CN103619079B - 用于电缆隧道中的td-scdma基站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基站设备，尤其涉及一种可以在电缆隧道环境中正常工作，为所在环境提供TD‑SCDMA无线通信网络信号覆盖的基站设备，由电子开关（1）、调制解调模块（2）、数模转换模块（7）、收发接口模块（3）、单片机（6）和时钟模块（5）组成。本发明将原有通过电缆传输的模拟电信号，转换成高频率的数字电信号，以便在光纤中传输。可以在电缆隧道这样长距离的使用环境中，克服采用传统的通信电缆带来的信号衰减问题，提高传输可靠性，同时提供更好的抗电磁干扰能力，可以稳定的提供地面环境同样的TD‑SCDMA无线网络信号的有效覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及一种基站设备，尤其涉及一种可以在电缆隧道环境中正常工作，为所在环境提供TD-SCDMA无线通信网络信号覆盖的基站设备。
背景技术
基站与地面设备是需要传输线实现相互通信的，通常采用的是通信电缆。虽然通信电缆具有屏蔽作用，但是电缆隧道是个长距离的应用环境，通信电缆距离过长，会导致需要传送的电信号衰减过大，接收出现错误，从而限制了基站在电缆隧道中的使用。另外所需的通信电缆距离越长，施工安装工作量也就越多，使用维护成本也就越高。
TD-SCDMA基站需要与地面设备相互通信，共同构成无线通系统。通常情况下，TD-SCDMA基站与地面设备通信都需要通过专门铺设电缆来实现。由于通信电缆采用的是铜作为传输介质，一定距离的通信电缆会对电信号产生衰减。比如规格为AWG18的电缆，其电阻率为21.4Ω/km，经过100米之后，可以降低信号电压(100*21.4/1000)*0.1=0.214V（假定传输电流100mA），而经过550米之后，信号电压衰减=0.214*5.5=1.18V，已经接近TTL电平（3.3V）的噪声容限（2V），将会产生信号接收错误。可见随着基站与地面设备之间距离的增加，通信电缆的信号衰减导致传输质量越来越差，同时成本和施工难度越来越高，对电缆隧道场景的应用会有很大的局限性。而对于光纤传输介质的通信电缆来说，衰减率为0.3dB/km，1000米的距离相当于TTL信号电平降低0.115V（假设U1是输入信号，U2是输出信号，U1/U2=10（ 0.3/20 ）=1.035，∆U=U1-U2=3.3-（3.3/1.035）=0.115V）。这远小于金属通信电缆的衰减。
在同样额定噪声容限条件下，采用光纤传输的距离可以接近10km。另外光纤内光信号的传输不受电磁场干扰的影响，更适合在电缆隧道这样的环境中使用。
因此，为配合光纤传输在电力系统电缆隧道中的应用，亟待开发一种与之配套的可提供光信号输出的TD-SCDMA基站设备。
发明内容
为了解决以上问题, 本发明提供了一种新型TD-SCDMA基站，其内部具有在传输模块部分经过特殊设计，可以采用光纤与地面设备通信传输。经过实地测试，能够很好的解决长距离传输的问题，适应在电缆隧道这样的特殊环境中正常工作。
本发明是通过以下技术手段实现的：
用于电缆隧道的TD-SCDMA基站，电子开关、调制解调模块、数模转换模块、收发接口模块、单片机和时钟模块组成，收发接口模块由FPGA逻辑器件和光电转换器件构成，基站电子开关通过微带线连接调制解调模块，调制解调模块通过传输线连接数模转换模块，数模转换模块通过数据总线与收发接口模块连接，单片机通过串行传输的SPI总线接口分别与调制解调模块、收发接口模块、数模转换模块连接，时钟模块通过参考时钟信号线连接收发接口模块中FPGA逻辑器件，时钟模块通过系统时钟信号线连接调制解调模块中每个芯片。
所述收发接口模块，由一个FPGA逻辑器件和两个光电转换器件构成，两个器件通过低电压差分信号线连接。
所述调制解调模块采用ADF4602调制解调器。
所述数模转换模块采用AD9963转换器。
所述时钟模块采用ADF4001时钟发生器。
所述基站通过收发接口模块中光电转换器件转换成适合光纤传输的光信号，通过光缆传输到地面设备。
本发明的有益效果：
