CN1777303A - 无线通信基站/收发信机的环形连接方法及中频接口结构 - Google Patents

Abstract

本发明为无线通信基站收发信机之间的环形连接方法。在设置有基带数字信号处理单元的无线基站经第一双向传输媒质，与至少包括有两个以各自的输入/输出端口经其间的双向传输媒质依次串行连接的远端射频收发信机中的一个相连接的同时，以同样形式的第二双向传输媒质还与所说远端射频收发信机中的另一个相连接而成环形连接状态，第二双向传输媒质传输通路的导通/关断状态由无线基站控制。本发明还提供了可用于该连接方法的一种相应中频接口结构。该连接方法能有效地解决原串行连接系统因局部故障而导致的系统通信中故障点及其以远的远端射频收发信机中断的问题，大大提高了系统的可用性。

Description

无线通信基站/收发信机的环形连接方法及中频接口结构

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信基站/收发信机的系统连接方法及可与该连接方法相适应的设备的接口结构。

背景技术

随着包括WCDMA和TD-SCDMA等第三代移动通信系统的发展，受其2GHz工作频段电波传播特性的限制，必然要大大增加基站的数量，并要求其实现三维覆盖，因此其无线基站设备无法沿用由分立元件及集成度很小芯片设计的射频收发信机，和用低损耗射频电缆连接收、发天线与射频收发信机等传统的设计方法。随着收发信机数量的增加，分立元件间的特性差异及使用又粗又长的射频电缆将造成人工调测时的难度与低效率，其结果将导致可生产性、成本及工程安装上的问题。而且，连接天线和室内射频收发信机之间的射频电缆在2GHz以上频段的损耗比较大，射频电缆的损耗已经不能容忍，特别对使用智能天线的移动通信系统来说，因为天线数量大大增加，其馈线损耗、电缆成本及安装等方面的问题都将是难以克服的。为此，ZL 01201473.7的中国专利中公开了一种名为“用于无线通信系统的塔放式智能天线阵”的第三代移动通信无线基站设计方案，将收、发信机中接收通道的低噪声放大器和发射通道中的大功率放大器置于室外单元中，并位于收、发天线附近与天线短距离连接，将射频收、发信机除低噪声放大器和大功率放大器之外的部分安装在室内单元中，用较长的射频电缆将室外单元中的低噪声放大器与室内单元中的射频收信机连接，和用较长的射频电缆将室外单元中的大功率放大器与室内单元中的射频发信机连接。在室内单元中，将接收的射频转换为中频信号，再经模/数转换为数字信号和经数字中频电路处理后，送至数字基带处理单元(DSP)；由DSP输出的待发射数字信号经数字中频处理电路处理和数/模转换为中频模拟信号后送射频模拟发射机，再转换为射频信号送室外单元发射。该方案通过用射频电缆连接室内单元与室外单元，以避免电缆损耗导致的接收机噪声系数增加及牺牲发射功率的问题。

由于该方案没有从根本上解决射频电缆损耗较大及射频电缆成本较高的问题，使基站设备设计成本居高不下。而且天线及其室外单元距离室内单元也不允许太远，通常在60米之内，难以完成第三代移动通信系统必须实现的三维覆盖。例如在大楼内，因为射频电缆比较粗，将室外单元连接到室内单元上的工程会很困难。

此外，目前在3G FDD系统(如WCDMA)中已有使用的是一种使用光纤传输的基站设备方案。该方案虽然可以解决上述射频电缆传输距离及灵活布线上的困难，但由于增加了一套光传输电路，导致成本增加，特别在多天线的系统，例如使用智能天线的系统中，此成本增加会是相当明显的。

而且，上述技术中的每一套室外单元必须使用一对如射频电缆或者光纤等双向传输媒质与室内单元连接。此一对传输媒质对TDD系统(如TD-SCDMA)来说可以理解为一根射频电缆并加上多条控制线；对FDD系统来说，则上下行必须分别使用一根光纤或电缆，如果使用一根光纤传输，则需占用两个光波波长。上述两种方案中多个室外单元与一个室内单元间都只能采用星形连接，即多套收、发天线及其室外单元必须通过各自的电缆或者光纤直接连接到室内单元，工程安装不方便。

