一种室内信号传输系统
技术领域
本发明涉及一种室内信号传输系统,属于室内信号传输和覆盖领域。
背景技术
传统室内信号传输系统分成三个大类,第一类是有线电视室内信号分配系统,其传输系统特性阻抗为75欧姆,信号频率为5MHz―1000MHz;第二类是各类手机室内信号分布系统,传输系统特性阻抗为50欧姆,其信号频率集中在900MHz、1800MHz、1900MHz、2300MHz等频点附近;第三类是WiFi室内覆盖系统,传输系统特性阻抗为50欧姆,信号频率在2400MHz、5800MHz附近。
在传统领域,有线电视信号室内分配系统,手机信号室内分布系统,WiFi信号室内覆盖系统是完全不相关的三个体系。通常有线电视信号室内分配系统由有电视运营商建设;手机室内信号分布系统分别由三大运营商独立建设;WiFi室内信号分布系统则由WiFi系统承包商自行建设。这种情况不但增大了总体投资,也使得室内信号分布或者分配系统变得十分复杂;下面分别对三大室内信号分配系统进行一些介绍:
(1)有线电视系统
有线电视系统室内分配系统大都使用SYWV 75-7、SYWV 75-5等型号物理发泡聚乙烯绝缘有线电视系统电缆,各类无源分配、分支器件及用户面板构成。
整个传输系统特性阻抗为75欧姆,且在用户信号放大器之后全部采用无源功率分配、分支方式完成信号传输。信号分配网络在电路系统上双向对称,信号既可以从放大器侧向用户端传输,也可以从用户端向放大器侧传输。
有线电视电缆及无源器件信号传输频率范围为5MHz―1000MHz,信号以频分方式在统一物理路由内传输。通常上行频段为5MHz―65MHz,作为上行交互式综合业务频带;65MHz―87MHz为上下行频段隔离带;87MHz―108MHz为FM调频立体 声广播频段;108MHz―860MHz为下行模拟、数字电视传输频段,以及Cable Modem下行信号传输频段。
有线电视室内传输系统可以确保有线电视射频信号高质量、低损耗分配、传输。
(二)手机信号室分系统
室分系统的全称是室内分布系统,是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功方案;是利用室内天线分布系统将移动基站信号均匀分布在室内每个角落,从而保证室内区域拥有理想信号覆盖的技术系统。
室内分布系统的组网按照信号源有以下几种接入方式:宏蜂窝作信源接入信号分布系统;微蜂窝作信源接入信号分布系统;直放站作信源接入信号分布系统;而室内分布系统。根据传输媒介分为:射频无源分布系统;射频有源分布系统;光纤分布方式;泄露电缆分布方式。
其中的射频无源分布系统与有线电视室内分配系统类似,不过其连接电缆通常是50欧姆皱纹铜管同轴电缆,例如1/2馈线、7/8馈线;50欧姆编织型外导体同轴电缆,例如7D线、8D线。信号分配与耦合采用微带或腔体功分器、耦合器。无源室分系统与有线电视无源分配系统的逻辑结构相似,但是传输信号功率有较大区别。通常有线电视信号是毫瓦量级的,而室分系统信号则超过是数瓦或者是几十瓦。
手机室分系统信号传输频段集中在几个频段:
a、中国移动
2G:890MHz―909MHz;935MH―954MHz;880MHz―890MHz;925MHz―935MHz;1710MHz―1720MHz;1805MHz―1815MHz;1725MHz―1735MHz;1820MHz―1830MHz;
3G:1880MHz―1920MHz;2010MHz―2025MHz;2300MHz―2400MHz;
4G:1880MHz―1900MHz;2320MHz―2370MHz;2575MHz―2635MHz。
b、中国联通
