CN1937447A - 适用于时分双工体制移动通信系统的直放站 - Google Patents
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Abstract
一种适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其包括射频开关阵列，时间同步控制器，施主天线和业务天线，作为上行链路和下行链路共用放大器的低噪声放大器、数字增益控制器和线性功率放大器，以及耦合器。射频开关阵列在时间同步控制信号的作用下，在上行和下行状态分时设置上述的低噪声放大器、数字增益控制器和线性功率放大器，构成上行、下行射频放大链路，在施主天线端，耦合器与射频开关阵列进行连接，提取上行、下行信号，作为时间同步控制器和数字增益控制器的输入。本发明由于上行链路和下行链路共用放大器，因此减少了产品的体积和成本。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别是涉及在PHS、SCDMA、TD-SCDMA等采用时分双工(TDD)体制移动通信系统中实现延伸与覆盖的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站。
背景技术
在采用时分双工(TDD)体制的移动通信系统中，传统的直放站设计方法一般是由独立的上、下行射频功率放大链路和与基站实现时间同步的信号控制的射频开关阵列构成。
请参阅图1所示，是采用传统方法设计的直放站的基本结构示意图。传统的直放站，包括射频开关阵列101A、101B、上行链路放大器102、下行链路放大器103以及时间同步控制器104。在基站向终端发射下行信号时间期间，射频开关阵列101A将施主天线接收到的或通过光纤近端机传输来的基站发射信号馈入下行链路放大器103进行放大，然后通过业务天线发射出去，并由终端进行接收。在终端向基站发射上行信号时间期间，射频开关阵列101B将业务天线接收到的终端发射信号馈入上行链路放大器102进行放大，然后通过施主天线发射出去，或者通过光纤远端机传输给光纤近端机，再由基站接收。
时间同步控制器104是一个采用GPS定时的方式或直接对基站发射的信号进行解码获取时间同步信号的装置。射频开关阵列101按时间同步信号控制工作。由于在采用时分双工(TDD)体制的移动通信系统中，上、下行信号为相同频率，因此如果射频开关阵列101A、101B上、下行隔离度小于上、下行链路增益，将会导致系统出现自激。因此，需要在上行信号时间期间，通过时间同步控制器104关断下行链路放大器103，而在下行信号时间期间，通过时间同步控制器104关断上行链路放大器102，并且上、下行链路放大器的导通与关断时间必须根据系统上、下行信号保护时间间隔进行设计。
由此可见，上述现有的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，其需要同时使用上行链路放大器和下行链路放大器，并且需要获取精确的与基站时间同步的控制信号，对射频开关矩阵的切换、上下行链路放大器的导通、关断进行时间上的严格控制，因此具有产品构造复杂、产品制造成本较高的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决适用于时分双工体制移动通信系统的直放站存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种可兼具体积小、成本低且使用时可具有全方位调整功能的新型结构的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，能够改进一般现有的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站存在的缺陷，而提供一种新型结构的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，所要解决的技术问题是使其上下行链路共用一个放大器，与传统的上下行链路分别使用各自独立的放大器相比，减少了一个放大器，大大简化了产品构造、提高了产品性能、降低了产品成本，并使其更易于生产，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其包括射频开关阵列204A、204B、时间同步控制器201、施主天线206和业务天线207，该直放站还包括：作为上行链路和下行链路共用放大器的低噪声放大器202、数字增益控制器205和线性功率放大器203以及耦合器209，其中，上述的共用放大器和时间同步控制器201并联在射频开关阵列204A和射频开关阵列204B之间；在施主天线端，耦合器209与射频开关阵列204A进行连接，提取上行、下行信号，作为时间同步控制器201和数字增益控制器205的输入，射频开关阵列204A、204B在时间同步控制信号的作用下，在上行和下行状态分时设置上述的低噪声放大器202、数字增益控制器205和线性功率放大器203，构成上行、下行射频放大链路。该上、下行链路共用的放大器要求具有符合系统设计要求的频带宽度、增益及其调整范围、线性度等指标，并能够由时间同步控制器输出信号控制其导通与关断，其中数字增益控制器是在规定的范围用于设置上下行链路放大增益，以保证工程应用的灵活性和适应性。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其还包括滤波器208，分别连接在施主天线206端和业务天线207端。
前述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其中所述的时间同步控制器由射频下变频器和基带芯片构成。
