CN110691209A - 一种基于分布式功放的5g广播发射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式功放的5G广播发射系统，包括：适配与调制解调模组，用于将信号源进行同步并调制解调成宽带射频信号；宽带前级功放模块，对调制解调后的宽带射频信号进行前置放大；功分器模组，通过主馈线接入宽带前级功放模块，用于将宽带前级功放模块功放放大后的宽带射频信号进行1:N的功率分配；N个分布式功放单元模组，将前置功放放大后的宽带射频信号再次放大，并将放大的宽带射频信号直接馈入在一一对应的交叉极化在板天线。本发明应用于5G广播发射系统，可将HPHT、MPMT发射系统的集中放大的功放改进为分布式功放，没有大功率主馈线损耗、没有大功率合成器损耗，可以有效提高发射机效率、降低发射机的成本。

Description

一种基于分布式功放的5G广播发射系统
技术领域
本发明涉及5G广播领域，尤其涉及一种基于分布式功放的5G广播发射系统。
背景技术
如何实现“突出移动优先的策略”，如何构建“面向5G的移动交互式电视广播技术体系”，是智慧广电的当务之急。
随着4K/8K和VR/AR等高质量视听媒体内容消费的快速增长和广播电视业务形态向多样化、精细化发展的趋势，现有广播电视网络难以满足广大用户消费体验升级的需求。特别是进入5G时代,高速的移动通信网络可以承载和传播更加丰富的音视频内容，也将成为广播电视媒体的重要传播渠道。
传输内容、覆盖网络、终端类型三个方面是对无线广播电视提出了新需求。未来无线广播电视要涵盖电视节目、OTT内容、社交媒体、互动游戏、数字音频、应急广播等融合业务内容，要实现单向广播、双向通信、广域覆盖、局部覆盖的融合传输覆盖，要支持家庭、手持、交通、智能设备等多种类型终端。
2018年4月20日，交互式电视广播AIB(Advanced Interactive Broadcasting)工作组成立。AIB分为三部分：高效广播、移动广播、双向广播。高效广播就是DTMB2.0，移动广播希望就是5G的广播模式(简称5G广播)，双向广播就是5G的通信模式(简称5G通信)。
目前国际上欧盟的5G-Xcast和德国的5GToday也采用了大功率大塔(HPHT)集中发射的技术。这种技术的优点是建站数量少，传输距离远，运营成本低，5G移动终端可以接收电视节目。
利用高功率发射机和高发射塔(HPHT)，可基于新5G广播模式FeMBMS(进一步演进的多媒体广播组播业务)覆盖大区域的电视频道广播。FeMBMS可在半径高达60km的大覆盖区域内广泛地分发内容。
按照发射机的功率大小，分为三种发射形式：
Figure RE-GDA0002256069340000011
现有技术的HPHT系统图见图1所示。
传统的HPHT广播技术属于单频道窄带HPHT技术，发射机主要采用5MHz带宽，传统的HPHT也存在如下缺点：
(1)传统的HPHT成本高，由于HPHT，需要建设高标准的机房和高塔，还需要配备空调、大功率供电系统和专业的技术人员，建设与维护成本很高，不适合我国实际情况。
(2)传统的HPHT传输效率低，由于大功率大塔(HPHT)需要多工器、主馈线、功分器、分馈线等配套设施，5KW的发射机传到天线上的功率损耗至少需要3～6dB。相当于功率损耗到原功率的50％～25％。
(3)传统的HPHT很多场景属于无效覆盖，由于HPHT采用全向覆盖，无论有无用户都无差别覆盖，且不能利用AI智能调集资源再分配，造成有限频率和功率资源的极大浪费。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于分布式功放的5G广播发射系统，通过分布式功放空中合成实现高功率高塔(HPHT)5G广播发射系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于分布式功放的5G广播发射系统，包括：
适配与调制解调模组，用于将信号源进行同步并调制解调成宽带射频信号；
宽带前级功放模块，对调制解调后的宽带射频信号进行前置放大；
功分器模组，通过主馈线接入宽带前级功放模块，用于将宽带前级功放模块功放放大后的宽带射频信号进行1:N的功率分配；
N个分布式功放单元模组，将前置功放放大后的宽带射频信号再次放大，并将放大的宽带射频信号直接馈入在一一对应的交叉极化在板天线。
进一步地，所述的适配与调制解调模组包括：
单频网适配器，用于对输入的所有信号源按照MBSFN网络构架标准进行同步；
多通道IP调制解调器，用于按照5G广播FeMBMS标准，将基于IP的多媒体信号源调制解调成多路射频通道。
进一步地，所述交叉极化在板天线，包括±45°线性交叉极化天线、线性双极化天线、圆极化天线。
进一步地，所述5G广播发射系统为单通道5G广播宽带发射系统；