2G:909MHz―915MHz;954MHz―960MHz;1740MHz―1755MHz;1835MHz―1850MHz;
3G:1940MHz―1955MHz;2130MHz―2145MHz;
4G:2300MHz―2320MHz;2555MHz―2575MHz。
c、中国电信
2G:825MHz―835MHz;870MHz―880MHz;
3G:1920MHz―1935MHz;2110MHz―2125MHz;
4G:2370―2390MHz;2635―2655MHz。
注:以上内容摘自互联网上的数据。
(三)WiFi室内覆盖系统
WiFi室内覆盖系统通常使用AP局部覆盖或采取与手机类似的室分系统并布放覆盖天线。
当其采用与手机类似的室分系统时,系统构成是基本相同的,但是传输频段集中在2.4GHz、5.8GHz附近,2.4GHzWIFI信号的13个频道中心频率从2412MHz至2472MHz。
上述三类室分系统的不足点在于:
50欧姆传输系统、75欧姆传输系统的传输介质都是同轴电缆,不过根据其中介质的不同而分别呈现50欧姆或75欧姆的特性阻抗,与此匹配的是整个系统中各类有源、无源器件的特性阻抗都必须与传输系统特性阻抗相同。
但是,从电路本身分析,信号传输系统只要阻抗匹配就能够实现信号的高 质量、低损耗传输;且采取频分方式,在同一个没有非线性干扰的传输系统中,各类信号能够在系统中无干扰传输。但是,由于有线电视室内分配系统,手机室分系统及WiFi室内覆盖系统的信号传输功率、特性阻抗及信号频率的不同,只能使用不同的室内信号传输系统,不但增大总体投资,也给室内布线带来很大麻烦。
室内WiFi信号覆盖,特别是家庭主要使用无线路由器直接进行覆盖,这种方式在离路由器近的地方接入效果好,但是对人体辐射较大,因为通常家用路由器输出功率为100mw;离路由器远的地方虽然辐射小,但是接入效果很差;这种方式是无法做到在室内实现WiFi信号均匀分布的。
对于部分别墅户型,由于面积大,房间多,致使手机信号无法有效覆盖,通常需要安装室分系统,造价昂贵,同样会引入较大辐射。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出一种室内信号传输系统,该系统使得三大室内信号分配系统在的75欧姆统一室内信号传输系统中实现低失真、低损耗的双向传输,其利用效率高、建设和维护成本较低。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:一种室内信号传输系统,该系统统一将有线电视信号,2G、3G、4G手机信号,2.4GHzWiFi信号匹配至75欧姆特性阻抗;所有信号以频分方式统一在特性阻抗为75欧姆的室内传输系统中传输;同时,使用75欧姆用户终端面板完成有线电视信号连接,并使用75欧姆内置或外置天线完成2G、3G、4G手机信号,2.4GHz WiFi信号的室内覆盖,从而实现建筑物内不同信号的共缆传输与分配,完成有线电视与无线信号的覆盖;该系统包括:
传输器件,所述传输器件的传输频带为5MHz―2500MHz,且其频带由微带电路或传输线变压器电路模式实现;以及与之串行连接的
独立传输匹配器件,所述独立传输匹配器件的内置电路实现50欧姆与75欧姆特性阻抗匹配,两端阻抗为50欧姆、75欧姆,同时按照不同使用环境,完成截止频率为870MHz―2300MHz的高通滤波。
所述独立传输匹配器件位于传输器件、75欧姆用户终端之前,三者是串行连接关系,通常采用星形逻辑结构。
作为优选,所述传输器件采用二分配器、三分配器、四分配器、六分配器、八分配器、十二分配器和十六分配器中的一种或者几种来实现,或者也可以采用分支器电路的方式来实现。