由于第三代移动通信2GHz工作频段的电波传播特性，其通信网中每个宏小区基站(一套天线)的覆盖半径只能有1-3公里，在城市内高楼大厦林立的地区、树木遮挡的区域、楼房内等，此覆盖半径还要小得多。而且在此覆盖区域内可能还会存在很多无法通信的阴影区域。由于每个无线基站的覆盖区域太小，因此要在一个城市内实现完好的覆盖，就必须架设大量的基站，其中站址的选择和建设成本都是非常困难的问题。

使用目前的基站设备设计方案，每个小区都必须有自身完整的基站设备配置，包括从数字基带信号处理到模拟射频收发的全部部件，导致基站成本太高，而且，很多基站设备无法使用Iub接口方便地接入系统，使每小区承担的无线基站设备的成本太高。

第二代移动通信(GSM及IS-95CDMA)系统中，是通过使用直放站来解决覆盖盲区问题的。但在第三代移动通信系统内，由于必须保证系统服务质量(QoS)，而引入直放站必然导致服务质量下降，故第三代移动通信系统在原则上不能简单地使用直放站。而且，当室内单元和室外单元之间无法架设射频电缆或者光纤时(例如在城市内需要跨越街道)，将无法实现射频拉远，即无法实现射频或者中频信号之间的无线连接。

为有效又相对方便地解决小区覆盖半径小和覆盖盲区，解决大量室内覆盖提供无线数据服务的问题并降低无线基站成本的问题，本申请人曾在申请号为200510001653.2中提出了一种将远端的模拟射频收发信机前端设备与无线基站的基带数字信号处理部分室内设备在模拟中频部分分开，并经各种有线和无线的双向传输手段与无线基站相连接的中频传输方法及相应的中频接口。对多只远端射频模拟收发信机单元可以使用一对传输媒质，并实现星形和/或串行连接(其中更具有实际工程应用价值的是依次串行的链形连接方式)。远端的射频前端设备中包括模拟射频收发单元和中频接口，室内单元中包括中频接口和基带数字信号处理单元，室内单元的中频接口与远端射频前端设备的中频接口间通过中频传输媒介连接。其中频接口可将多个业务中频信号、多个实时控制与非实时监测控制信号和参考时钟合路成一个宽带中频信号发送到所述的中频传输媒介上传输；同时还可将来自中频传输媒介上的一个宽带中频信号分路成多个业务中频信号、多个实时控制与多个非实时监测控制信号和参考时钟。其中在基站设备的室内单元与远端射频前端设备间的该中频传输媒介，可以是采用有线连接方式的中频电缆或光纤，也可以是采用无线连接方式的微波接力设备。由于在中频传输媒介上传输的是包括模拟中频传输技术和数字中频传输技术在内的中频信号，有利于降低基站设备成本和实现多个远端射频前端设备与一个室内单元间的连接。

其对多个远端射频子系统进行链型连接的结构方式可如图1所示。图中的无线基站100实现了基站所有基带部分的功能，用接口电路110和远端射频收发信机接口。而多(n)只远端射频收发信机101、102、103、104、…、10n则通过一对传输线路121、122、123、124、…、12n连接至无线基站100。更详细地说，是用一对传输线路(121)连接基站接口电路110和远端射频收发信机101；再用一对传输线路(122)连接远端射频收发信机101和远端射频收发信机102；以此类推，直至连接全部n只远端射频收发信机。此传输线路可以是中频电缆、光纤、也可以是无线方式，如微波。信号传输方向如图1中箭头所示，一条线路将基站发射信号传输向远端射频收发信机；另一条线路则将远端射频收发信机所接收到的信号传输向基站。