所述功分器模组包括一个1:2功分器和两个1：2/N功分器；其中1:2功分器的输入端与主馈线连接，1:2功分器的两个输出端分别与两个1：2/N功分器的输入端连接，两个1：2/N 功分器的2/N个输出端分别与一一对应的分布式功放单元模组连接。
进一步地，所述5G广播发射系统为双通道5G广播发射系统；
所述适配与调制解调模组、宽带前级功放模块均为两个，所述功分器模组包括两个1：N 功分器，所述分布式功放单元模组为双通道功放单元模组；
第一适配与调制解调模组、第一宽带前级功放模块顺次连接后通过第一主馈线与第一1： N功分器的输入端连接，第二适配与调制解调模组、第二宽带前级功放模块顺次连接后通过第二主馈线与第二1：N功分器的输入端连接，第一1：N功分器的N个输出端分别与N个双通道功放单元模组的第一输入端连接，第二1：N功分器的N个输出端分别与N个双通道功放单元模组的第二输入端连接。
进一步地，所述N的取值为4、8、12、16、24、32。
进一步地，所述宽带前级功放模块包括顺次连接的RF预失真校正器、AGC/ALC模块、前置放大器和末级放大器。
进一步地，所述分布式功放单元附着于所述在板天线的反射板上，通过自然或者强制风冷散热。
进一步地，所述交叉极化在板天线为功率可切换且全向分布；
所述系统还包括：
赋形控制器，根据需求控制各个分布式功放单元模组的功率大小，从而控制交叉极化在板天线的赋形。
进一步地，所述系统还包括：
电源和控制信号插入模组，通过大功率耦合技术将大功率的电源馈入分馈线，利用分馈线传输直流电源；同时通过光电耦合将控制信号馈入分馈线；所述分馈线位于功分器模组和分布式功放单元模组之间
本发明的有益效果是：
(1)在本发明的示例性实施例(图2和图3)中，为了实现同样功率大小的发射，相较于现有技术(图1)在发射机里面实现末级合成(合成损失大)，本示例性实施例在在板天线的前端设置分布式功放单元，从而实现空中合成(此时合成没有损耗)，可以将中功率 (1～25KW)、大功率(﹥25KW)的发射机的功率平均分配在天线单元上，可有效提高中功率、大功率发射机的功率效率、降低发射机的成本。
本发明应用于5G广播发射系统，可将HPHT、MPMT发射系统的集中放大的功放改进为分布式功放，使分布式小功率功放在空中合成为大功率发射机；该系统没有大功率主馈线损耗、没有大功率合成器损耗，可以有效提高发射机效率、降低发射机的成本。
(2)在本发明的示例性实施例(图2和图3)中，通过单频网适配器和多通道IP调制解调器组成适配与调制解调模组，从而实现5G广播模式的分布。
(3)在本发明的示例性实施例(图2和图3)中，5G广播发射系统可适用于单通道分布式功放5G广播宽带发射系统和双通道分布式功放5G广播宽带发射系统。
(4)在本发明的示例性实施例(图2和图3)中，灵活配置发射机的信道，既可以满足用户公共需求，又可以满足用户个性化需求；通过赋形控制器可以实现天线空中赋形，满足用户的特殊要求。
附图说明
图1为现有技术的结构图；
图2为本发明其中一示例性实施例公开的单通道分布式功放5G广播宽带发射系统结构示意图；
图3为本发明另外一示例性实施例公开的双通道分布式功放5G广播宽带发射系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下述示例性实施例用于实现高功率高塔(HPHT)的5G广播发射系统。
由于在现有技术中，采用如图1所示的结构。为了实现5G广播发射所需要的功率以及考虑到发射机传到天线06上的功率损耗(由于高功率高塔(HPHT)需要主馈线03、功分器04、分馈线05等配套设施，5kW的发射机02传到天线06上的功率损耗至少需要3～6dB；相当于功率损耗到原功率的50％～25％；而如果要实现25kW功率的发射，发射机02至少需要50kW才能实现)，需要采用中功率(1～25kW)、甚至是大功率(﹥25kW)的发射机02才能实现，使得大幅增加了发射机02的成本。
参见图2，图2示出了一示例性实施例中的一种基于分布式功放的5G广播发射系统的结构连接示意图，包括：
适配与调制解调模组1，用于将信号源进行同步并调制解调成宽带射频信号；
宽带前级功放模块2，对调制解调后的宽带射频信号进行前置放大；
功分器模组4，通过主馈线3接入宽带前级功放模块2，用于将宽带前级功放模块2功放放大后的宽带射频信号进行1:N的功率分配；
N个分布式功放单元模组51，将前置功放放大后的宽带射频信号再次放大，并将放大的宽带射频信号直接馈入在一一对应的交叉极化在板天线52。
所述交叉极化在板天线52将所述再次放大的宽带射频信号在空中合成后发射。