本发明将原有通过电缆传输的模拟电信号，转换成高频率的数字电信号，以便在光纤中传输。与原有技术相比有如下优点：采用高频率数字信号传输，一是可以利用数字信号的噪声容限特性，减少环境干扰信号对基站内电信号的影响，二是通过提高采样率，增加信号传输的容错能力，降低误码，三是通过光纤传输，增加传输距离，避免环境电磁干扰。因此基站采用本发明的有益效果是，可以在电缆隧道这样长距离的使用环境中，克服采用传统的通信电缆带来的信号衰减问题，提高传输可靠性，同时提供更好的抗电磁干扰能力，可以稳定的提供地面环境同样的TD-SCDMA无线网络信号的有效覆盖。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明TD-SCDMA基站的电路原理图；
图2为原有TD-SCDMA基站的电路原理图；
图3为本发明基站结构示意图。
图中：1、电子开关，2、调制解调模块，3、收发接口模块，4、地面设备，5、基站时钟模块，6、单片机，7、数模转换模块，8、PRMBA电路板，9、PTRBA电路板，10、PPSUA电路板，11、光纤，12、光收发器，13、微带线，14、信号线，15、数据总线，16、低电压差分信号线，17、光缆，18、SPI总线接口，19、参考时钟信号线，20、系统时钟信号线。
具体实施方式：
实施例
1
：
原有的TD-SCDMA基站的构成如图2所示。TD-SCDMA基站主要实现电信号的调试解调和无线信号的接收/发射。从地面设4发出的电信号通过电缆传送到TD-SCDMA基站，通过内部的收发接口模块3整形后传给调制解调模块2，使用时钟模块提供的参考时钟进行频率调制产生高频信号并放大后，在电子开关1处于发射模式时，通过天线转换成无线信号发射出去。其中的收发接口模块3主要由滤波器和运放等构成的收发电路组成，以便正确的接收电缆中的模拟信号或者将内部电信号形成适合电缆传送的信号。
为了能够通过光纤传输，本发明对TD-SCDMA基站中的收发接口模块3进行设计修改，新的方案结构如图1。该基站由电子开关1、调制解调模块2、数模转换模块7、收发接口模块3、单片机6和时钟模块5组成，收发接口模块3由FPGA逻辑器件和光电转换器件构成，基站电子开关1通过微带线13将接收到的高频调制信号输入调制解调模块2，调制解调模块2通过传输线14把解调后的信号输入数模转换模块7，数模转换模块7通过数据总线15将转换成数字格式的信号发给收发接口模块3，单片机6通过串行传输的SPI总线接口18分别与调制解调模块2、收发接口模块3、数模转换模块7连接进行控制，时钟模块5通过参考时钟信号线19提供收发接口模块3中FPGA逻辑器件的工作时钟，时钟模块5通过系统时钟信号线20供给调制解调模块2中每个芯片所需的时钟信号。
新的收发接口模块3由一个FPGA逻辑器件和两个光电转换器件（SFP）组成，FPGA逻辑器件实现将数字信号按照约定格式，进行串并转换，形成符合光电转换器件（SFP）接口要求的高频电信号。然后光电转换器件（SFP）将电信号进行光电转换后发送给光纤完成信号传输。与原来基站结构相比，除了收发接口模块3重新设计外，还增加了一个数模转换模块7和单片机6。数模转换模块7的作用是将原来调制解调模块2产生的模拟信号转换为数字信号，交给新的收发接口模块3，对数字信号进行处理，形成适合在光纤中串行传输的高速数字信号，通过光纤进行传输。单片机6的作用是对FPGA逻辑器件进行设置，使FPGA逻辑器件能正常完成所要求的功能。
（1）电子开关采用的是Hittite公司的HMC574，通过模拟单刀双掷开关实现接收/发送通路的切换；
（2）调制解调模块采用的是ADI公司的ADF4602，实现对来自数模转换模块（7）的输入信号的频率调制和从天线接收到的高频信号的解调；
（3）收发接口模块中的FPGA逻辑器件采用的是Xilinx公司的XC6SLX45T，光电转换器件采用的是WTD公司的RTXM192-466；
（4）地面设备是与TD-SCDMA基站配套使用的，用于系统信号处理；
（5）基站时钟模块选用的是ADI公司的ADF4001，实现基站内部时钟信号的产生；
（6）单片机采用的是Freescale公司的MCF54452，用于对FPGA逻辑器件进行设置，使FPGA逻辑器件能正常完成所要求的功能；
（7）数模转换模块采用的是ADI公司的AD9963，可以将来自调制解调模块（2）的模拟信号转换成数字信号，或者将来自收发接口模块（3）的数字信号转换成模拟信号。