作为优选,所述独立传输匹配器件的内置电路组成包括阻抗匹配电路和信号隔离电路;所述阻抗匹配电路由纯电阻电路组成,以避免引入非线性干扰;所述信号隔离电路根据有线电视信号、手机信号及2.4GHz WiFi信号分布的频谱位置的不同,其有三种信号隔离电路。
作为优选,所述信号隔离电路分别为:
(1)在2G信号共缆传输环境下,高通滤波器的截止频率在870MHz―880MHz之间,以去除有线电视信号与2G信号间的相互干扰;
(2)在3G、4G信号共缆传输环境下,高通滤波器的截止频率在1000MHz―1800MHz之间,以去除有线电视信号与3G、4G信号间的相互干扰;
(3)在WiFi信号共缆传输环境下,高通滤波器的截止频率在1000MHz―2300MHz之间,以去除有线电视信号与2.4GHzWiFi信号间的相互干扰。
作为优选,还包括75欧姆统一用户终端,该用户终端既用于连通有线电视信号,也用于连接75欧姆外置或内置天线。
作为优选,所述的外置天线为75欧姆F型连接座型全向天线,且其内部电路增加截止频率为870MHz―2300MHz的内部高通滤波器以消除有线电视信号辐射 干扰;所述内置天线为SMA系列、IPEX接头或其他通信常用接头的内置天线,且其内部电路增加截止频率为870MHz―2300MHz的内部高通滤波器以消除有线电视信号辐射干扰。
作为优选,所述独立传输匹配器件为一体化独立传输匹配器件或者为带有连接电缆的独立传输匹配器件;且独立传输匹配器件的一端为75欧姆F型插座,另一端为SMA系列插座、N型接头、IPEX接头或者其他通信常用接头。
本发明的有益效果:本专利通过独立传输匹配器件、高带宽无源功率分配,分支器件使得传统有线电视网络室内分配网络的传输带宽提高至5MHz―2500MHz;设计独立的传输匹配器件以及75欧姆全向天线,由此构建了一个完整的、特性阻抗为75欧姆的、统一的室内信号传输系统。该系统能够将有线电视信号,2G、3G、4G手机信号,2.4GHzWiFi信号都变换至75欧姆特性阻抗,并经过信号隔离处理后,所有信号以频分方式统一在特性阻抗为75欧姆的室内传输系统中传输;使用75欧姆用户终端面板完成有线电视信号连接,并使用75欧姆内置或外置天线完成2G、3G、4G手机信号,2.4GHzWiFi信号的室内覆盖,从而实现建筑物内各种信号的共缆传输与分配,完成有线电视与无线信号的覆盖。
由于借助同轴电缆传输,在不影响有线电视信号传输的前提下,高效地实现了WiFi等信号的室内均匀覆盖,从而减少了在家庭安装大功率无线路由器等设备而造成的电磁辐射,降低了对人体的危害;同时,也充分发挥室内同轴电缆传输系统的资源价值,降低了室内信号传输系统建设和维护成本。不但能充分发挥有线电视室内传输电缆的作用,使得有线电视网络运营商能够低成本实现WiFi信号的用户覆盖;也将改变现有WiFi、手机信号的室内分布系统结构,以更加低廉的成本实现WiFi、手机信号的室内覆盖。
附图说明
图1为本发明的系统框图;
图2为本发明二分配器电路原理图;
图3为独立传输匹配器件的电路原理图;
图4为图3中的阻抗匹配电路;
图5为本发明某一办公室测试现场系统框图;
图6为图5的终端与测试点分布图;
图7为本发明某一小区测试现场系统框图;
图8为图7的终端与测试点分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,一种室内信号传输系统,该系统统一将有线电视信号,2G、3G、4G手机信号,2.4GHz WiFi信号匹配至75欧姆特性阻抗;所有信号以频分方式统一在特性阻抗为75欧姆的室内传输系统中传输;同时,使用75欧姆用户终端面板完成有线电视信号连接,并使用75欧姆内置或外置天线完成2G、3G、4G手机信号,2.4GHz WiFi信号的室内覆盖,从而实现建筑物内不同信号的共缆传输与分配,完成有线电视与无线信号的覆盖;该系统包括:
传输器件,所述传输器件的传输频带为5MHz―2500MHz,且其频带由微带电路或者传输线变压器电路模式实现;所述传输器件采用二分配器、三分配器、四分配器、六分配器、八分配器、十二分配器和十六分配器中的一种或者几种实现,或者也可采用分支器电路的方式来实现。
如图2所示的二分配器电路原理图,隔离分配变压器是绕在同一个高频铁氧体磁芯上,其输入、输出端口阻抗皆为75欧姆,该器件将功率平均分配至两个输出端口,理想状态输出信号功率减半,由于该器件电路结构的对称性,当两 个信号自输出端输入时,原输入端可将来自输出端口的两个信号混合输出;四分配器可由三个二分配器组成,在实际使用过程中二分配器电路也可采取微带电路方式实现。
独立传输匹配器件,如图3所示的独立传输匹配器件的内置电路输入端阻抗为50欧姆,输出端阻抗为75欧姆,且实现50欧姆与75欧姆特性阻抗匹配,同时实现不同截止频率的高通滤波;阻抗匹配单元后的信号隔离电路按照截止频率和幅频特性要求设计,本实施例仅就其中一种情况,即截止频率为1GHz的一阶高通滤波器,输入、输出阻抗为75欧姆的情况举例说明。
所述独立传输匹配器件的内置电路组成包括阻抗匹配电路和信号隔离电路,所述阻抗匹配电路由纯电阻电路组成,具体如图3所示,采用纯电阻电路模式以避免引入非线性干扰,最大限度避免共缆传输过程中的信号失真;该电路可采取分立元件或者印制电路板等方式实现,在图4的电路中,电路两侧的电压损耗约为7.5dB,功率损耗约为5.7dBm。
所述信号隔离电路根据有线电视信号、手机信号及2.4GHzWiFi信号频谱不同,其有三种信号隔离电路,且该信号隔离电路分别为:
(1)在2G信号共缆传输环境下,高通滤波器的截止频率在870MHz―880MHz之间,以去除有线电视信号与2G信号间的相互干扰;
(2)在3G、4G信号共缆传输环境下,高通滤波器的截止频率在1000MHz―1800MHz之间,以去除有线电视信号与3G、4G信号间的相互干扰;
(3)在WiFi信号共缆传输环境下,高通滤波器的截止频率在1000MHz―2300MHz之间,以去除有线电视信号与2.4GHzWiFi信号间的相互干扰。
还包括75欧姆统一用户终端,该用户终端既用于连通有线电视信号,也用于连接外置或内置75欧姆天线;所述的外置天线为75欧姆F型连接座型全向天线, 且其内部电路增加截止频率为870MHz―2300MHz的内部高通滤波器以消除有线电视信号辐射干扰;所述内置天线为SMA系列、IPEX接头或其他通信常用接头的内置天线,且其内部电路增加截止频率为870MHz―2300MHz的内部高通滤波器以消除有线电视信号辐射干扰。
所述独立传输匹配器件为一体化独立传输匹配器件或者为带有连接电缆的独立传输匹配器件;且独立传输匹配器件的一端为75欧姆公制或者英制F型插座,另一端为SMA系列插座、N型接头、IPEX接头或其他通信常用接头。
本发明的室内信号传输系统组成模式可根据实际网络需求而采取纯分配、分支加分配两种系统结构,但改变的仅是室内传输系统部分中的无源器件或电缆型号,信号匹配与隔离,信号输出部分保持不变,本专利中主要采用纯分配的方式。
在本专利中涉及的所有无源分配、分支器件均可采取过流设计或不过流设计。所谓过流设计即无源器件可同时传输高频电视信号和低频电流,一般是50Hz的60伏交流电,也可以是低压直流。本专利中设计的所有无源分配、分支器件的高频信号传输功率不大于5000MW。
本发明的实用性、有效性通过以下两次实际测试说明。第一次测试选择某办公室,重点测试理论计算模型的正确性;第二次测试选择某小区31号楼进行现场验证测试。
实施例一:
理论计算数据测试:
本次测试选择办公室环境来测试理论计算的准确性。其系统图如图5所示,终端与测试点分布图如图6所示,测试设备及软件为:
设备 |
软件 |
小米note手机 |
network singal info |
Dell N4030笔记本 |
homedale 1.53版 |
中兴500mwAP |
|
测试条件为:测试高度为1.3m/0.8m,其中1.3m约为人站立时的高度,0.8m为人坐着测试的高度;传输器件为12混合分配单元,-16dBm输出口。
表一为理论测试数据:
测试结论
(1)以C点为例,当连接电缆长度为50m、采取内天线、笔记本接收为例,理论值:
27(500mw)-6(独立传输匹配器件)-16(12混)-8(4分配)-18(50米线损)-52(4m空间损耗)+5+3(发、收天线增益)=-65dBmm;
实际测试结果为-64dBmm,较为接近,测试结果与理论计算基本吻合。
(2)30米线长时,笔记本各点均能良好上网,手机在个别点信号功率不高,但可正常上网。
(3)测试结果表明天线方向图设计需要按照房间形状优化。
实施例二
实际网络测试
本实施例的测试系统图如图7,终端分布及测试点位图如图8所示。
本次测试设备清单如下:
设备 |
数量 |
中兴DAS AP W815N |
1台 |
信号混合分配单元 |
1个 |
5dBm内置天线面板 |
24个 |
4dBm外置全向天线面板 |
12个 |
室内4分配器(2.4G)
|
12个 |
室内2分配器(2.4G)
|
6个 |
本次测试选择某小区某楼有线电视同轴电缆接入网作为测试对象,重点测试75欧姆统一室内信号传输系统的信号接入及覆盖能力。本次测试仅使用有线数字电视及2.4GHz WiFi信号作为测试对象。手机信号虽频率、功率与WiFi信号不同,但原理相同,故不做测试。
有线数字电视信号通过SYMV75-5高品质同轴电缆连接上二分配器,WiFi信号通过独立传输匹配器件连接上二分配器,二分配器完成无源信号混合;所述二分配器通过一个十二分配器将信号接入十二个用户,本实施例中选择该楼其中一个单元,1―6楼的12个用户;然后在室内再通过一个四分配器进行信号分配,供不同用户内的不同房间使用,所述四分配器连接至75欧姆用户终端;其具体的信号传输流程如下:
(1)下行信号流程,即从信号源侧至用户端:
a、信号匹配与隔离
WiFi信号经过独立传输匹配器件进行阻抗匹配和信号隔离后,滤除其中可能的低频干扰,避免影响有线数字电视信号传输,该部分使用独立传输匹配器件。而有线数字电视信号由于采用专业前端及传输设备,其带外干扰非常小,对手机信号、WiFi信号的影响可忽略不计。若个别有线数字电视前端设备带外 抑制指标不足,则可另行制作相应的独立传输匹配器件,阻抗无须变换,但内部增加截止频率为870MHz–1500MHz的低通滤波电路以消除来自有线数字电视系统的高频干扰。
b、信号混合、分配与传输
经过阻抗匹配和信号隔离后的WiFi信号与有线数字电视信号经过反向安装的二分配器进行信号混合;混合信号进入十二分配器进行分配,其中四个低衰减出口信号送至电缆距离较长的1楼、6楼的四个用户;而其余八个高衰减输出则送至电缆距离较短的2楼、3楼、4楼、5楼的八个用户;混合信号进入室内后,再使用四分配器进行信号分配,供不同房间使用;该部分使用室内传输系统。
c、信号输出
测试系统的信号输出同时存在有线电视信号输出和WiFi信号输出两类,分别通过F形接头座及75欧姆天线输出;该部分使用75欧姆天线。
(2)上行信号流程,即从用户端至信号源侧:
a、信号输入
有线电视系统中的上行信号通过F形接头座输入,WiFi信号则通过天线接收;
b、信号混合与传输
