CN1859033A - 移频直放站中获取参考时钟的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术，公开了一种移频直放站中获取参考时钟的系统及其方法，提取基站发射信号中和基站参考时钟相关的信息，将移频直放站主站和从站的参考时钟同步到基站使用的参考时钟上，使得移频直放站的成本更低，维护更加方便。

Description

移频直放站中获取参考时钟的系统及其方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别涉及移动通信中的移频直放站技术。

背景技术

在移动通信迅速发展的今天，无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，要架设模拟或数字基站成本太高，基础设施也较复杂，在这种情况下，就需要一种成本低、架设简单，却具有小型基站功能的经济有效的设备。由于直放站可以在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，并且其造价远远低于同样效果的微蜂窝系统，因此直放站是解决移动通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。直放站与基站相比有结构简单、投资较少和安装方便等优点，可广泛用于难于覆盖的盲区和弱区，提高通信质量，解决掉话等问题。

直放站主要包括无线同频直放站、光纤直放站和移频直放站三类。其中，无线同频直放站受信源选取和隔离度的限制，随着基站密度的增加，在城区中应用的范围越来越小；而光纤在许多地方又不能到达，在这种情况下采用移频直放站就可以很好的解决以上问题。在空间信号比较复杂，而且光纤资源比较难以获取的场合，利用移频直放站可将施主基站信号进行远距离延伸覆盖，解决不易铺设光纤及导频信号污染严重地区的覆盖。

移频直放站由与基站相邻或同址的主站和置于需要覆盖的区域的从站组成。主站从基站侧获取下行信号，将下行信号使用的基站的载频移到另一频率点上转发给从站，从站再将被移动的频点还原到基站的频率上，从而实现了主站、从站的高隔离度和主站与从站之间的无线链接；上行信号的变换与下行信号的变换类似，从站获取手机的上行信号，将上行信号使用的手机的载频移到另一频率点上转发给主站，主站再将被移动的频点还原到手机的载频上，从而实现了主站、从站的高隔离度和主站与从站之间的无线链接。

移频直放站处理信号带来的频率误差体现在两个方面：一是主站和从站发射的移频信号频率稳定度，即主站发射给从站的移频信号和从站发射给主站的移频信号的频率误差；另一个是主站和从站移频处理后信号的频率准确度，即基站下行的信号经过主站和从站处理后发射给手机的信号频率误差、手机上行的信号经过从站和主站处理后发射给基站的信号频率误差。

主站和从站发射的移频信号频率稳定度的问题比较容易解决，譬如要求移频信号的发射频率误差＜±1百万分之一(parts per million，简称“ppm”)。假定移频由900兆赫兹(MHz)移到1500MHz，基站发射的下行信号和手机发射的上行信号频率误差为0，对主站和从站的本振频率稳定度要求是：1500Hz/(1500MHz-900MHz)＝±2.5ppm。这个要求相对来说较低，主站和从站发射的移频信号频率稳定度比较容易满足，如何保持主站和从站移频处理后信号的频率准确度尤其关键。

由于同频直放站不存在主机从机之分，因此信号经过下变频和上变频时，可以使用同一射频本振信号，射频本振信号的频率误差在两次变频(下变频和上变频)中抵消，不引入新的频率误差。这个过程可以用公式fout＝fin-flo+flo＝fin表示，其中，fout为同频直放站输出信号的中心频率，fin为同频直放站输入信号的中心频率，flo为同频直放站的本振频率。

