CN109274428A - 一种数字光纤分布式信号管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数字光纤分布式信号管控系统，该系统主要包括无线信号接入控制模块、侦测模块以及专网模块，通过合理的频率分配和预选滤波处理，使得各个模块间得以协同工作，实现了对违规手机信号的管控、侦测以及保障合法手机的通信，使得信号管控区域得以高效覆盖。通过主控制信号单元SU生成的主控制信号和远端单元RU生成的辅控制信号以一定算法混合的方式，使整个信号管控区域内都能达到较优的管控效果。本发明通过数字光纤拉远的形式，可实现大范围的高效覆盖，在实现整体信号管控目标的同时，大大的降低了系统的成本。此外为实现更大范围的管控信号覆盖，可以通过GPS同步，使得数套相同的管控系统协同工作，从而实现公里级别的分布式覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信信号的管控领域，主要是一种数字光纤分布式信号管控系统。
背景技术
现如今移动通信已基本实现全面覆盖，然而对于一些需要保密等管制区域，如考场、学校、会议中心、监狱、军事重地等场合，既要使得禁止人员的手机不得发生通信业务，还要保证其工作人员内部的正常通信。然而实际中不可避免的存在外来手机通过各种手段、途径进入禁止领域的情况，因此在这种情况下还要求能够及时识别、发现以及定位这些外来手机并获取其身份信息等。
要实现上述要求，通常会利用侦测基站来吸附违规手机，并设立专网基站以给合法用户提供专网通信。但实际实现过程中存在以下几个难点：1、现在的移动通信系统有着：频段多(目前国内有多达8个频段，各个国家、地区的频段数量会有所差异)，制式多(GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、FDD-LTE、TD-LTE)，运营商多，基站小区多以及手机制式型号多等特点；如果要达到全网控制(侦测)则需要大量的侦测基站，因为需要按频段按制式、按运营商分别布置，否则违规手机就可以获得通信(侦测基站对附近信号管控区外的用户也会产生干扰)，某些手机还具备防侦测基站的功能，因此侦测基站系统的建设成本非常高；2、另一个难点在于，在实现侦测的前提下还需要结合信号接入控制，常见的信号接入控制系统又分各种技术：常见的有扫频干扰型，白噪声干扰型，还有如本公司的存储转发专利中的自干扰型等，这些信号接入控制方式如何与侦测和专网的良好共存，既要实现违规手机的信号接入控制与侦测，又要实现合法用户的通信，目前还未有相关文献提及。3、通常情况下，以本公司存储转发专利为代表的信号接入控制专利，只针对单设备有效，对于需要实施区域管控的情况，需要用到较多的设备，这些设备如何都能高效的实现信号接入控制，目前还未有相关文献提及。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，为用户提供一种既能管控运营商公网信号，且还带有专网及侦测定位功能的数字光纤分布式信号管控系统，本系统可以有效减轻用户建网负担，通过数字光纤拉远的形式，实现更大范围的高效覆盖。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种数字光纤分布式信号管控系统，主要包括无线信号接入控制模块、侦测模块以及专网模块；其中无线信号接入控制模块主要包括依次连接的接收天线、主控制信号单元SU、融合接入单元AU、远端单元RU、发射天线，其中：
接收天线，接收基站发来的空中基站信号；
主控制信号单元SU，通过同轴端口获得空中基站信号，经处理后得到相应频段通信信号的基带控制信号，该基带控制信号作为主控制信号通过编码后由数字光纤传送到融合接入单元AU；
融合接入单元AU，将主控制信号单元SU传送来的主控制信号以及侦测模块、专网模块传送来的侦测信号和专网信号经由数字光纤传输至远端单元RU；
远端单元RU，根据接入控制区域的信号强度及基站信息，生成辅控制信号，并将生成的辅控制信号与融合接入单元AU传送过来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、专网信号合路形成综合管控信号；
发射天线，把远端单元RU传来的综合管控信号发送到空中以管控基站发送给手机的信号；
侦测模块包括至少一个侦测基站，所述侦测基站用于侦测违规手机；专网模块为专网基站，所述专网基站用于为合法用户提供专网通信；所述至少一个侦测基站和专网基站通过融合接入单元AU建立上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为侦测和专网的转发中继。