由于室内无源传输系统的双向特性,信号将与下行信号反向传输并通过由室内传输系统实现信号混合与传输,有线电视系统反向信号由系统中分配器输出,WiFi信号则经过独立传输匹配单元滤除来自有线电视系统可能的低频干扰后输出。
表二为理论计算结果:
有线数字电视信号用户终端电平都在60dBmuv以上,可以保证数字电视机顶盒正常接收。
考虑到内置天线5dBm增益,全向天线4dBm增益,以及4米空间损耗52dBm,则接收端功率大约在-62dBmm,再考虑手机内置天线2―3dBm的天线增益,接收端信号大约在-60dBmm,这在三星NOTE2手机上显示无线信号是满格(四格)。WiFi设备灵敏度很高,比如TOTOLINK的N150R+,在-65dBmm即可达到135Mbps的连接速率,在-74dBmm可达到54Mbps的连接速率,在-84dBmm时还可以保证11Mbps的连接速率。而用户终端也一样,实测表明,在-80dBmm仍可在三星NOTE2手机上稳定收看PPTV的超清电影。
注:上述计算结果未考虑天线方向图,而仅将其视作理想全向天线,即各方向天线增益一致。在后续的实际测试数据中能够看到天线方向图对于信号功率的影响。
测试设备 |
软件 |
小米note手机 |
network singal info |
华为荣耀6PLUS手机
|
network singal info |
Dell N4030笔记本 |
homedale1.53版 |
IPAD4 |
|
测试数据见表三至表七所示:表三:有线电视电平测试记录表:
表四:204房间信号穿墙测试
表五:103室信号测试数据表
表六:204室信号测试数据表
表七:503室信号测试数据表
测试结果初步分析
(1)本次测试在一户内安装三个75欧姆用户终端面板,分别接在客厅、餐厅、房间2,整体测试情况表明信号能满足数字电视收视与用户WiFi使用需求。以103室为例的连接方式中,中兴DAS AP W815N(下文中简称为AP)能连接多达48个用户终端,完全满足一个单元12户内所有房间的覆盖要求;但是在多接入一个二分配器件(增加4dBm损耗)的204室,个别房间角落信号不稳;按照204房间的系统连接,AP将连接96个用户终端,在实际使用环境中不存在;204室的模型仅为测试更多分配损耗对WiFi信号传输的影响。
(2)电视信号在混入WiFi信号后,个别频点有4dBm左右衰减,但是对信号质量无影响,关键指标MER基本无变化,经分析,个别频点信号衰减应为器件带内传输特性不够平坦所致,经调整后可消除。
(3)不同接收设备的灵敏度不同,测试结果有差异,小米手机显示信号功率最低,故选择其数据作为测试结果。虽虚拟仪器测试精度不够,但不影响定性分析结果。
(4)取204室为试点,测试其周围上下左右邻居信号覆盖情况,左右两边信号覆盖几乎不能使用,上下楼层部分范围可以使用;说明该种面板分布方式对左右邻居基本无影响,对上下楼层影响不大,不会出现同一WiFi信号相互干扰情况。
(5)WiFi由于标准成熟,有更加可靠的连接质量。当传输衰减增或空间干扰增加,影响通信质量时,WiFi系统会在DBMPSK、DQPSK、CCK、OFDM、16-QAM、64-QAM等调制方式中自动切换,以保证连接;水星MW310R甚至在-90dBmm仍旧保证1Mbps的连接速率;而当信号功率在-80dBmm时,很多设备仍旧能保证11Mbps的连接速率,完全满足家庭宽带应用需求。
(6)由于整个单元仅使用一台AP,仅有单一SSID,用户可以在单元内实现无缝漫游。
测试结论
本次测试结果表明本发明所设计的75欧姆统一室内信号传输系统在实际使用环境中可用,达到设计要求,对WiFi系统进行优化,比如信道调整等,还能够更有效提升WiFi接入质量。