而在移频直放站中，接收和发射的频率不相同，且主机和从机分置于不同的两个地方，其本振信号不能使用同一参考信号，这就会在主从站发射信号上引入额外的频率误差。

例如，对于下行信号的移频直放，在主机处输出的中心频率为fout1＝fin1-flo11+flo12＝fin1+(flo12-flo11)＝fin1+Δf_主，其中，fin1为主机接收的下行信号的中心频率，flo11为主机下变频使用的本振频率，flo12为主机上变频使用的本振频率，Δf_主为主机下变频的本振频率和上变频的本振频率之差；在从机处输出的中心频率为fout2＝fout1-flo21+flo22＝fout1-(flo21-flo22)＝fin1+Δf_主-Δf_从，其中，fout1为从机接收的下行信号即主机发送的下行信号的中心频率，flo21为从机下变频使用的本振频率，flo22为从机上变频使用的本振频率，Δf_从为从机下变频的本振频率和上变频的本振频率之差。可以看出，如果想实现移频直放站在主从站发射信号上不引入额外的频率误差，即满足fin1＝fout2，则需要满足Δf_主＝Δf_从，一般来说，这个条件要求主从机的本振信号使用相同的参考时钟，即满足flo22＝flo11且flo12＝flo21。

当主从站使用不同的参考时钟，其参考频率误差不为0时，假定主站参考时钟的频率相对误差是a，从站参考时钟的频率相对误差是b，则经主从站的处理后，输出信号的中心频率为fout2＝fin1+(flo12-flo11)*(1-a)-(flo21-flo22)*(1-b)＝fin1+Δf_主*(1-a)-Δf_从*(1-b)，即引入的频率相对误差为(fout2-fin1)/fin1＝(Δf_主*(1-a)-Δf_从*(1-b))/fin1。

假定主从站的参考频率相对频率误差的绝对值大小一样，且主从频率误差为相反的方向，则总引入的频率相对误差最大值为(fout2-fin1)/fin1＝2*a*Δf/fin1；假定移频的频率差为fin1，即输出频率为输入频率的2倍，总的频率误差为(fout2-fin1)/fin1＝2*a；假定允许移频直放站的频率误差为c，则主从直放站的参考信号的频率稳定度要求为：(2*a*Δf/fin1)＜＝c，即a＜＝c*fin1/(2*Δf)。

假定移频频率差为20MHz，基站上下行信号的频率在900MHz频段，分配给直放站的频率误差假定为0.03ppm。则移频直放站的主从站参考信号频率误差要求小于1.125ppm即可，此时，一般的恒温晶体振荡器(Oven Controlled CrystalOscillator，简称“OCXO”)甚至是温控晶体振荡器(Temperature Controlled CrystalOscillator，简称“TCXO”)参考源都比较好实现的。

实际移频直放站移频的频率有可能远高于基站上下行信号的频率，譬如把900MHz的信号移频到1.5GHz，可见，对移频直放站的参考信号频率准确度要求是非常高的，此时a＜＝c*900/(2*1500)，a＜＝c*900/(2*1500)，a＜＝0.3*c。而无线通信系统中通常的频率误差是0.05ppm，分配给直放站的频率误差更小，假定为0.03ppm，按上述例子的要求，a＜＝0.3*c，即移频直放站的主从站参考信号频率误差要求小于0.009ppm，一般OCXO参考源也难以满足这个频率误差。

因此对于移频频差较大的移频直放站，其参考信号的频率误差要求非常的高，即使采用高稳定度的OCXO也很难解决频率稳定度的问题。

现有技术方案中，移频直放站的主站和从站分别使用不同的参考时钟，在移频频率偏移较小，对参考时钟频率稳定度要求较低时，使用TCXO作为参考时钟；在移频频率偏移较大，对参考时钟频率稳定度要求较高时，采用稳定度较高的OCXO作为参考时钟并定期进行频率校准以保证长期工作的频率稳定度。

现有技术方案中移频直放站的主站或从站的系统组成如图1所示。

其中，双工器1和双工器2用于收发信号并共用一个天线；低噪声放大器1和低噪声放大器2用于对输入的微弱信号进行低噪声放大；混频器1、混频器2、混频器3和混频器4用于将输入的信号和本振信号进行混频，实现中频信号的上变频或高频信号的下变频；中频滤波、放大与增益控制模块1和中频滤波、放大与增益控制模块2用于对输入的中频信号进行滤波，抑制带外信号并进行放大和增益控制；功率放大器1和功率放大器2用于对输入信号进行功率放大以满足天线发射的功率要求；本地振荡器1、本地振荡器2、本地振荡器3和本地振荡器4用于根据输入的参考时钟生成一定频率的本振信号以用于进行上变频或下变频；电源单元用于向其它所有模块提供供电；参考时钟用于提供本地振荡器使用的参考时钟；控制单元用于根据接收信号和处理情况提供控制信号控制系统的处理；无线调制解调器用于对接收信号进行解调。

