CN1127223C - 350MHz频段移动通信直放站及其天线安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种350MHz频段移动通信直放站用其安装方法，它包括：一个基站方向双工器，一个带选通的下行低噪声放大器、一个下行带通滤波器、一个带选通的下行功率放大器、一个移动台方向的双工器、一个带选通的上行低噪声放大器、一个上行带通滤波器和一个带选通的上行功率放大器。其天线安装方法采用天线波瓣零点放置法。由于采用带选通的低噪声放大器和带选通的功率放大器与以腔体滤波器实现的双工器和带通滤波器相结合的方式，实现了整个系统的隔离度指标和增益指标。

Description

350MHz频段移动通信直放站及其天线安装方法

本发明涉及一种350MHz频段内的移动通信直放站系统及其350MHz频段移动通信直放站在工程施工中的天线安装方法。

我国公安系统广泛采用350MHz频段集群通信系统。在建设350MHz频段集群通信网时通常采用大区制，因而普遍存在较多的通信盲区。盲区的存在致使公安部门在该频段的通信联络困难。社会突发事件可能在任何角落发生，如果在盲区中发生事件，将给案件的调查和指令的及时上传下达带来困难。

解决350MHz频段通信盲区问题通常可以采用增设集群基站的方法，但此方法会使建网工程复杂化，也增加了指挥调度的复杂性，同时大大增加了工程建设费用；也可以采用天线高架法，但一味架高天线并不能完全解决盲区问题，而且工程施工难度增大且较危险；在一些地域内，由于基站发射功率大而移动台发射的功率小导致的通信不畅，也可采用增大移动台发射功率的办法，但在体积较小的移动台中要实现大功率输出是难以做到的。

解决350MHz频段的通信盲区问题也可通过架设直放站系统予以解决。这种直放站将基站发射出的下行360MHz～365MHz的信号进行接收、放大，并通过天线重发，覆盖以该直放站为核心的服务区，同时将该服务区中移动台发射出的上行350MHz～355MHz的信号进行接收、放大，并通过天线重发给基站。由于350MHz频段的特殊性，在该频段中使用直放站系统提高通信质量的作法并不多见。

目前，直放站系统已在900MHz频段通信系统使用，参照图1在900MHz频段GSM直放站系统中，900MHz频段直放站将对准基站方向天线(双工器18)接收到的基站信号，经下行低噪声放大器11、下行带通滤波器12和下行功率放大器13放大后，经对准服务区方向的天线(双工器14)辐射出去，以覆盖服务区。同时将对准服务区方向的天线接收到的移动台信号，经上行低噪声放大器5，上行带通滤波器6和上行功率放大器17放大后，由对准基站方向的天线辐射给基站。天线为双工工作，即既作接收天线，也作发射天线，以实现移动站和基站间的正常双向传输。在全双工直放站系统中存在一个闭环，在这个闭环中，要对上、下行的收发信号进行一定的隔离，才不会引起系统自激。这个隔离度数值要大于上、下行信号增益数值的总和。而信号增益与服务区域大小相关，服务范围大，则信号增益值要大，要求的隔离度数值也大，反之亦反。若要实现上、下行信号增益均为90～100dB时，其隔离度数值至少要在200dB以上。由于900MHz的上行信号(890～915MHz)及下行信号(935～960MHz)两者之间间隔20MHz，因此采用以腔体滤波器实现的双工器，便可达到约80dB的隔离度数值。

在350MHz频段的直放站方案中，应根据服务区的范围及地型情况确定系统的发射功率及天线型式，根据系统稳定性的要求，确定上、下行信道的隔离度指标，根据系统确定的灵敏度要求，提出收、发天线间的隔离度要求，根据上、下行信道的间隔情况，考虑系统电路的组成方式等等。与900MHz频段移动通信直放站相比，350MHz频段的直放站系统面临的难点在于：1)上、下行信道间隔小，一般方案难以使系统达到理想的上、下行信号隔离度，易造成系统工作的不稳定。2)频率较低，按900MHz频段的双工器方案实现系统的上、下行信号隔离度要求，导致整机体积偏大。3)频率较低，天线尺寸较大，按收、发天线空间隔离度要求所需的占地范围偏大。4)系统各项指标的综合确定因各种方案的性、价差异及该频段用户要求的特殊性难以选择通用的系统方案。