本发明除了天线与主控制信号单元SU和远端单元RU之间采用同轴电缆连接，其他如主控制信号单元SU与融合接入单元AU、融合接入单元AU与远端单元RU之间均采用数字光纤连接，通过数字光纤拉远的形式，可实现更大范围的高效覆盖。本发明集信号管控、侦测、专网功能于一体，下面结合本系统分别介绍各个模块的工作原理：
1、无线信号接入控制模块工作原理：由接收天线端口进来的空中基站信号经同轴电缆进入主控制信号单元SU的各个频段滤波器，滤波输出后经低噪声放大器放大，之后进下变频器变频输出后经ADC数字化后再进FPGA作软件无线电处理、滤波及存储转发算法处理等，得到相应频段通信信号的基带控制信号，该基带信号作为主控制信号通过数字光纤传送到融合接入单元AU。融合接入单元AU，将主控制信号单元SU传送来的主控制信号以及侦测模块、专网模块传送来的侦测信号和专网信号经由数字光纤传输至远端单元RU。远端单元RU，根据接入控制区域的信号强度及基站信息，生成辅控制信号，并将生成的辅控制信号与融合接入单元AU传送过来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、专网信号合路形成综合管控信号；该综合管控信号通过功放放大后馈入发射天线发送到空中以管控基站发送给手机的信号。
2、侦测通信工作原理：侦测模块包括至少一个侦测基站，所述侦测基站用于侦测手机的IMSI，根据预设的白名单，如果该IMSI不在白名单上，就被判定为黑名单，即违规手机，并对违规手机的行为做驻留；对白名单手机发信令使手机跳转到专网基站上。所述至少一个侦测基站通过融合接入单元AU与无线信号接入控制模块上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为侦测的转发中继。实施侦测功能时，下行链路为：一个或多个侦测基站发出的信号经融合接入单元AU进行软件无线电的数字化，通过数字光纤到达远程单元RU，远程单元RU还原到射频载波信号(也即综合管控信号中的侦测信号部分)通过发射天线发送到达接入控制区域以用来联络在接入控制区域的手机，这里无线信号接入控制模块工作时管控了所有公网的信号，没有对侦测基站及专网实施管控。上行链路相反，违规手机被接入侦测基站。
3、专网通信工作原理：专网基站用于为合法用户提供专网通信，专网基站通过融合接入单元AU与无线信号接入控制模块建立上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为专网的转发中继。专网基站的下行信号进融合接入单元AU经过软件无线电的数字化，通过数字光纤到达远程单元RU，远程单元RU还原到射频载波信号(也即综合管控信号中的专网信号部分)通过发射天线到达接入控制区域供合法用户手机使用，上行信号方向则相反。此专网的射频信号的覆盖用来形成专网，用来连接接入控制区域的专网手机，需有专网SIM卡认证，非专网手机无法接入专网。
本发明还可通过以下技术方案进一步限定和完善：
作为一种技术方案，所述主控制信号为P，辅控制信号为S，按照一定算法混合成初步控制信号J，J＝α×P+(1-α)×S，其中0＜α＜1；当α大于1时，J＝P；其中α为远端单元RU实际覆盖的区域半径与该远端单元RU与主控制信号单元SU的距离的比值。采用主控制信号单元SU生成的主控制信号和远端单元RU生成的辅控制信号以上述算法混合的方式，通过混合可以使得在整个管控区域内都能达到较优的接入控制效果。实验结果表明，当综合控制信号比运营商信号大3dB到5dB时，就能实现接近95％以上的覆盖效果，当综合控制信号比运营商信号大10dB时能实现100％的覆盖效果。
作为一种技术方案，所述侦测模块、专网模块及无线信号接入控制模块的信号部署在不重叠频率上。要实现在接入控制区域对违规手机的侦测以及为合法用户手机提供通信，无线信号接入控制模块需与侦测模块及专网模块协同工作。协同原理为：为了避免控制信号对侦测信号的干扰，或者控制信号对专网信号的干扰，综合控制信号、侦测信号及专网信号必须部署在不重叠的频率上。具体的，在远端单元RU将生成的辅控制信号与从融合接入单元AU传送来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、专网信号合路形成综合管控信号。对于上行链路，由于没有接入控制信号发送，因此也不会对侦测信号或者专网信号造成干扰，故可以不做特殊处理。需要注意的是，对于下行链路，则要控制下行综合管控信号在上行频率的杂散泄露。
作为一种技术方案，至少有一个远端单元RU与融合接入单元AU通过数字光纤连接，每个远端单元RU都与一个或以上的发射天线通过同轴电缆连接。多个远端单元RU之间通过融合接入单元AU的控制协同同步发射以达到更大的管控区域；多个远端单元RU、至少每个RU都有一个以上发射天线，是为了扩大管控区域，覆盖可以实现从10～200米扩展到用户需要的数公里等级。
