不便，且本发明中信号耦合放大装置40接近第一天线20设置，因此给信号耦合放大装置40中的放大器402供电则会非常不方便。放大器402的功耗不高，若牵引无线信号收发天线系统中的馈缆为放大器402供电，则成本较高。由于电话线为弱电，且方便牵引，因此本发明中采用电话线为放大器402供电，从而也使得本发明的生产成本较低。采用电话线中的弱电为低噪声放大器402进行供电为本技术领域的公知技术，此处不再赘述。

当本发明中的第一天线20设置在获取交流电源较方便的地方时，本发明中的放大器402则可采用电源适配器408和电源模块406对放大器供电。图3示出了本发明中信号耦合放大装置40中通过交流电为放大器402提供电源的结构示意图。如图3所示，电源适配器408的输入端与交流电源连接，其输出端与电源模块406的输入端连接，用于将高压交流电变换为低压直流电后输入到电源模块406。电源模块406的输出端与放大器402连接，用于为放大器402供电。

此外，电源模块406还可为太阳能电池。通过太阳能电池直接为放大器402提供电源。当然，本实施例中信号耦合放大装置40所采用的几种供电装置只是示例性的，凡是能够方便地为放大器402提供工作电压并使其能够正常工作的供电装置均落入本发明的保护范围。

现对本发明中无线信号收发天线系统的工作原理进行详细阐述。

当无线通信网络中的终端设备向基站30发射上行信号时，每根馈缆支路10上连接的第一天线20接收上行信号并将接收到的上行信号传输到馈缆支路10中。同时，每根馈缆上设置的信号耦合放大装置40中的第二天线401也对终端设备发射的上行信号进行接收并将接收到的上行信号发送到低噪声放大器402内；低噪声放大器将上行信号放大后输入到定向耦合器403中。定向耦合器403将第二天线401接收的上行信号耦合进馈缆支路10中并向基站30发送。由于信号耦合放大装置40中的第二天线401接收的上行信号可抵消掉上行信号在由天线到基站30之间的馈缆上进行传输的衰减，因此本发明可有效地提高上行信号的信噪比。

实施例2：

实施例2中无线信号收发天线系统的结构与实施例1中的无线信号收发天线系统的结构基本相似，其不同之处在于信号耦合放大装置40中放大器402的结构不同。本实施例中，为使第二天线401接收到的上行信号进一步放大，放大器采用多级放大器。本实施例中的多级放大器以两级放大器为例，图4示出了实施例2中信号耦合放大装置40的结构图。如图4所示，多级放大器包括一级放大器404和二级放大器405，且一级放大器404和二级放大器405均为低噪声放大器。电源模块406为放大器供电。本实施例中的电源模块406与实施例1中所采用的电源模块406种类相同，此处不再赘述。

进一步地，本实施例中的多级放大器中的一级放大器404和二级放大器405之间还设有滤波器407。通过在多级放大器之间设置滤波器407，可使本装置对第二天线401接收到的上行信号进行滤波以使特定频率的上行信号进入定向耦合器403，实现对特定频率的上行信号进行筛选。

本实施例中无线信号收发天线系统的工作原理与实施例1中无线信号收发天线系统的工作原理相同，此处不再详细赘述。

本发明中的第二天线401能够接收频率根据需要进行确定。目前3G，Wi-Fi或4G的双向无线通信网络均可利用本发明来提高其上行信号的信噪比。

优选地，本发明中的第二天线401与信号耦合放大装置40为可拆卸连接。因此本发明的第二天线401为用户根据需要而选择的不同结构或不同规格的天线。

本发明中的实施例不只适用于现有电信运营商使用的室内天线分布系统，也可适用于广电，电力等系统或企业网进行双向通讯的室分系统内，也或者为地铁中的使用的天线分布系统。

根据本发明的实施例还提供了一种无线信号收发天线系统中上行信号处理方法，该方法采用上述无线信号收发天线系统，该方法包括：

第一天线20和第二天线401接收其所在区域内的终端设备向基站30发射的上行信号；

放大器将所述第二天线401接收的上行信号放大；

定向耦合器403串接于馈缆支路10上并与放大器连接，用于将放大器放大的上行信号耦合到馈缆支路10后向基站30发送。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线信号收发天线系统，包括若干馈缆支路；分布于不同区域且与每条馈缆支路的输入端相连的第一天线，用以接收其所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；每条馈缆支路的输出端与基站相连，其特征在于，所述至少一条馈缆支路上串接有信号耦合放大装置，所述信号耦合放大装置包括：

第二天线，设置于该信号耦合放大装置所串接的馈缆支路的第一天线所在区域，用于接收该区域内的终端设备向基站发射的上行信号；

放大器，与第二天线连接，用于将第二天线接收的上行信号放大；

定向耦合器，串接于连接第一天线和所述基站之间的馈缆支路上，并与所述放大器连接，用于将所述放大器放大的信号耦合到所述馈缆支路中向基站发送。

2.根据权利要求1所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，所述信号耦合放大装置还包括电源模块，所述电源模块输入端与电话线连接，其输出端与所述放大器连接，用于利用所述电话线中的弱电为所述放大器供电。

3.根据权利要求1所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，所述信号耦合放大装置包括电源模块和电源适配器，其中，

所述电源适配器的输入端与交流电源连接，其输出端与所述电源模块的输入端连接，用于将高压交流电变换为低压直流电后输入给所述电源模块；

所述电源模块的输出端与所述放大器连接，用于将所述电源适配器转换的所述低压直流电为所述放大器供电。

4.根据权利要求1所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，所述信号耦合放大装置中的放大器为低噪声放大器。

5.根据权利要求1所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，所述信号耦合放大装置中的放大器为多级放大器。

6.根据权利要求5所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，所述多级放大器之间设有滤波器，用于过滤上行信号中的特定频率的分量。

7.根据权利要求1所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，所述信号耦合放大装置设置于馈缆支路中接近第一天线的位置。

8.根据权利要求1所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，第二天线包括多个天线。

9.一种信号耦合放大装置，其特征在于，其安装于无线信号收发天线系统馈缆支路上，与馈缆支路的输入端相连的第一天线分布于不同区域，用以接收其所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；每条馈缆支路的输出端与基站相连，所述装置包括：

第二天线，用于接收第一天线所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；

放大器，与第二天线连接，用于将第二电线接收的上行信号放大；

定向耦合器，串接于所述馈缆支路上并与所述放大器连接，用于将所述放大器放大的上行信号耦合到所述馈缆支路中向基站发送。

10.一种无线信号收发天线系统中上行信号处理方法，该方法采用根据权利要求1-8中任一所述的无线信号收发天线系统，其特征在于，该方法包括：

第一天线和第二天线接收其所在区域内的终端设备向基站发射的上行信号；

放大器将所述第二天线接收的上行信号放大；

定向耦合器，将所述放大器放大的上行信号耦合到所述馈缆支路中向基站发送。

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