具体地，输入的信号源可以是大数据量的IP信号，之后经适配与调制解调模组1同步并调制解调宽带射频信号，宽带前级功放模块2能够在一定范围内(470～800MHz)进行宽带发射；所述主馈线3、功分器模组4中的功率分配器可以将宽带前级功放模块2的功率平均分配到分布式功放单元模组51和交叉极化在板天线52；所述分布式功放单元模组51将宽带前级功放模块2的射频信号再次放大，并直接将放大的射频信号馈入交叉极化在板天线52；交叉极化在板天线52可以将分布式功放单元模组51的射频信号在空中合成高效辐射在覆盖区域内。
为了实现同样功率大小的发射，相较于现有技术在发射机02里面实现末级合成(合成损失大)，本示例性实施例在交叉极化在板天线52的前端设置分布式功放单元模组51，从而实现空中合成(此时合成没有损耗)，可以大幅度降低发射机成本。
例如为了实现有效发射功率(ERP)100KW的发射覆盖(天线增益11dB，功分器损耗0.5dB，分配电缆损耗0.5dB，主馈电缆及接头损耗2dB，功率合成损耗3dB)：传统HPHT发射机至少需要60KW功率的发射机发射；而若采用本申请的分布式功放方式发射，最大只需要10kW的发射机发射就可以实现，大约需要原来功率的1/6大大降低了发射系统的成本。
具体地，所述宽带前级功放模块2能够在470～860MHz范围内宽带发射，功率在 10～1200W；包括RF预失真校正器、AGC/ALC模块、前置放大器、末级放大器、综合显控器、热插拔电源等。
而在又一示例性实施例中，所述交叉极化在板天线52为功率可切换且全向分布(从而使得不一定为平均分配)；
所述宽带前级功放模块2还包括：
赋形控制器201，根据需求控制各个分布式功放单元模组51的功率大小，从而控制交叉极化在板天线52的赋形。
具体地，在实际应用中，覆盖区域内若有人口集中区域，如体育赛事、火车站、机场、港口、广场、学校等公共场所热点地区，可以通过赋形控制器201，控制各个分布式功放单元模组51功率大小，控制交叉极化在板天线52的赋型，对公共场所热点地区进行饱和覆盖，与4G/5G通信配合，可以显著提高用户的高质量高速率的用户体验。
而在又一示例性实施例中，所述宽带前级功放模块2还包括：
电源和控制信号插入模组202，通过大功率耦合技术将大功率的电源馈入分馈线，利用分馈线传输直流电源，降低成本；同时通过光电耦合将控制信号馈入分馈线，从而减少电缆连接、并减少电磁干扰；所述分馈线位于功分器模组4和分布式功放单元模组51之间。
而在又一示例性实施例中，该系统基于5G广播模式(FeMBMS)，利用分布式功放空中合成实现高功率高塔(HPHT)覆盖大区域的电视频道广播。可在半径高达60km的大覆盖区域内广泛地分发电视及多媒体内容。
具体地，在该示例性实施例中，所述的适配与调制解调模组1包括：
单频网适配器11，用于对输入的所有信号源按照MBSFN网络构架标准进行同步；
多通道IP调制解调器12，用于按照5G广播FeMBMS标准，将基于IP的多媒体信号源调制解调成多路射频通道。
而在又一示例性实施例中，所述交叉极化在板天线52，包括±45°线性交叉极化天线、线性双极化天线、圆极化天线。
其中，分布式功放单元模组51将宽带前级功放模块2的RF信号再次放大，并直接将放大的RF信号馈入交叉极化在板天线52，分布式功放单元模组51分布在每一块交叉极化在板天线52上，功率范围5～200W，增益10～30dB，带宽470～860MHz。其中，结构附着于交叉极化在板天线52反射板，IP6级防水、自然或强制风冷散热。
而在又一示例性实施例中，参见图2，所述5G广播发射系统为单通道5G广播宽带发射系统；
所述功分器模组4包括一个1:2功分器41和两个1：2/N功分器(42/43)；其中1:2功分器41的输入端与所述主馈线3连接，1:2功分器41的两个输出端分别与两个1：2/N功分器(42/43)的输入端连接，两个1：2/N功分器(42/43)的2/N个输出端分别与一一对应的分布式功放单元模组51连接。
而如图2的宽带分布式5G广播发射系统所示，在这一示例性实施例中，所述N的取值为4、8、12、16、24、32。
大数据量的IP信号源(通过单频网适配器11)输入到多通道IP调制解调器12(IPModem)，IP Modem输出宽带射频信号，一般为100MHz(内含20个5MHz频道)。
IP Modem通过宽带前级功放模块2输出宽带射频信号，通过宽带大功率放大器(即分布式功放单元模组51)放大；其中，宽带前级功放模块2的带宽100MHz，功率1～30KW，带射频预失真校正，有效提高功放效率。
放大后的射频信号直接馈入交叉极化发射天线(即交叉极化在板天线52)，全向发射。
而在又一示例性实施例中，参见图3，所述5G广播发射系统为双通道5G广播发射系统；
所述适配与调制解调模组1、宽带前级功放模块2均为两个，所述功分器模组4包括两个1：N功分器(44/45)，所述分布式功放单元模组51为双通道功放单元511；