上述技术虽具有可以大大减少连接传输链路，降低工程造价和成本的明显优势，但其主要不足则表现在此链型连接缺乏抵抗故障的能力。如在上述图1所示的结构中，如果任何一个远端射频收发信机(例如假设是103)损坏，则其后面(远离基站)的远端射频收发信机(104、…、10n)将和基站中断连接；如果任何一段传输线路(例如假设是122)中断，则其后面(远离基站)的远端射频收发信机(102、103、104、…、10n)将和基站中断连接。这些连接中断就意味着这些远端射频收发信机所服务的小区无法工作，整个移动通信网的性能将受到巨大的损伤，造成难以估计的后果。

发明内容

针对第三代移动通信系统(如WCDMA和TD-SCDMA等)即将大规模商用及所面临的问题，在上述以中频传输方式实现“射频拉远”技术的基础上，本发明首先将提出一种改进的无线通信基站室内单元和远端射频收发信机的环形连接方法，使射频拉远技术进一步完善。在此基础上，本发明进一步还将提出能适用于该环形连接方法的一种相应中频接口结构。

如上述，本发明的无线通信基站室内单元和远端射频收发信机的环形连接方法是以在此之前的以中频传输方式实现射频拉远技术为基础，即将无线基站中的射频收发信机与无线基站的基带数字信号处理部分分开，将射频收发信机拉远至天线附近，通过模拟和/或数字中频传输技术，用各种有线和无线传输手段与无线基站相连接。所说的连接传输媒质可以是双向传输的中频电缆、微波接力设备，以及光纤等。其中，设置有基带数字信号处理单元的无线基站经所说的双向传输媒质，与至少包括有两个以各自的输入/输出端口经其间的双向传输媒质依次串行连接的射频收发信机中的一个相连接。本发明的环行连接方法，是在无线基站以原第一双向传输媒质与所说射频收发信机中的一个连接的同时，通过设置有同样形式的第二双向传输媒质还与所说射频收发信机中的另一个相连接而成环形连接状态，第二双向传输媒质传输通路的导通/关断状态由无线基站控制。由于在已依次成串行连接的各远端射频收发信机中有两个不同的远端设备经传输媒质分别与无线基站相连接，因而可使整个通信系统成为“环形”的连接状态。

上述所说的环形连接方法中，根据第一和第二两双向传输媒质与链式连接的远端设备间连接位置点的不同，其连接状态也可有差异。例如，可以是两传输媒质中的至少一个与依次串行连接的射频收发信机中位于端部位置处的一射频收发信机连接，或是两传输媒质分别均与依次串行连接的射频收发信机中非两端位置处的远端射频收发信机相连接等。在各种连接方式中，特别是以采用使第一和第二两双向传输媒质分别与依次串行连接的射频收发信机中位于两端部位置处的远端射频收发信机相连接的方式为佳。一只容量足够大的基站，即基带处理能力足够大的室内基站公共单元，加上足够大带宽的传输线路，可以在一个环内连接数只，甚至数十只远端射频收发信机单元。同时支持数至数十个宏小区、微小区及微微小区。在工程设计时，在城市中心等地区，可以灵活的根据覆盖要求，组成成本低、覆盖良好的移动通信网；在远郊区和农村，可以大大扩大每基站的覆盖范围，组成成本低、大区域覆盖的移动通信网。

在上述的无线通信基站室内单元和远端射频收发信机的环形连接方法中，在正常通信状态时，所说的该第一双向传输媒质始终处于导通工作状态，而作为备用的第二双向传输媒质的传输通路则是处于关断状态。当无线通信基站的检测系统检测到在第一双向传输媒质的传输通路系统存在故障后，例如前述作链式连接中的任何一个远端射频收发信机，或任何一段传输线路(包括第一传输媒质或相邻两远端设备间的传输媒质)损坏后，经微处理器等转换结构，即可启动备用的第二传输媒质的传输通路，使其也处于导通工作状态，即第一和第二两传输媒质通路同时处于工作状态(在任一远端设备或相邻两远端设备出现故障时)，或是改由第二传输媒质单独处于工作状态(第一传输通路出现故障时)，不仅彻底解决了远端射频收发信机和室内基站之间的连接问题，可适应各种使用环境，而且大大提高了连接远端射频收发信机的可靠性，不致因局部故障而使通信系统中断，增加了系统的抗故障的能力。由于其设备配置灵活，因此也更便于移动通信网工程设计。