在350MHz频段的直放站中，由于上、下行信号的工作频段仅间隔5MHz，如照搬900MHz频段GSM直放站方案，采用以腔体滤波器实现的双工器及带通滤波器，要达到与900MHz频段GSM直放站相当的上、下行信号隔离度数值，只有增加腔体的数量。而腔体数量增加势必导致双工器及带通滤波器的体积增大，插入损耗也增大，从而加大整机的体积，影响信号的线性度。

在350MHz频段直放站的施工过程中，由于该频段的空间损耗相对较小，如直放站的下行发射信号窜入下行接收天线，或上行发射信号窜入上行接收天线，这种天线间的串扰将导致系统工作不稳定。通常可增大基站方向的天线与移动台方向的天线间距离，以保证系统的收发信道隔离度。这样势必使得工程占地面积增大，施工困难。

本发明的目的在于提供一种可较好地解决公安系统350MHz频段移动通信中出现的盲区问题的350MHz频段移动通信直放站以克服上述缺陷。

本发明的另一目的在于提出一种在350MHz频段移动通信直放站施工时，在保证基站方向天线与移动站方向天线间空间隔离度的要求下，使天线间的间距减小的天线安装方法。

本发明提出的350MHz频段移动通信直放站，它包括：

一个基站方向双工器，用于接收基站方向天线接收基站发来的下行信号，并按下行通道方向将下行信号送给带选通的下行低噪声放大器；用于接收带选通的上行功率放大器送来的上行信号，并按上行通道方向将放大了的上行信号送至基站方向天线，经由基站方向天线向基站方向幅射上行信号；

个带选通的下行低噪声放大器，用于接收由基站方向双工器送给的下行信号，并将放大的下行信号送给下行带通滤波器；

一个下行带通滤波器，用于接收经带选通的下行低噪声放大器放大了的下行信号，并将放大了的下行信号滤除杂波后再送给带选通的下行功率放大器；

一个带选通的下行功率放大器，用于接收经下行带通滤波器滤除杂波后的下行信号，并将下行信号放大到所需功率电平后送到移动台方向的双工器；

一个移动台方向的双工器，用于接收带选通的下行功率放大器送来的下行信号，并按下行通道方向将放大了的下行信号送至移动台方向天线，由移动台方向天线辐射出与基站下行信号相同，但幅度更强的下行信号，以复盖直放站的服务区；用于接收由移动台方向天线接收直放站服务区内移动台发出的上行信号，并按上行通道方向将上行信号送给带选通的上行低噪声放大器；

一个带选通的上行低噪声放大器，用于接收由移动台方向双工器送给的上行信号，并将放大的上行信号送给上行带通滤波器；

一个上行带通滤波器，用于接收经带选通的上行低噪声放大器放大了的上行信号，并放大了的上行信号滤除杂波后再送给带选通的上行功率放大器；

一个带选通的上行功率放大器，用于接收经上行带通滤波器滤除杂波后的上行信号，并将上行信号放大到所需功率电平后送到基站方向双工器。

本发明提出的350MHz频段移动通信直放站的天线安装方法采用天线波瓣零点放置法，即将第二付天线置于第一付天线的波瓣零点方向上。

由于本发明提出的350MHz频段移动通信直放站，采用带选通的低噪声放大器和带选通的功率放大器与以腔体滤波器实现的双工器和带通滤波器相结合的方式，将系统要求的上、下行信号的隔离度数值及增益数值的要求，按系统构成的各部件的特性进行重新分配，实现了整个系统的隔离度指标和增益指标。并可在不增大整机体积和不增大双工器的插入损耗指标的前提下，达到可靠实用的效果。

由于本发明提出的350MHz频段移动通信直放站将第二付天线置于第一付天线的波瓣零点方向上，大大缩小天线间的距离。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