第一适配与调制解调模组101、第一宽带前级功放模块201顺次连接后通过第一主馈线 301与第一1：N功分器44的输入端连接，第二适配与调制解调模组102、第二宽带前级功放模块202顺次连接后通过第二主馈线302与第二1：N功分器45的输入端连接，第一1： N功分器44的N个输出端分别与N个双通道功放单元511的第一输入端连接，第二1：N功分器45的N个输出端分别与N个双通道功放单元511的第二输入端连接。
而如图3的双通道分布式5G广播发射系统所示，在一示例性实施例中，所述N的取值为4、8、12、16、24、32。
大数据量的IP信号源通过适配与调制解调模组1分别输入到多通道IP调制解调器12(IP Modem)，IP Modem输出宽带射频信号，一般为100MHz(内含20个5MHz频道)。
两路IP Modem通过宽带前级功放模块2输出宽带射频信号，分别通过宽带大功率放大器(即双通道功放单元511)放大，发射机带宽大于100MHz，功率1～30KW，带射频预失真校正，有效提高功放效率。
放大后的射频信号直接馈入交叉极化发射天线(即交叉极化在板天线52)，全向发射。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：包括：
适配与调制解调模组，用于将信号源进行同步并调制解调成宽带射频信号；
宽带前级功放模块，对调制解调后的宽带射频信号进行前置放大；
功分器模组，通过主馈线接入宽带前级功放模块，用于将宽带前级功放模块功放放大后的宽带射频信号进行1:N的功率分配；
N个分布式功放单元模组，将前置功放放大后的宽带射频信号再次放大，并将放大的宽带射频信号直接馈入在一一对应的交叉极化在板天线。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述的适配与调制解调模组包括：
单频网适配器，用于对输入的所有信号源按照MBSFN网络构架标准进行同步；
多通道IP调制解调器，用于按照5G广播FeMBMS标准，将基于IP的多媒体信号源调制解调成多路射频通道。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述交叉极化在板天线，包括±45°线性交叉极化天线、线性双极化天线、圆极化天线。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述5G广播发射系统为单通道5G广播宽带发射系统；
所述功分器模组包括一个1:2功分器和两个1：2/N功分器；其中1:2功分器的输入端与主馈线连接，1:2功分器的两个输出端分别与两个1：2/N功分器的输入端连接，两个1：2/N功分器的2/N个输出端分别与一一对应的分布式功放单元模组连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述5G广播发射系统为双通道5G广播发射系统；
所述适配与调制解调模组、宽带前级功放模块均为两个，所述功分器模组包括两个1：N功分器，所述分布式功放单元模组为双通道功放单元模组；
第一适配与调制解调模组、第一宽带前级功放模块顺次连接后通过第一主馈线与第一1：N功分器的输入端连接，第二适配与调制解调模组、第二宽带前级功放模块顺次连接后通过第二主馈线与第二1：N功分器的输入端连接，第一1：N功分器的N个输出端分别与N个双通道功放单元模组的第一输入端连接，第二1：N功分器的N个输出端分别与N个双通道功放单元模组的第二输入端连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述N的取值为4、8、12、16、24、32。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述宽带前级功放模块包括顺次连接的RF预失真校正器、AGC/ALC模块、前置放大器和末级放大器。
8.根据权利要求1所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述分布式功放单元附着于所述在板天线的反射板上，通过自然或者强制风冷散热。
9.根据权利要求1或7所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述交叉极化在板天线为功率可切换且全向分布；
所述宽带前级功放模块还包括：
赋形控制器，根据需求控制各个分布式功放单元模组的功率大小，从而控制交叉极化在板天线的赋形。
10.根据权利要求9所述的一种基于分布式功放的5G广播发射系统，其特征在于：所述宽带前级功放模块还包括：
电源和控制信号插入模组，通过大功率耦合技术将大功率的电源馈入分馈线，利用分馈线传输直流电源；同时通过光电耦合将控制信号馈入分馈线；所述分馈线位于功分器模组和分布式功放单元模组之间。
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