采用本发明的一个设计实例见图3。主要由三块电路板PRMBA电路板8、PTRBA电路板9、PPSUA电路板10组成。其中PRMBA电路板8是实现收发接口模块3、时钟模块5、单片机6和数模转换模块7的功能。PTRBA电路板8实现电子开关1和调制解调模块2的功能。光纤通过PRMBA电路板8上的两个光收发器12连接的光纤11完成光信号的传输。PPSUA电路板10是电源板，用于将外部的供电电压转换为内部使用的工作电压。
本设计实例的电路原理图如图1所示。首先PTRBA电路板9将从天线接收到的无线射频信号，通过设置为接收模式的电子开关1进入调制解调器2，由调制解调器2还原成低频的模拟数据信号。这个模拟数据信号通过板卡接口进入PRMBA电路板8的数模转换模块7，转换成数字基带信号，然后再通过数模转换模块7与收发接口模块3的接口进入收发接口模块3的FPGA逻辑器件，按照特定的传输格式，对数字基带信号进行处理，并转换成串行数据格式准备发送。本方案中，采用的是光纤传输方式，需要先将电信号转换成光信号，实现此功能的器件是收发接口模块3中的光电转换器件，选用符合SFP规范2.5Gbit/s传输速率规格产品，通过高速差分信号接口接收FPGA逻辑器件提供的高速串行数据信号，通过内部的光电转换器件转换成适合光纤传输的光信号，然后通过专门的接插件（本方案中采用的是LC规格接插件）与光缆连接，通过光缆传送到地面设备。另外基站设计上还有第二个光模块，可以作为辅助接口，连接另外一个基站，形成串联拓扑结构，更好的发挥光纤传输距离的优势。
本设计实例中各个模块的接口设计是这样的：由于电子开关1与调制解调模块2之间是高频率的射频信号，因此连接这两个器件的电路板信号线需要采用符合高频信号传输的微带线13方式，减少射频信号的能量损失，降低受到干扰的可能性。经过调制解调器模块2之后，信号还原为低频率的模拟信号，需要对电路板信号线采用满足阻抗匹配的50欧传输线14方式，以便模拟信号在到达数模转换模块7时，不会产生失真。信号经过数模转换模块7后，将变成数字信号，为了高效传递数字信号，数模转换模块7和收发接口模块3之间采用的是两组16bit并行数据总线15，分别用于接收和发送方向的数字信号的传送。收发接口模块3还分为FPGA逻辑器件和光电转换器件，为了传递高速串行电信号，采用的是低电压差分信号线16的方式，有效消除共模干扰。通过光电转换器件后，形成光信号，可以通过光缆17与地面设备4通信。基站中还有单片机6，通过串行传输的SPI总线接口18方式实现对FPGA逻辑器件、数模转换模块7、调制解调模块2中的电路芯片的控制。另外，时钟模块6通过参考时钟信号线19从FPGA逻辑器件中获得时钟信号，作为参考产生数模转换模块7和调制解调模块2中的电路芯片所需的时钟信号，并通过系统时钟信号线20传递到每个芯片。由于参考时钟信号线19和系统时钟信号线20用于传递时钟信号，为了减少信号失真，也需要采用满足阻抗匹配的50传输线方式。
Claims (1)
1.用于电缆隧道中的TD-SCDMA基站，其特征是由电子开关（1）、调制解调模块（2）、数模转换模块（7）、收发接口模块（3）、单片机（6）和时钟模块（5）组成，收发接口模块（3）由FPGA逻辑器件和光电转换器件构成，基站电子开关（1）通过微带线（13）连接调制解调模块（2），调制解调模块（2）通过传输线（14）连接数模转换模块（7），数模转换模块（7）通过数据总线（15）与收发接口模块（3）连接，单片机（6）通过串行传输的SPI总线接口（18）分别与调制解调模块（2）、收发接口模块（3）、数模转换模块（7）连接，时钟模块（5）通过参考时钟信号线（19）连接收发接口模块（3）中FPGA逻辑器件，时钟模块（5）通过系统时钟信号线（20）连接调制解调模块（2）中每个芯片；
所述收发接口模块（3），由一个FPGA逻辑器件和两个光电转换器件构成，两个器件通过低电压差分信号线（16）连接；
调制解调模块（2）采用ADF4602调制解调器；
所述数模转换模块（7）采用AD9963转换器；
所述时钟模块（5）采用ADF4001时钟发生器；
所述基站通过收发接口模块（3）中光电转换器件转换成适合光纤传输的光信号，通过光缆（17）传输到地面设备（4）。
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