图1为900MHz频段GSM直放站系统原理框图。

图2为实施例350MHz频段移动通信直放站原理框图。

图3为实施例带选通的低噪声放大器的电路原理图。

图4为实施例带选通的功率放大器的电路原理图。

图5为实施例带选通的低噪声放大器及带选通的功率放大器中自动增益控制电路图。

图6为实施例带选通的低噪声放大器及带选通的功率放大器中手动增益(功率)控制电路图。

图7为350MHz频段移动通信直放站的天线波瓣零点放置法。

图8为350MHz频段移动通信直放站具体应用方案之一。

图9为350MHz频段移动通信直放站具体应用方案之二。

本实施例提出的350MHz频段移动通信直放站，可在不增大整机体积和不增大双工器的插入损耗指标的前提下，达到可靠实用的效果。为不影响系统性能和不增大整机体积，不能单纯采用增加以腔体滤波器实现的双工器和带通滤波器的数量的方式来达到所需的上、下行信号的隔离度数值。在350MHz频段内，腔体数量受限的双工器的隔离度数值和带通滤波器的隔离度数值要分别达到80dB和60dB有较大的困难，其分别达到60dB和40dB还是可以实现的。为满足系统的隔离度指标，可在低噪声放大器及功率放大器电路中增加选通特性，以带选通低噪声放大器及带选通的功率放大器对上、下行信号隔离度数值弥补因腔体滤波器的体积限制而使双工器和带通滤波器的上、下行信号隔离度数值降低的影响。而带选通的低噪声放大器和带选取通的功率放大器一般要达到对上、下行信号有40dB的隔离度数值。为了实现这一要求，可以采用微带滤波器方式，但是，微带滤波器电路板占用面积大、调试困难，不利于生产；也可以采用介质腔滤波器，但要达到40dB的隔离需要增加腔体的数量，从而使滤波器的插损较大；在本实施例中，在带选通的低噪声放大器和功率放大器中采用了声表面波滤波器，实现了低噪声放大器和功率放大器的选通特性，实现了对上、下行信号的隔离度数值要求。选用声表面波滤波器作为选通器件具有体积小、一致性好、调试方便，插损小于5dB等特点。这样，本实施例采用带选通的低噪声放大器和带选通的功率放大器与以腔体滤波器实现的双工器和带通滤波器相结合的方式，将系统要求的上、下行信号的隔离度数值及增益数值的要求，接系统构成的各部件的特性进行重新分配，实现了整个系统的隔离度指标和增益指标。各部件的隔离度指标数值见图2所示。

参照图2，本实施例提出的350MHz频段移动通信直放站，包括：一个基站方向双工器28，一个带选通的下行低噪声放大器21，一个下行带通滤波器22，一个带选通的下行功率放大器23，一个移动台方向的双工器24，一个带选通的上行低噪声放大器25，一个上行带通滤波器26，一个带选通的上行功率放大器27。对准基站方向的天线接收基站发来的下行信号，送给基站方向双工器28，基站方向双工器28按下行通道方向将下行信号送给带选通的下行低噪声放大器21，下行低噪声放大器21将放大的下行信号送给下行带通滤波器22，下行带通滤波器22将放大了的下行信号滤除杂波后再送给带选通的下行功率放大器23，带选通的下行功率放大器23将下行信号放大到所需功率电平后送到移动台方向的双工器24，移动台方向的双工器24按下行通道方向将放大了的下行信号送至移动台方向天线，由移动台方向天线辐射出与基站下行信号相同，但幅度更强的下行信号，以复盖直放站的服务区。移动台方向天线同时也接收直放站服务区内移动台发出的上行信号，经移动台方向的双工器24按上行通道方向将上行信号送给带选通的上行低噪声放大器25，上行低噪声放大器25将放大了的上行信号送给上行带通滤波器26，上行带通滤波器26将放大了的上行信号滤除杂波后送给带选通的上行功率放大器27，带选通的上行功率放大器27将上行信号放大到所需功率电平后再送给基站方向的双工器28，基站方向的双工器28按上行通道方向将放大了的上行信号送至基站方向天线，经基站方向天线向基站方向幅射上行信号。