为实现上述的环形连接方法，本发明将分别提供一种可在无线通信基站端使用的中频接口结构，以及可在远端射频收发信机中使用的一种中频接口结构。

所说的可用于实现上述环形连接方法的无线通信基站端的中频接口结构，以及可在远端射频收发信机中使用的相应中频接口结构，都是在前述此前已有的“射频拉远”技术中的原有接口结构基础上，再分别增设一个具有相同结构形式发射接口和接收接口的接口单元，作为与环形连接系统中的第二双向传输媒质相连接的备用接口单元，并使其通过相应的中频开关等适当转换结构，与原设备中的发射单元和接收单元连接，或是通过相应的合路器和/或分路器再与原设备中的发射单元和接收单元连接，由于检测系统相关联的微处理器等机构控制该与第二传输媒质相连接的备用系统工作状态的转换。

以下通过由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1是本发明之前所提出的对多个远端射频子系统进行链型连接的结构示意图。

图2是本发明无线通信基站/收发信机的环形连接方法的一种结构形式示意图。

图3是适用于本发明环形连接方法的一种基站端的中频拉远接口结构的方框图。

图4是适用于本发明环形连接方法的一种远端射频收发信机的接口单元示意图。

具体实施方式

图1所示的是如前所述在本发明之前的一种对多个远端射频子系统进行链型连接的结构方式。

图2所示的是本发明无线通信基站室内单元和远端射频收发信机的环形连接方法的一种结构形式。此基站的主体是室内基站设备100，其具体构成可参见前述此前已有的“射频拉远”方法(申请号为200510001653.2)。其基站端的接口电路210中有两对(4个)接口单元，用于分别与第一双向传输线路221和第二传输媒质22m连接。多(n)只依次串行连接的远端射频收发信机201、202、203、204、…、20n则分别通过传输线路221、222、223、224、…、22n及22m组成的双向环形连接至无线基站100。更详细地说，是用一对传输线路(第一双向传输线路)221连接基站接口电路210的主输入输出端口215和位于串行端部位置的一远端射频收发信机201；再用一对传输线路222连接远端射频收发信机201和远端射频收发信机202；以此类推，直至连接全部n只远端射频收发信机。最后由另一端部位置的一远端射频收发信机20n再通过一对传输线路(第二双向传输线路)22m连接回基站接口电路210的次输入输出端口218，完成此环形连接。上述传输线路可以是中频电缆、光纤、也可以是无线方式，如微波。信号传输方向如图2中箭头所示，在每对双向传输线路中，一条线路为将基站发射信号传输向远端射频收发信机，另一条线路则将远端射频收发信机所接收到的信号传输向基站。

该环形连接系统的工作过程是，基站接口电路提供主、从形式的第一、第二两组传输线路接口，通过此两组接口与多个远端射频收发信机实现如图2所示的环形连接。在正常情况下，所有传输线路和所有远端射频收发信机工作正常，接口电路210由主(第一)输入输出端口215和各个远端射频收发信机连接，次(第二)输入输出端口218关闭。在异常情况下，次输入输出端口218开启，环路工作。例如，远端射频收发信机203出现故障后，则基站及后端的射频收发信机204、…、20n均接收不到来自对方的信号，基站将启动次输入输出端口218，将发射信号从主次两个发射端口并发，又同时接收主次两个接收端口的接收信号；对远端射频收发信机204、…、20n，则改变接收和发射的方向。这样，此环形连接立即改变为两个链形连接，保证除出现故障的远端射频收发信机203以外全系统正常工作。

又例如，传输线路222因故障中断后，则基站及后端的射频收发信机202、203、204、…、20n均接收不到来自对方的信号，基站将同样启动次输入输出端口218，将发射信号从主次两个发射端口并发，又同时接收主次两个接收端口的接收信号；对远端射频收发信机202、203、204、…、20n，则改变接收和发射的方向。这样，此环形连接立即改变为两个链形连接，保证所有的远端射频收发信机全部正常工作。在故障排除后，系统又恢复正常工作状态。