可以理解，由于主从站使用不同的参考时钟，因此移频频率偏移较大时，对参考时钟频率稳定度要求较高，现有技术方案的实现比较复杂。例如，将接收信号由800MHz或900MHz移频到1.5GHz时，对移频直放主从站内部的参考时钟要求非常的高，必须使用稳定度特别高的OCXO，并且还需要定期的对直放站内部的OCXO频率进行校准，例如每3个月或半年校准一次OCXO的输出频率，以保证长期工作下的频率准确度。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有技术方案对于移频频率偏移较大的情况，需要使用稳定度很高的OCXO，系统成本较高；同时为了维持长期工作的频率稳定度，还需要对OCXO进行周期性校准，需要额外的维护人员，不便于维护且维护成本也较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移频直放站中获取参考时钟的系统及其方法，使得移频直放站的成本更低，维护更加方便。

为实现上述目的，本发明提供了一种移频直放站中获取参考时钟的系统，所述移频直放站包含主站和从站，所述主站和从站还包含：

参考信号获取模块，用于获取和基站的参考时钟同步的参考信号；

本地参考时钟生成模块，用于根据来自所述参考信号获取模块的参考信号，生成与其同步的参考时钟，并提供给所述主站和从站中的其它模块。

其中，所述参考信号包含以下信号或其经任意类型的分频、倍频而生成的频率信号：基站发射信号中的频率信号、或信源调制频率信号。

此外在所述系统中，所述主站从所述基站发射的下行信号中获取所述参考信号；所述从站从该从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的下行信号中获取所述参考信号。

此外在所述系统中，所述参考信号获取模块使用无线调制解调器获取所述参考信号，并通过控制单元模块传送给所述本地参考时钟生成模块。

此外在所述系统中，所述本地参考时钟生成模块使用自动频率控制生成和所述参考信号同步的所述参考时钟。

本发明还提供了一种移频直放站中获取参考时钟的方法，包含以下步骤：

A获取和基站参考时钟同步的参考信号；

B生成和所述参考信号同步的所述参考时钟。

其中，所述参考信号包含：所述参考信号包含以下信号或其经任意类型的分频、倍频而生成的频率信号：基站发射信号中的频率信号、或信源调制频率信号。

此外在所述方法中，所述步骤A中，所述移频直放站的主站从所述基站发射的下行信号中获取所述参考信号；所述移频直放站的从站从该从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的下行信号中获取所述参考信号。

此外在所述方法中，所述步骤B中，使用自动频率控制生成和所述参考信号同步的所述参考时钟。

本发明提取基站发射信号中和基站参考时钟相关的信息，将移频直放站主站和从站的参考时钟同步到基站使用的参考时钟上，带来了较为明显的有益效果：

首先，由于本发明方案移频直放站的主站和从站使用的参考时钟均和基站使用的参考时钟同步，因此不需要使用高精度的OCXO，可以大大降低系统的实现成本。

第二，由于移频直放站的主站和从站使用的参考时钟均和基站使用的参考时钟同步，因此主站和从站移频的频率误差相等，射频本振信号的频率在两次移频中实现误差抵消，不引入新的频率误差。