参见图3，说明带选通的低噪声放大器的结构及工作原理(上、下行带选通的放大器结构相同，仅上、下行频率不同)。该带选通的低噪声放大器由带增益控制端的第一级功率保护电路、第一级低噪声放大器、声表面波滤波器、带增益控制端的第二级功率保护电路和第二级放大器顺序连接、及自动增益控制电路的输入端与第一级低噪声放大器的输出端相连，自动增益控制电路的输出端与带增益控制端的第一级功率保护电路的增益控制端相连接，手动增益控制电路的输入端与第二级放大器的输出端相连接，手动增益控制电路的输出端与带增益控制端的第二级功率保护电路的增益控制端相连接构成。微弱的接收信号经带增益控制端的第一级功率保护电路后经由第一级低噪声放大器进行20dB以上的放大，声表面波滤波器对放大的信号进行上、下行40dB的选通隔离(上行350～355MHz，下行360～365MHz)，信号经第二级功率保护电路后接入第二级放大器进行30dB以上的放大后再输出。由于来自基站和移动台的信号强度不稳定，当信号较强时，功率保护电路动作，保护低噪声放大器的元器件安全。自动增益控制电路(AGC1)根据信号强度自动调节第一级低噪声放大器的增益，以保证后级放大器的正常工作状态和输出信号的线性度。手动增益控制可使工程人员在施工现场调整第二级放大器的增益，以调整整机增益使整机工作于最佳的状态。

参见图4，说明带选通的功率放大器结构(上、下行带选通的功率放大器结构相同，仅上、下行频率不同)。该带选通的功率放大器由带增益控制端的增益调节电路、推动级放大器、声表面波滤器、带增益控制端的功率控制电路、末级功放顺序连接，及自动增益控制电路的输入端与推动级放大器的输出端相连接，自动增益控制电路的输出端与带增益控制端的增益调节电路的增益控制端相连接，手动功率控制电路的输入端与末级功放的输出端相连接，手动功率控制电路的输出端与功率控制电路的输入端相连接构成。经增益调节电路接入的信号，由推动级放大器将该信号放大20dB左右再由声表面波滤波器进行选通，声表面波滤波器对信号进行上、下行40dB的选通隔离(上行350～355MHz，下行360～365MHz)，信号经功率控制电路，接入末级功放，由末级功放电路将信号放大25dB后输出给双工器。自动增益控制电路(AGC1)输出与信号电平相应的直流电压，由增益调节电路自动调节推动级放大器的输出幅度以保护后级功放。手动功率控制电路的原理与自动增益控制电路类似，由功率控制电路根据手动增益控制电路的直流电平控制末级功放的输出功率，以实现整机输出最大功率的调整。

参见图5，说明低噪声放大器及功率放大器中自动增益控制电路(AGC1)的实现。耦合器301和耦合器401耦合输出(OUT1)，经检波二极管D501检波后输出直流电压，通过集成电路放大器IC501、IC502放大后从隔离二极管D502输出，分别控制图3的第一级功率保护电路DT301和图4的增益调节电路DT401。可以调节可调电阻VR501的阻值，设定集成电路放大器IC502的放大倍数及直流电位，从而改变了功率保护电路DT301和增益调节电路DT401的增益控制基准电平，即改变了低噪声放大器中的第一级低噪声放大器及功率放大器中推动放大器的输出电平。

参见图6，说明低噪声放大器及功率放大器中手动增益(功率)控制电路(AGC2)的实现。耦合器302和耦合器402耦合输出(OUT2)，经检波二极管D601检波后输出直流电压，通过集成电路放大器IC601、IC602放大后从射随三极管N601输出与信号幅度相应的直流电压，从手动调节端输入外加手动调节电压，与N601射随输出的直流电压相叠加，形成控制电压，分别控制图3的第二级功率保护电路DT302和图4的增益调节电路DT402。从而实现手动增益(功率)调节的功能。可以调节可调电阻VR601的阻值，设定集成电路放大器IC602的放大倍数及直流电位以及改变手动功率控制端(MAGC)的电压来调节DT302、DT402增益调节范围，从而达到调节低噪声放大器的增益和功率放大器的输出功率的效果。

