CN111399003B - 一种全频段卫星导航信号的拉远系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全频段卫星导航信号的拉远系统，属于通信传输技术领域。包括天线侧设备和机房侧设备，天线侧设备包括：噪声放大器，输入端用于接收全频段卫星导航信号，并进行信号放大；激光器用于接收所述低噪声放大器的输出信号，将输出信号转换为光信号；单模光纤用于传输光信号，将光信号传输至机房侧设备；机房侧设备包括光电转换器，输入端连接单模光纤，用于进行光电转换，将光信号转换为电信号，再经过低噪声放大器将信号进行放大，然后输出。本发明的拉远系统扩展卫星导航信号从天线到基站的传输距离，实现信号远距离传输；本发明的拉远系统适用于各频段的卫星导航信号，提高导航信号传输的通用性，降低配置多个导航系统的基站建设成本。

Description

一种全频段卫星导航信号的拉远系统

技术领域

本发明属于通信传输技术领域，具体涉及一种全频段卫星导航信号的拉远系统。

背景技术

日常生活中，例如在复杂的交通网面前，以及到一个陌生的地方，均需要导航才能方便出行，而卫星导航信号传输到每个用户终端，均离不开通信基站。如果要满足不同应用场景均能有导航信号覆盖，那么就需要通信基站的覆盖面尽量广，且导航信号能够传输的距离尽量远，而现有的卫星导航信号传输方式已经不能覆盖所有的应用场景，例如山区及超高层建筑等需要卫星导航信号拉远传输的应用场合，就无法满足信号传输距离远的需求。

现有绝大多数通信基站一般采用两种方式将卫星导航信号(GPS信号)从天线接入通信基站的天线侧设备，并由基站的天线侧设备传输到处理机房端的机房侧设备。其中，方式一是通过射频电缆及射频电连接器传输导航信号，方式二是通过将导航信号转换成光信号，再利用多模光纤和光纤连接器进行传输。

对于方式一，由于卫星导航射频信号功率小，在射频电缆传输过程中会随传输距离增加而逐渐衰减直至无法被通信基站采集，因此传输距离有限。且射频电缆中传输的卫星导航射频信号容易被外界环境干扰，信号产生畸变导致通信基站无法识别和处理。另外，雷击和浪涌信号极易通过天线及射频电缆直接输入通信基站，造成基站损坏，严重时会造成安全隐患。对于方式二，将卫星导航信号转化为光信号，采用多模光纤传输会使得传输信号引入杂波，导致传输的信号质量下降。

另外，目前的导航系统主要有美国的GPS导航系统，俄罗斯的GLONESS导航系统，欧盟的伽利略导航系统，中国的北斗导航系统，它们的使用频段以及传输功率等均存在差异，如果使用其中一种导航系统就需要配置对应导航系统的传输设备；如果通信基站需要传输多个导航系统的信号就需要配置对应的传输设备，增加了基站建设成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种全频段卫星导航信号的拉远系统，用于解决现有技术只适用于某个固定频段的导航信号传输，无法适用于多个频段的导航信号传输的问题。

基于上述目的，一种全频段卫星导航信号的拉远系统的技术方案如下：

天线侧设备，包括：

低噪声放大器，低噪声放大器的输入端连接射频接口，用于接收所述全频段卫星导航信号，并进行信号放大；

激光器，激光器接收所述低噪声放大器的输出信号，并将所述输出信号转换为光信号；

单模光纤，传输所述光信号，将所述光信号传输至机房侧设备；

机房侧设备，包括：

光电转换器，该光电转换器的输入端连接所述单模光纤，用于进行光电转换，将所述光信号转换为电信号。

上述技术方案的有益效果是：

本发明的拉远系统通过天线侧设备能够将各种频段的导航信号(为射频信号)进行电光转换，通过半导体激光器输出一定波长的光信号，通过单模光纤进行远距离传输，最终由机房侧设备的光电转换器进行接收。本发明的拉远系统扩展了卫星导航信号从天线到基站的传输距离，实现卫星导航信号远距离传输；且本发明的拉远系统适用于各频段的卫星导航信号，提高了导航信号传输的通用性，同时降低了配置多个导航系统的基站建设成本；另外，本发明的拉远系统实现了卫星导航信号的高质量传输，能抗电磁干扰、能在复杂电磁环境下使卫星导航信号在经过远距离传输后仍能被基站准确接收和处理。