第三，由于基站参考时钟一般为高精度的时钟信号，因此本发明方案可以获得很高的频率精度。

第四，由于本发明方案移频直放站的主站和从站的参考时钟可以自适应的调整，不需要维护人员周期性调整，使得维护操作大大简化，维护成本相应减少。

附图说明

图1是现有技术方案中移频直放站的主站或从站的系统组成示意图；

图2是根据本发明一个较佳实施方式的移频直放站的主站的系统组成；

图3是根据本发明一个较佳实施方式的移频直放站的从站的系统组成；

图4是移频直放站很小的频率误差的获取原理示意图；

图5是根据本发明一个较佳实施方式的移频直放站中获取参考时钟的方法的流程。

具体实施方式

先说明一下本发明的要点，本发明方案获取和基站参考时钟同步的参考频率信号，根据该参考频率信号将移频直放站的主站或从站的参考时钟同步到基站使用的参考时钟上，并使用和基站参考时钟同步的参考时钟生成本振信号进行混频，从而保证主站和从站移频变换引入的频率误差完全相等以实现频率误差的抵消，并使得主站和从站的频率误差和基站保持同步以获得良好的频率精度。

其中，主站可以解调接收到的基站发送的下行信号，获得使用基站参考时钟生成的下行的发射信号的频率信息或发射信号中的信源调制时钟信息，从而获得和基站参考时钟同步的参考频率信号；从站可以解调从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的发射信号，获得使用基站参考时钟生成的下行的发射信号的频率信息或发射信号中的信源调制时钟信息，从而获得和基站参考时钟同步的参考频率信号。

为了实现和基站参考时钟的同步，可以利用自动频率控制(AutoFrequency Control，简称“AFC”)使主站或从站的参考时钟同步到解调获得的和基站参考时钟同步的参考频率信号上。)

为更好的说明本发明方案，使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

根据本发明一个较佳实施方式的移频直放站的主站和从站的系统组成分别如图2和图3所示。其中，参考信号即为前文所述参考频率信号。

与现有技术的移频直放站的主从站相比，本发明一个较佳实施方式的移频直放站的主从站的系统的主要区别在于：无线调制解调器模块、控制单元模块和参考时钟模块。

在本发明一个较佳实施方式中，无线调制解调器模块、控制单元模块和参考时钟模块这三个模块共同组成了移频直放站中的参考时钟获取系统。

其中，无线调制解调器模块用于获取和基站参考时钟同步的参考信号，并将其传递给控制单元模块。在本发明一个较佳实施方式中，对于主站来说，该参考信号可以在接收到的基站发射的下行发射信号中获取；对于从站来说，该参考信号可以在从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的发射信号中获取。和基站参考时钟同步的参考信号可以是基站发射信号的频率信号或信源调制频率信号，这两个信号分别为调制信号和被调制信号，此外，基站发射信号的频率信号、信源调制频率信号经分频倍频生成的任意频率信号也可以作为参考信号，它们都是基于基站的参考时钟生成，均同步于基站的参考时钟。需要说明的是，虽然在本发明一个较佳实施方式中，参考信号的获取通过无线调制解调器模块实现，但在具体实现时，也可以通过无线接收机实现。

控制单元模块将接收到的参考信号传递给参考时钟模块。其中，参考信号提供了和基站的参考时钟同步的频率信息。

参考时钟模块用于根据接收到的参考信号生成同步于该参考信号的参考时钟。可以使用AFC使参考时钟同步到参考信号上。其中，AFC可以根据相位差的鉴别结果实现负反馈，从而实现对于参考信号的频率的自适应跟踪。在本发明一个较佳实施方式中，输入参考时钟模块的参考信号同步于基站的参考时钟，因此参考时钟模块可以使用AFC输出频率自适应跟踪参考信号的频率，也即同步于基站的参考时钟的时钟信号。

本发明方案中，移频直放站获取很小频率误差的原理可以如图4所示。其中，f1即为基站发射的下行发射信号的频率，f5即为从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的发射信号的频率。容易得出：

f4＝f1+f3

＝f1+f1×N2/N1

＝f1×(1+N2/N1)          …………(1)

f5＝f4-f3

＝f1×(1+N2/N1)-f5×N4/N3…………(2)

令N4/N3＝N2/N1，则可综合(1)和(2)得：

f5＝f1×(1+N2/N1)-f5×N4/N3………(3)