图3所示的是适用于本发明环形连接方法的一种基站端的中频拉远接口，例如无线基站端的中频接口电路(如图2中210)的一种结构形式的方框图。对至远端射频收发信机模块方向，它设置有两组接口：主输入输出接口215(与第一传输线路连接的端口1)和从输入输出接口218(与第二传输线路连接的端口2)，主输入输出接口215包括发射接口310和接收接口311；从输入输出接口218包括发射接口312和接收接口313。发射信号来自发射单元342经3dB分路器328分为两路相同的信号，一路直接送至主发射接口310；另一路则送至中频开关322再分别连接至从发射接口312及匹配负载324。来自主输入接口311的接收信号直接送合路器327后进入接收机341，来自从输入接口313的接收信号则经同时连接有匹配负载323的中频开关321后再连接至合路器327后进入接收机341。正常工作状态下，两中频开关321及322均掷向匹配负载端，从输入输出接口218关断。而在需要双向工作时，中频开关321及322均掷向从输入输出接口218端，从输入输出接口启动。上述中频开关321和322均由此远端射频收发信机中的微处理器控制。电源模块330用于给接口电路供电。

图4所示的是可适用于本发明环形连接方法的远端射频收发信机(如图2中的201、202、203、204、…、20n等)端的一种中频接口的方框结构。为实现前述环形连接所需要的发送和接收方向改变，该中频接口400至少设有两套相同形式的接口单元。其中，第一接口单元的接收端口401和第二接口单元的接收端口403的输出端分别各连接有一中频开关K41，K43；第一接口单元的发射端口402和第二接口单元的发射端口404的输入端也分别各连接有一中频开关K42，K44。在分路器411和合路器412的前后方还分别各设置有一输入端中频开关K45，K46，以及一输出端中频开关K48，K47。

其中，在第一接口单元接收端口中频开关K41与中频开关K45和K46件分别设置有正常连接通道和备用连接通道；第二接口单元接收端口中频开关K43与中频开关K45和K46间则分别设置有备用连接通道和正常连接通道。第一接口单元发射端口的中频开关K42中频开关K47和K48间分别设置有正常连接通道和备用连接通道；第二接口单元发射端口中频开关K44与中频开关K47和K48间则分别设有备用连接通道和正常连接通道。分路器411将接收到的信号分为4路，其中3路供本远端射频接收机使用，一路送至合路器412，与来自本远端射频收发信机的信号合路，发向室内基站。此过程分别与频率合成器连接。由微处理器420控制各中频开关实现在正常连接通路与备用连接通路间的工作状态转换：正常情况下所有开关为掷向图4中实线的连接状态；而在改变接收和发射方向时则掷向图4中虚线的连接状态。如果通信线路因故障已中断，则基站不可能接收到故障点以远的远端射频收发信机回的信号。在连续一段时间(例如，几帧TD-SCDMA信号)后，基站将启动备用连接通道，即将图3中的中频开关321及322均掷向从输入输出接口218端(端口2)。同时，在连续一段时间(例如，几帧TD-SCDMA信号)后不能正确接收到来自基站信号的远端射频收发信机也自动接入备用连接通道，即将图4中将所有开关掷向图4中虚线的连接状态。此时，原环形连接的远端射频收发信机就转换为两条链形连接的系统，在故障点断开，保证系统的正常工作。在故障排除后，只可以由基站发出控制命令，系统恢复到正常工作状态。

Claims (7)

1.无线通信基站收发信机的环形连接方法，设置有基带数字信号处理单元的无线基站经双向传输媒质，与至少包括有两个以各自的输入/输出端口经其间的双向传输媒质依次串行连接的远端射频收发信机中的一个相连接，其特征是无线基站在以原第一双向传输媒质与所说模拟射频收发信机中的一个连接的同时，以同样形式的第二双向传输媒质还与所说模拟射频收发信机中的另一个相连接而成环形连接状态，第二双向传输媒质传输通路的导通/关断状态由无线基站控制。