为了实现天线侧设备中的电源供电，进一步，所述天线侧设备还包括：

馈电电路，包括馈电电容和馈电电感，所述馈电电容的一端与所述低噪声放大器的输入端连接，所述馈电电容的另一端连接所述射频接口，且通过所述馈电电感连接有馈电电源。

为保护设备免受浪涌信号的损坏，进一步，所述馈电电路还包括抑制二极管，所述抑制二极管的一端连接所述低噪声放大器的输入端，另一端接地。

为保护设备免受雷电信号的损坏，进一步，所述天线侧设备的射频接口和/或电源端还包括：

防雷电路，包括主支路和放电支路，主支路上一次串设有第一压敏电阻、电容和第二压敏电阻，所述第一压敏电阻用于连接所述射频接口，所述第二压敏电阻用于连接所述低噪声放大器的输入端；

所述放电支路包括第一放电支路和第二放电支路，第一放电支路连接在所述第一压敏电阻和电容之间的线路上，第二放电支路连接在所述第二压敏电阻和电容之间的线路上；

所述第一放电支路中串设有第一电感和气体放电管，所述第二放电支路中串设有第二电感和抑制二极管。

为了提高吸收雷电信号的效果，进一步，所述第一电感通过第三电感连接所述第二电感，第三电感的一端连接所述气体放电管，第二电感的另一端连接所述抑制二极管。

进一步，所述单模光纤设置于光电混合电缆中，所述激光器的光信号输出端和光电转换器均采用光电混合缆接口。采用光电混合缆可以传输光信号和直流供电信号，方便多场景使用。

进一步，还包括用于安装天线侧各种设备的天线侧机箱，以及用于安装机房侧各种设备的机房侧机箱，所述天线侧和/或机房侧机箱包括接地装置；所述接地装置包括：

内部接地块，设置在机箱壁内侧，包括朝向机箱壁收缩的孔，该孔对应的机箱壁内侧区域为接地区域；机箱壁上设置所述内部接地块的部分为机箱壁接地部分；

接地柱，处于所述机箱壁接地部分的外侧。

通过将机箱内部需要接地的引线焊接至接地区域，通过机箱壁外侧设置的接地柱实现接地，即本发明的天线侧机箱和/或机房侧机箱内的设备不需将引线引出机箱外部接地，通过内部接地块就能够实现可靠接地。

进一步，所述接地柱为螺柱，该螺柱铆接或焊接于所述机箱壁接地部分的外侧，螺柱上旋装有防护螺母，该防护螺母与机箱壁接地部分的外侧紧密接触。

进一步，所述接地柱上还旋装有至少一个接线螺母，接线螺母用于紧固所述接地柱的接地线。

进一步，所述孔的截面呈梯形，以优化雷击时的电场特性，提高雷击时设备接地的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例的一种全频段卫星导航信号的拉远系统示意图；

图2是本发明实施例的拉远系统中天线侧设备的示意图；

图3是本发明实施例的一种防雷电路示意图；

图4是本发明实施例的一种接地装置的示意图；

图5是本发明实施例的一种天线侧设备的机箱主视图；

图6是本发明实施例的一种天线侧设备的机箱俯视图；

图7是本发明实施例的一种天线侧设备的机箱侧视图；

图8是本发明实施例中天线侧设备和机房侧设备的爬杆安装方式示意图；

图9是本发明实施例中天线侧设备和机房侧设备的挂壁安装方式示意图；

图中的标号说明如下：

1，接地柱；2，防护螺母；3、4，接线螺母；5，机箱；6，孔；7，接地区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的一种全频段卫星导航信号的拉远系统，如图1所示，包括天线侧设备和机房侧设备，其中具体的天线侧设备如图2所示，包括依次连接的馈电电路和低噪声放大器、射频激光器(为半导体激光器)。其中，馈电电路用于给天线端的天线侧设备供电，该馈电电路包括馈电电容C1和馈电电感L，馈电电容C1的一端与低噪声放大器的输入端连接，馈电电容C1的另一端通过馈电电感L串联连接供电电源DC，馈电电压为5V。

馈电电路还包括抑制二极管TVS1，抑制二极管TVS1的一端连接在馈电电容C1与低噪声放大器之间的线路上，抑制二极管TVS1的另一端接地，设置抑制二极管TVS1用于吸收电路中的浪涌电流，以保护设备免受浪涌电流的损坏。

图2中，低噪声放大器的输入端连接馈电电容C1，用于接收导航信号，低噪声放大器的输出端连接射频激光器的模拟信号接收端，射频激光器的光信号输出端连接有单模光纤，该单模光纤用于连接机房侧设备。