将f5作为未知数对(3)解方程即可得：f5＝f1。

即由于移频直放站的主站和从站的参考时钟均同步于基站的参考时钟，因此主站和从站内的本地振荡器均同步在基站的参考时钟上，这就使得移频直放站转发信号的频率同步在基站下行发射信号的频率上，频率保持与基站一致，理论上可以消除频率误差，实际应用中，虽由于一些非理想的情况，频率误差不能完全消除，但可以降至很小。

根据本发明一个较佳实施方式的移频直放站中获取参考时钟的方法的流程如图5所示。

首先进入步骤5l0，获取和基站参考时钟同步的参考频率信号。其中，和基站参考时钟同步的参考信号可以是基站发射信号的频率信号或信源调制频率信号，这两个信号分别为调制信号和被调制信号，此外，基站发射信号的频率信号、信源调制频率信号经分频倍频生成的任意频率信号也可以作为参考信号，它们都是基于基站的参考时钟生成，均同步于基站的参考时钟。在本发明一个较佳实施方式中，对于主站来说，该参考信号可以在接收到的基站发射的下行发射信号中获取；对于从站来说，该参考信号可以在从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的发射信号中获取。

接着进入步骤520，根据参考频率信号生成与之同步的本地使用的参考时钟。可以利用AFC使本地使用的参考时钟同步到参考频率信号上。其中，AFC可以根据相位差的鉴别结果实现负反馈，从而实现对于参考信号的频率的自适应跟踪。

通过上述步骤，移频直放站的主站和从站的参考时钟均同步于基站的参考时钟，从而使得主站和从站内的本地振荡器均同步在基站的参考时钟上，这就使得移频直放站转发信号的频率同步在基站下行发射信号的频率上，频率误差保持与基站一致，理论上可以获得消除频率误差，实际应用中，由于一些非理想的情况，不能完全消除频率误差，但可以获得很小的频率误差。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但应理解为，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种移频直放站中获取参考时钟的系统，所述移频直放站包含主站和从站，其特征在于，所述主站和从站还包含：

参考信号获取模块，用于获取和基站的参考时钟同步的参考信号；

本地参考时钟生成模块，用于根据来自所述参考信号获取模块的参考信号，生成与其同步的参考时钟，并提供给所述主站和从站中的其它模块。

2.根据权利要求1所述的移频直放站中获取参考时钟的系统，其特征在于，所述参考信号包含以下信号或其经任意类型的分频、倍频而生成的频率信号：基站发射信号中的频率信号、或信源调制频率信号。

3.根据权利要求1所述的移频直放站中获取参考时钟的系统，其特征在于，所述主站从所述基站发射的下行信号中获取所述参考信号；所述从站从该从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的下行信号中获取所述参考信号。

4.根据权利要求1所述的移频直放站中获取参考时钟的系统，其特征在于，所述参考信号获取模块使用无线调制解调器获取所述参考信号，并通过控制单元模块传送给所述本地参考时钟生成模块。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的移频直放站中获取参考时钟的系统，其特征在于，所述本地参考时钟生成模块使用自动频率控制生成和所述参考信号同步的所述参考时钟。

6.一种移频直放站中获取参考时钟的方法，其特征在于，包含以下步骤：

A获取和基站参考时钟同步的参考信号；

B生成和所述参考信号同步的所述参考时钟。

7.根据权利要求6所述的移频直放站中获取参考时钟的方法，其特征在于，所述参考信号包含以下信号或其经任意类型的分频、倍频而生成的频率信号：基站发射信号中的频率信号、或信源调制频率信号。

8.根据权利要求6所述的移频直放站中获取参考时钟的方法，其特征在于，所述步骤A中，所述移频直放站的主站从所述基站发射的下行信号中获取所述参考信号；所述移频直放站的从站从该从站接收的并经过频率变换到基站发送频率的下行信号中获取所述参考信号。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的移频直放站中获取参考时钟的方法，其特征在于，所述步骤B中，使用自动频率控制生成和所述参考信号同步的所述参考时钟。