参见图7，350MHz频段移动通信直放站的天线波瓣零点放置法。如果对准基站方向的天线和对准服务区的天线增益均为10dB，其前后比为30dB，350MHz频段移动通信直放站的上行或下行增益均为90dB，接头馈线的损耗为5dB，则350MHz频段移动通信直放站的空间隔离度要求至少为105dB，如果天线按常规方案背向放置，天线间的空间损耗要求约为45dB左右。按照空间损耗的计算公式，两天线间距离大约为140米。假如在某天线波瓣零点方向附近放置另一天线，比如在比该天线的后瓣低20dB处的一个零点方向附近放置另一付天线，则天线间的空间损耗要求降低为25dB左右即可。同样，按空间损耗的计算公式，这时两天线间距离大约为45米；如果在第一天线的后瓣低30dB的一个零点方向附近放置第二付天线，则天线间的空间损耗要求为15dB，此时天线间距离约为25米，可见按此方法安置天线可大大缩小天线间的距离。实施时可以采用如下方法确定天线的零点：根据实际情况，先确定一副天线的位置并架设它，对其馈入标准频率信号，使该天线周围形成幅射区域。另用一副全向天线接入可显示接收信号电平的测试仪表，如频谱仪等。绕发射天线附近监测信号幅射的电平情况，并在平面图上分别标出该天线最大、最小接收电平的位置及方向，可确定该天线的主瓣、付瓣及零点的方向情况，根据实际测试的情况便可确定另一天线的安装位置。

参见图8，本实施例的具体应用方案一，在基站所能覆盖的区域中，可能会存在小山包或楼群，信号传输路径因受到山体或楼体的阻挡便造成信号盲区。为此可以在山上或高层楼顶架设一直放站，以接收基站360～365MHz的基站信号，经直放站对信号进行下行放大、滤波后覆盖原先存在的盲区，并接收原盲区的移动台信号，以上行放大、滤波后发给基站，从而实现正常的通信。

参见图9，本实施例的具体应用方案二，基站发射的下行信号比移动台的上行信号强，虽然基站的接收灵敏度比移动台的接收灵敏度高，但仍存在一部分远距离盲区。在这些盲区中，移动台能够接收到基站的信号，但基站无法收到移动台发射的上行信号，因此出现通信不畅的问题。解决这类问题可以在靠近远距离区附近架设一直放站，作为上行信号的中继站，使基站能可靠地收到移动台的上行信号，同时，原服务区因有了直放站，基站发出的下行信号也得到增强，提高了通信质量。

Claims (4)

1、一种350MHz频段移动通信直放站，它包括：一个基站方向双工器，一个带选通的下行低噪声放大器、一个下行带通滤波器、一个带选通的下行功率放大器、一个移动台方向的双工器、一个带选通的上行低噪声放大器、一个上行带通滤波器和一个带选通的上行功率放大器，其特征在于：上述带选通的下(上)行低噪声放大器由带增益控制端的第一级功率保护电路、第一级低噪声放大器、声表面波滤波器、带增益控制端的第二级功率保护电路和第二级放大器顺序连接、及自动增益控制电路的输入端与第一级低噪声放大器的输出端相连，自动增益控制电路的输出端与带增益控制端的第一级功率保护电路的增益控制端相连接，手动增益控制电路的输入端与第二级放大器的输出端相连接，手动增益控制电路的输出端与带增益控制端的第二级功率保护电路的增益控制端相连接构成；上述带选通的下(上)行功率放大器由带增益控制端的增益调节电路、推动级放大器、声表面波滤器、带增益控制端的功率控制电路、末级功放顺序连接，及自动增益控制电路的输入端与推动级放大器的输出端相连接，自动增益控制电路的输出端与带增益控制端的增益调节电路的增益控制端相连接，手动功率控制电路的输入端与末级功放的输出端相连接，手动功率控制电路的输出端与功率控制电路的输入端相连接构成。

2、根据权利要求1所述的350MHz频段移动通信直放站，其特征在于：350MHz频段移动通信直放站工作频率范围为上行350～355MHz，下行360～365MHz。

3、根据权利要求1所述的350MHz频段移动通信直放站的天线安装方法，其特征在于：将第二付天线置于第一付天线的波瓣零点方向上。

4、根据权利要求3所述的350MHz频段移动通信直放站天线安装方法，其特征在于：天线安装方法步骤如下：先确定一副天线的位置并架设它，对其馈入标准频率信号，使该天线周围形成幅射区域，另用一副全向天线接入可显示接收信号电平的测试仪表，绕发射天线附近监测信号幅射的电平情况，并在平面图上分别标出该天线最大、最小接收电平的位置及方向，确定该天线的主瓣、付瓣及零点的方向，再确定另一天线的安装位置。

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