2.如权利要求1所述的无线通信基站/收发信机的环形连接方法，其特征是所说的第一和第二两双向传输媒质中的至少一个与依次串行连接的模拟射频收发信机中位于端部位置处的一模拟射频收发信机连接。

3.如权利要求2所述的无线通信基站/收发信机的环形连接方法，其特征是所说的第一和第二两双向传输媒质分别与依次串行连接的模拟射频收发信机中位于两端部位置处的模拟射频收发信机相连接。

4.如权利要求1所述的无线通信基站/收发信机的环形连接方法，其特征是所说的第一和第二两双向传输媒质分别与依次串行连接的模拟射频收发信机中非两端位置处的模拟射频收发信机相连接。

5.如权利要求1至4之一所述的无线通信基站/收发信机的环形连接方法，其特征是所说的第一双向传输媒质始终处于导通工作状态，在正常工作状态下第二双向传输媒质的传输通路处于关断状态；当无线通信基站检测到在第一双向传输媒质的传输通路系统存在故障后，经转换结构启用第二传输媒质的传输通路也处于导通工作状态。

6.用于实现权利要求1无线通信基站/收发信机环形连接方法的无线通信基站端的一种中频接口结构，经带有发射接口(310)和接收接口(311)的接口单元(215)与双向传输媒质的对应端连接，发射接口(310)和接收接口(311)分别经合路器(328)和分路器(327)与同频率合成器连接的发射单元(342)和接收单元(341)相连，其特征是在无线通信基站端的中频接口结构中至少还设有一个用于与第二双向传输媒质的对应端相连接且包括同样结构的第二发射接口(312)和第二接收接口(313)的第二接口单元(218)，在合路器(328)的输出端还设置有带有输出匹配负载(324)的中频开关(322)，在分路器(327)的输入端设置有带有输入匹配负载(323)的中频开关(321)，分路器(328)分别直接和经其输出端的中频开关(322)与原第一接口单元(215)的发射接口(310)和第二接口单元(218)的发射接口(312)连接，分路器(327)分别直接和经其输入端的中频开关(321)与原第一接口单元(215)的接受接口(311)和第二接口单元(218)的接收接口(313)连接，正常工作状态下与第二接口单元发射接口(312)和接收接口(313)连接的中频开关(321，322)分别掷向相应的匹配负载(314，323)侧而处于非启用状态，经两中频开关(321，322)使第二接口单元(218)工作状态的转换由微处理器控制。

7.用于实现权利要求1无线通信基站/收发信机环形连接方法的射频收发信机的一种中频接口结构，设置有包括接收端口(401)和发射端口(402)的接口单元，并经分路器(411)和合路器(412)与频率合成器连接，其特征是以相同方式至少设置有两个接口单元，第一接口单元的接收端口(401)和第二接口单元的接收端口(403)的输出端分别连接有中频开关(K41，K43)，第一接口单元的发射端口(402)和第二接口单元的发射端口(404)的输入端分别连接有中频开关(K42，K44)，在分路器(411)和合路器(412)的前后方分别设置有输入端中频开关(K45，K46)和输出端中频开关(K48，K47)，其中：

在第一接口单元接收端口中频开关(K41)和第二接口单元接收端口中频开关(K43)与分路器输入端中频开关(K45)间分别设有正常连接通道和备用连接通道，两接口单元接收端口中所说该同一中频开关(K41，K43)与合路器输入端中频开关(K46)间则以交叉方式分别还设有备用连接通道和正常连接通道；

在第一接口单元发射端口的中频开关(K42)和第二接口单元发射端口中频开关(K44)与分路器输出端中频开关(K48)间分别设有备用连接通道和正常连接通道，两接口单元发射端口中所说该同一中频开关(K42，K44)与合路器输出端中频开关(K47)间则以交叉方式分别还设有正常连接通道和备用连接通道；

经各中频开关实现的正常连接通路与备用连接通路工作状态的转换由微处理器(420)控制。

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