本实施例中，机房侧设备包括光电转换器，光电转换器连接从天线侧设备传过来的单模光纤，实现导航信号的光电转换，将转换成射频信号的导航信号送入通信基站。

上述拉远系统适用于全频段的卫星导航信号传输，例如GPS信号、GLONESS信号、伽利略信号和北斗信号等，GPS信号为例，天线侧的天线侧设备通过射频电缆和连接器接收来自天线的GPS信号，天线侧设备通过电光转换将其转换为单模光信号，该电光转换采用强度调制的方式进行信号转换，调制的信号波长采用1310nm，保证信号抗干扰、长距离、高质量传输；单模光信号通过单模光纤，拉远传输至系统机房侧(即基站侧)的机房侧设备，机房侧设备通过光电转换将单模光信号转换为电信号(即射频信号)，并通过射频电缆和连接器将电信号输出。

本实施例的天线侧设备还包括防雷电路，如图3所示，包括主支路和放电支路，主支路上依次串设有第一压敏电阻R1、电容C2和第二压敏电阻R2，第一压敏电阻R1的输入端用于通过天线接收导航信号(此时为射频信号)，第二压敏电阻R2的输出端用于通过馈电电路连接低噪声放大器的输入端。

放电支路包括第一放电支路和第二放电支路，第一放电支路连接在第一压敏电阻R1和电容C2之间的线路上，该第一放电支路中包括依次串设的第一电感L1和气体放电管；第二放电支路连接在第二压敏电阻R2和电容C2之间的线路上，该第二放电支路包括依次串设的第二电感L3和抑制二极管TVS2。并且，第一电感L1通过第三电感L2连接第二电感L3，第三电感L2的两端分别连接气体放电管和抑制二极管TVS2。

上述防雷电路中的两个压敏电阻连接在输入和输出端可以起到调制端口驻波以及检测雷电脉冲的功能，而在第三电感L2端并联的气体放电管和抑制二极管TVS2可以很好的吸收的雷电和脉冲触发信号，抑制二极管TVS2能够将其两端电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

采用上述防雷电路，可以使天线侧设备的射频接口能够承受典型5KA、最大能够承受10kA，且时长为8/20us波形的雷电；作为其他实施方式，本实施例中的防雷电路还可以使用于机房侧设备的射频接口，还可以使用于天线侧设备和机房侧设备的电源接口，电源接口能够承受典型10kA、最大能够承受20kA，且时长为8/20us波形的雷电。

本实施例中，天线侧设备和机房侧设备的供电均采用交流和直流双供电大范围方式(交流采用85～305V市电，直流供电采用-18～-75V直流电)，且拉远系统中的单模光纤采用光电混合电缆，半导体激光器的光信号输出端和光电转换器均采用光电混合缆接口，采用了PG接头，可以起到很好的防水设计。采用光电混合缆可以传输光信号和直流供电信号，方便多场景使用。

本实施例中，还包括用于安装天线侧各种设备的天线侧机箱，以及用于安装机房侧各种设备的机房侧机箱，以天线侧设备的机箱(即天线侧机箱)为例，具体的机箱主视图如图5所示，机箱设置有四个接口，第一个接口用于接收导航信号，第二个接口用于连接光电混合缆，第三个接口用于连接交流电源AC220V，以及第四个接口用于接地，机箱的俯视图如图6所示，机箱的侧视图如图7所示。

图5中，机箱外壁处设置有接地装置，接地装置包括内部接地块和接地柱1，内部接地块设置在机箱壁内侧，包括朝向机箱壁收缩的孔6，该孔的截面呈梯形，且该孔6对应的机箱壁内侧区域为接地区域7；机箱壁上设置所述内部接地块的部分为机箱壁接地部分；接地柱1处于机箱壁接地部分的外侧。具体的接地装置如图4所示，图中的接地柱1优选为螺柱，该螺柱铆接或焊接于机箱壁接地部分的外侧，螺柱上旋装有防护螺母2，该防护螺母2与机箱壁接地部分的外侧紧密接触，防止空气中水汽对机箱接地面的腐蚀。另外，接地柱1上还旋装有接线螺母3、4，接线螺母用于紧固接地柱1的接地线，本实施例中，机箱外部采用三个螺母的接地端子的形式能够保证产品良好接地。

本实施例中，机箱5外壁进行了喷漆处理，用于防止机箱被空气中的水汽腐蚀，机箱5内的接地形式采用内部倒三角模块与机箱焊接的形式，孔6的截面呈梯形，以优化雷击时的电场特性，提高雷击时设备接地的可靠性。在生产设备时，形成孔6的内部倒三角模块可以先铣出来，再焊接到机箱内壁，节省生产成本，既可以使得机箱充分接地，同时相比整个机箱进行机床加工的方式降低了加工成本。

通过将机箱内部需要接地的引线焊接至接地区域，通过机箱壁外侧设置的接地柱实现接地，即本发明的天线侧机箱和/或机房侧机箱内的设备不需将引线引出机箱外部接地，通过内部接地块就能够实现可靠接地。