作为优选，所述管控系统还包括分别与融合接入单元AU和远端单元RU通过数字光纤连接的扩展单元EU，所述扩展单元EU作为扩展接入增加远端单元RU的端口数。同理，增加远端单元RU可实现更大范围的管控。
作为一种技术方案，所述融合接入单元AU分别与专网基站和多个侦测基站相连接，所述侦测基站的数量与当地移动运营商的数量相一致。具体的可以根据不同国家移动运营商的数量设置对应数量的侦测基站。以中国为例，由于目前国内主要有三个移动通信运营商，包括移动、联通和电信，因此可针对每个移动通信运营商分别设置一个侦测基站，用于吸附各移动通信运营商的违规手机。
作为一种技术方案，所述管控系统还包括定位模块，定位模块用于获取目标手机的位置信息；定位模块与侦测模块和融合接入单元AU相连接；根据目标手机的上行信号特征，在定位模块内通过匹配滤波的方式，来检测目标手机上行信号的强度，上行信号强度最强的定位模块所在的位置，即为目标手机所在的位置，实现了目标手机的定位。
本发明还可以多套相同的管控系统协同工作以获得更大的管控范围，具体的技术方案如下：
作为一种技术方案，包括至少一套所述管控系统，每个所述管控系统中的主控制信号单元SU还与GPS天线连接，主控制信号单元SU获得同步GPS时钟信息，采用GPS的秒翻转时间作为公共时钟以获得多套管控系统间同步。
综上所述，本发明包括无线信号接入控制模块、侦测模块、专网模块以及定位模块，通过合理的频率分配和预选滤波，使得各个模块间得以协同工作，实现了对违规手机的信号管控、侦测以及保障合法手机的通信，使得信号管控得以高效覆盖。通过主控制信号单元SU生成的主控制信号和远端单元RU生成的辅控制信号以一定算法混合的方式，使得在整个信号管控区域内，都能达到较优的信号管控效果。实验结果表明，当综合控制信号比运营商信号大3dB到5dB时，就能实现接近95％以上的覆盖效果，当综合控制信号比运营商信号大10dB时能实现100％的覆盖效果，这样在实现整体管控目标的同时，大大的降低了系统的成本。此外为实现更大范围的管控信号覆盖，还可以通过GPS同步，使得数套相同的管控系统协同工作，从而实现公里级别的分布式覆盖。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例3的结构示意图；
图4为实施例4的结构示意图；
图5为实施例5的结构示意图；
图6为实施例6的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍，本发明是基于本公司存储转发专利的扩展。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种数字光纤分布式信号管控系统，主要包括无线信号接入控制模块(框线部分)、侦测模块以及专网模块；其中无线信号接入控制模块主要包括依次连接的接收天线、主控制信号单元SU、融合接入单元AU、远端单元RU、发射天线，其中：
接收天线，接收基站发来的空中基站信号；
主控制信号单元SU，通过同轴端口获得空中基站信号，经处理后得到相应频段通信信号的基带控制信号，该基带控制信号作为主控制信号通过编码后由数字光纤传送到融合接入单元AU；
融合接入单元AU，将主控制信号单元SU传送来的主控制信号以及侦测模块、专网模块传送来的侦测信号和专网信号经由数字光纤传输至远端单元RU；
远端单元RU，根据接入控制区域的信号强度及基站信息，生成辅控制信号，并将生成的辅控制信号与融合接入单元AU传送过来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、专网信号合路形成综合管控信号；
发射天线，把远端单元RU传来的综合管控信号发送到空中以管控基站发送给手机的信号；
侦测模块包括至少一个侦测基站，所述侦测基站用于侦测违规手机；专网模块为专网基站，所述专网基站用于为合法用户提供专网通信；所述至少一个侦测基站和专网基站通过融合接入单元AU建立上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为侦测和专网的转发中继。
本发明方案中更改原存储转发专利技术中收发天线合一的设计，将接收天线与发射天线分开。除了天线与主控制信号单元SU和远端单元RU之间采用同轴电缆连接，其他如主控制信号单元SU与融合接入单元AU、融合接入单元AU与远端单元RU之间均采用数字光纤连接。本发明集接入控制、侦测、专网功能于一体，下面结合本系统分别介绍各个功能的工作原理：
1、无线信号接入控制模块工作原理：由接收天线端口进来的空中基站信号经同轴电缆进入主控制信号单元SU的各个频段滤波器，滤波输出后经低噪声放大器放大，之后进下变频器变频输出后经ADC数字化后再进FPGA作软件无线电处理、滤波及存储转发算法处理等，得到相应频段通信信号的基带控制信号，该基带信号作为主控制信号通过数字光纤传送到融合接入单元AU。融合接入单元AU，将主控制信号单元SU传送来的主控制信号以及侦测模块、专网模块传送来的侦测信号和专网信号经由数字光纤传输至远端单元RU。远端单元RU，根据接入控制区域的信号强度及基站信息，生成辅控制信号，并将生成的辅控制信号与融合接入单元AU传送过来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、专网信号合路形成综合管控信号；该综合管控信号通过功放放大后馈入发射天线发送到空中以管控基站发送给手机的信号。
这里假设主控制信号为P，辅控制信号为S，按照一定算法混合成初步控制信号J，J＝α×P+(1-α)×S，其中0＜α＜1；当α大于1时，J＝P；其中α为远端单元RU实际覆盖的区域半径与该远端单元RU与主控制信号单元SU的距离的比值。采用主控制信号单元SU生成的主控制信号和远端单元RU生成的辅控制信号以上述算法混合的方式，通过混合可以使得在整个管控区域内都能达到较优的接入控制效果。实验结果表明，当综合管控信号比运营商信号大3dB到5dB时，就能实现接近95％以上的覆盖效果，当综合控制信号比运营商信号大10dB时能实现100％的覆盖效果。
2、侦测通信工作原理：侦测模块包括至少一个侦测基站，所述侦测基站用于侦测手机的IMSI，根据预设的白名单，如果该IMSI不在白名单上，就被判定为黑名单，即违规手机，并对违规手机的行为做驻留；对白名单手机发信令使手机跳转到专网基站上。所述至少一个侦测基站通过融合接入单元AU与无线信号接入控制模块上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为侦测的转发中继。实施侦测功能时，下行链路为：一个或多个侦测基站发出的信号经融合接入单元AU进行软件无线电的数字化，通过数字光纤到达远程单元RU，远程单元RU还原到射频载波信号(也即综合管控信号中的侦测信号部分)通过发射天线发送到达接入控制区域以用来联络在接入控制区域的手机，这里无线信号接入无线信号接入控制模块工作时管控了所有公网的信号，没有对侦测基站及专网实施管控。上行链路相反，违规的手机被接入侦测基站。
3、专网通信工作原理：专网基站用于为合法用户提供专网通信，专网基站通过融合接入单元AU与无线信号接入控制模块建立上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为专网的转发中继。专网基站的下行信号进融合接入单元AU经过软件无线电的数字化，通过数字光纤到达远程单元RU，远程单元RU还原到射频载波信号(也即综合管控信号中的专网信号部分)通过发射天线到达接入控制区域供合法用户手机使用，上行信号方向则相反。此专网的射频信号的覆盖用来形成专网，用来连接管控区域的专网手机，需有专网SIM卡认证，非专网手机无法接入专网。
要实现在管控区域对违规手机的管控、侦测以及为合法用户手机提供通信，无线信号接入控制模块需与侦测模块及专网模块协同工作。协同原理为：为了避免控制信号对侦测信号的干扰，或者控制信号对专网信号的干扰，接入控制信号、侦测信号及专网信号必须部署在不重叠的频率上。具体的，在远端单元RU将生成的辅控制信号与从融合接入单元AU传送来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、接入控制信号合路形成综合管控信号。对于上行链路，由于没有控制信号发送，因此也不会对侦测信号或者专网信号造成干扰，故可以不做特殊处理。需要注意的是，对于下行链路，则要控制下行管控信号在上行频率的杂散泄露。
实施例2
如图2所示，与实施例1不同的是，有多个远端单元RU与融合接入单元AU通过数字光纤连接，每个远端单元RU通过同轴电缆连接一个发射天线。多个远端单元RU之间通过融合接入单元AU的控制协同同步发射以达到更大的管控区域，覆盖可以实现从10～200米扩展到用户需要的数公里等级。
实施例3
如图3所示，与实施例2不同的是，管控系统中还包括与融合接入单元AU和远端单元RU通过数字光纤连接的扩展单元EU，扩展单元EU作为扩展接入增加远端单元RU的端口数。如上述，增加远端单元RU可实现更大范围的管控。
实施例4
如图4所示，在实施例3的基础上，融合接入单元AU可以分别与专网基站和多个侦测基站相连接，具体的可以根据不同国家移动运营商的数量设置对应数量的侦测基站。以中国为例，由于目前国内主要有三个移动通信运营商，包括移动、联通和电信，因此本实施例中针对每个移动通信运营商分别设置一个侦测基站，，用于吸附各移动通信运营商的违规手机。
实施例5