本实施例中，机房侧机箱与天线侧机箱的结构相同，接地装置构成也相同，因此不再赘述。另外，本实施例中的天线侧设备和机房侧设备具有爬杆和挂壁两种可靠的安装方式，爬杆安装方式如图8所示，挂壁安装方式如图9所示。

综上所述，本发明的拉远系统的优点如下：

(1)如果基站需要传输多个导航系统的信号不需要配置多个传输设备，通过本发明的拉远系统就能够实现，提高了卫星导航信号传输的通用性，和现有技术相比，降低了配置多个导航系统的基站建设成本。

(2)扩展卫星导航信号从天线到基站的传输距离，实现卫星导航信号远距离传输(不小于5km信号的稳定传输)，最远可传输10km。

(3)实现卫星导航信号的高质量传输，能抗电磁干扰、能在复杂电磁环境下使卫星导航信号在经过远距离传输后仍能被基站准确接收和处理。

(4)实现接口保护功能，能隔离雷击和浪涌信号，使其无法通过天线及射频电缆直接输入通信基站，实现了通信基站的安全防护。

(5)由于本实施例的拉远系统引入了馈电电路，即能够传输导航信号，又能实现馈电功能，因此图2中的馈电电路的信号输入端设置的接口既为射频信号接口(即射频接口)，也是馈电接口，且电路实现原理简单，节省设备成本。设备配置有光电混合缆，在外界没有220V交流供电的环境下，可以由光电混合缆进行光电，以及传输光信号。

(6)设备具有爬杆和挂壁两种可靠的安装方式，同时设备采用交流和直流两种供电方式，可以应用在多种使用环境中。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。例如，本实施例中的馈电电路的供电电源采用的是直流电源，作为其他实施方式，还可以为交流电源。

Claims (9)

1.一种全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，包括：

天线侧设备，包括：低噪声放大器，低噪声放大器的输入端连接射频接口，用于接收所述全频段卫星导航信号，并进行信号放大；

激光器，激光器接收所述低噪声放大器的输出信号，并将所述输出信号转换为光信号；

单模光纤，传输所述光信号，将所述光信号传输至机房侧设备；

机房侧设备，包括：

光电转换器，该光电转换器的输入端连接所述单模光纤，用于进行光电转换，将所述光信号转换为电信号；

所述天线侧设备的射频接口和/或电源端还包括：

防雷电路，包括主支路和放电支路，主支路上一次串设有第一压敏电阻、电容和第二压敏电阻，所述第一压敏电阻用于连接所述射频接口，所述第二压敏电阻用于连接所述低噪声放大器的输入端；

所述放电支路包括第一放电支路和第二放电支路，第一放电支路连接在所述第一压敏电阻和电容之间的线路上，第二放电支路连接在所述第二压敏电阻和电容之间的线路上；

所述第一放电支路中串设有第一电感和气体放电管，所述第二放电支路中串设有第二电感和抑制二极管。

2.根据权利要求1所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述天线侧设备还包括：

馈电电路，包括馈电电容和馈电电感，所述馈电电容的一端与所述低噪声放大器的输入端连接，所述馈电电容的另一端连接所述射频接口，且通过所述馈电电感连接有馈电电源。

3.根据权利要求2所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述馈电电路还包括抑制二极管，所述抑制二极管的一端连接所述低噪声放大器的输入端，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述第一电感通过第三电感连接所述第二电感，第三电感的一端连接所述气体放电管，第二电感的另一端连接所述抑制二极管。

5.根据权利要求1所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述单模光纤设置于光电混合电缆中，所述激光器的光信号输出端和光电转换器均采用光电混合缆接口。

6.根据权利要求1-5任一项所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，还包括用于安装天线侧各种设备的天线侧机箱，以及用于安装机房侧各种设备的机房侧机箱，所述天线侧和/或机房侧机箱包括接地装置；所述接地装置包括：

内部接地块，设置在机箱壁内侧，包括由朝向机箱壁收缩的孔，该孔对应的机箱壁内侧区域为接地区域；机箱壁上设置所述内部接地块的部分为机箱壁接地部分；

接地柱，处于所述机箱壁接地部分的外侧。

7.根据权利要求6所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述接地柱为螺柱，该螺柱铆接或焊接于所述机箱壁接地部分的外侧，螺柱上旋装有防护螺母，该防护螺母与机箱壁接地部分的外侧紧密接触。

8.根据权利要求7所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述接地柱上还旋装有至少一个接线螺母，接线螺母用于紧固所述接地柱的接地线。

9.根据权利要求6所述的全频段卫星导航信号的拉远系统，其特征在于，所述孔的截面呈梯形。

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