如图5所示，与实施例4不同的是，本发明还可以由多套相同的管控系统组成并协同工作，图5给出了其中任意一个管控系统的结构图。具体的，管控系统中的主控制信号单元SU还与GPS天线连接，信号接收单元RAU获得同步GPS时钟信息，采用GPS的秒翻转时间作为公共时钟以获得多套管控系统间同步。通过多套管控系统间采用公共时钟同步可以有效扩大覆盖区域，可实现公里级别的分布式覆盖。
实施例6
如图6所示，与实施例3不同的是，本发明还包括定位模块，定位模块用于获取目标手机的位置信息；定位模块与侦测模块和融合接入单元AU相连接；根据目标手机的上行信号特征，在定位模块内通过匹配滤波的方式，来检测目标手机上行信号的强度，上行信号强度最强的定位模块所在的位置，即为目标手机所在的位置，实现了目标手机的定位。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，主要包括无线信号接入控制模块、侦测模块以及专网模块；其中无线信号接入控制模块主要包括依次连接的接收天线、主控制信号单元SU、融合接入单元AU、远端单元RU、发射天线，其中：
接收天线，接收基站发来的空中基站信号；
主控制信号单元SU，通过同轴端口获得空中基站信号，经处理后得到相应频段通信信号的基带控制信号，该基带控制信号作为主控制信号通过编码后由数字光纤传送到融合接入单元AU；
融合接入单元AU，将主控制信号单元SU传送来的主控制信号以及侦测模块、专网模块传送来的侦测信号和专网信号经由数字光纤传输至远端单元RU；
远端单元RU，根据接入控制区域的信号强度及基站信息，生成辅控制信号，并将生成的辅控制信号与融合接入单元AU传送过来的主控制信号按照一定的算法混合生成初步控制信号；通过预选滤除的方式，将侦测和专网对应频率的信号从上述初步控制信号中滤除生成综合控制信号，最后再将综合控制信号与侦测信号、专网信号合路形成综合管控信号；
发射天线，把远端单元RU传来的综合管控信号发送到空中以管控基站发送给手机的信号；
侦测模块包括至少一个侦测基站，所述侦测基站用于侦测违规手机；专网模块为专网基站，所述专网基站用于为合法用户提供专网通信；所述至少一个侦测基站和专网基站通过融合接入单元AU建立上下行链路连接，无线信号接入控制模块中的远端单元RU还作为侦测和专网的转发中继。
2.根据权利要求1所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，所述主控制信号为P，辅控制信号为S，按照一定算法混合成初步控制信号J，J＝α×P+(1-α)×S，其中0＜α＜1；当α大于1时，J＝P；其中α为远端单元RU实际覆盖的区域半径与该远端单元RU与主控制信号单元SU的距离的比值。
3.根据权利要求1所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，所述侦测模块、专网模块及无线信号接入控制模块的信号部署在不重叠频率上。
4.根据权利要求1所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，至少有一个远端单元RU与融合接入单元AU通过数字光纤连接，每个远端单元RU都与一个或以上的发射天线通过同轴电缆连接。
5.根据权利要求4所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，所述管控系统还包括分别与融合接入单元AU和远端单元RU通过数字光纤连接的扩展单元EU，所述扩展单元EU作为扩展接入增加远端单元RU的端口数。
6.根据权利要求1所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，所述融合接入单元AU分别与专网基站和多个侦测基站相连接，所述侦测基站的数量与当地移动运营商的数量相一致。
7.根据权利要求1所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，所述管控系统还包括定位模块，定位模块用于获取目标手机的位置信息；定位模块与侦测模块和融合接入单元AU相连接；根据目标手机的上行信号特征，在定位模块内通过匹配滤波的方式，来检测目标手机上行信号的强度，上行信号强度最强的定位模块所在的位置，即为目标手机所在的位置，实现了目标手机的定位。
8.根据权利要求1所述的数字光纤分布式信号管控系统，其特征在于，包括至少一套所述管控系统，每个所述管控系统中的主控制信号单元SU还与GPS天线连接，主控制信号单元SU获得同步GPS时钟信息，采用GPS的秒翻转时间作为公共时钟以获得多套管控系统间同步。
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