前述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其中所述的射频开关阵列为单刀单掷和单刀双掷射频开关组成。要求具有符合系统设计要求的频带宽度、响应时间、插入损耗等。
前述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其中所述的时间同步控制器采用GPS接收机接收卫星发射的时间同步信号，并通过时序电路产生射频开关阵列切换、上、下行链路放大器导通与关断控制信号。
前述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其中所述的时间同步控制器采用由下变频器、基带信号处理芯片或模拟/数字转换器、数字信号处理芯片组成的变频解码单元直接从基站发射的下行信号解调出时间同步信号，并通过时序转换电路转换出射频开关阵列切换、上下行链路放大器导通与关断控制信号。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
本发明提供了一种应用于采用TDD体制的移动通信系统的直放站。在本发明所述直放站中，提出一种上下行链路共用一个放大器的设计，与传统的上下行链路分别使用各自独立的放大器相比，减少了一个放大器，其优点是减少了一个低噪声放大器和一个功率放大器，使产品体积减少、成本降低、生产便利。
经由上述可知，本发明适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其至少具有下列优点：
1、本发明适用于时分双工体制移动通信系统的直放站结构简单，制造成本相对减少，从而可以大幅降低成本，提高经济效益，在使用的实用性及成本效益上，确实完全符合产业发展所需，相当具有产业利用价值。
2、本发明适用于时分双工体制移动通信系统的直放站不仅结构简单，体积比现有的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站小，更能符合使用者对于适用于时分双工体制移动通信系统的直放站产品的需求，能够给予消费者更佳的选择，而能够大幅提升其整体效益性，从而更为适于实用。
综上所述，本发明特殊结构的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，体积小、成本低、生产便利。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站具有增进的多项功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是传统的采用时分双工(TDD)移动通信系统中的直放站的结构示意图。
图2是本发明所述直放站的结构示意图。
图3是以PHS系统为例说明本发明在上行帧和下行帧时间各开关的状态。
101A：射频开关阵列 101B：射频开关阵列
102：上行链路放大器 103：下行链路放大器
104：时间同步控制器 201：时间同步控制器
202：低噪声放大器 203：线性功率放大器
204A：射频开关阵列 204B：射频开关阵列
205：数字增益控制器 206：施主天线
207：业务天线 208：滤波器
209：耦合器
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的核心原理是：由于在采用TDD体制的移动通信系统中，基站与终端之间的上行信号和下行信号是在不同的时间上，并保持严格的同步关系，因此只需要通过射频开关阵列来控制，就可以共用低噪声放大器、数字增益控制器和线性功率放大器分时作为上行链路或下行链路放大器。即使由于直放站安装位置的不同、其信号覆盖范围要求不同，也完全可以通过数字增益控制器调整其上行增益和下行增益，满足系统使用要求。由于上下行链路共用放大器，既省去了控制上下行链路放大器导通与关断的时序电路、也使放大器更易设计与加工。
请参阅图2所示，是本发明所述直放站的系统结构示意图。本发明直放站的组成部分包括：时间同步控制器201、低噪声放大器202、线性功率放大器203、射频电子开关阵列204A、204B、数字增益控制器205、施主天线206、业务天线207、滤波器208、耦合器209。
在初始工作状态，射频电子开关阵列204将低噪声放大器202、线性功率放大器203、数字增益控制器205设置为下行工作。
若接着仍在下行状态工作，射频电子开关阵列204A、204B的状态保持不变，此时从施主天线206接收的基站下行信号通过耦合器209将耦合信号馈给时间同步控制器201，由其进行下变频、中频滤波、高速A/D变化，从而获取下行基带信号，对其进行解码并通过时序电路再进一步获取射频电子开关阵列204A、204B和数字增益控制器205的控制信号。下行信号通过滤波器208、低噪声放大器202、数字增益控制器205、线性功率放大器203进行放大，并通过业务天线207发射出去。
此时若变为上行状态，射频电子开关阵列204A、204B则将低噪声放大器202、线性功率放大器203、数字增益控制器205设置为上行工作。上行信号通过滤波器208、低噪声放大器202、数字增益控制器205、线性功率放大器203放大，并通过施主天线206发射出去，施主天线206端安装的耦合器209可以检测上行信号输入功率，作为数字增益控制器205在上行状态的增益控制信号。
需要说明的是，时间同步控制器201是由射频下变频器和基带芯片(ASIC、DSP)组成，其基本工作原理是将从基站耦合过来或从空中接收的移动通信系统高频载波信号转变为中频载波信号，并通过基带芯片对其进行中频滤波、A/D转换和解码处理，输出与SCDMA、PHS或TD-SCDMA基站在时间上同步的上下行控制信号，其作用是使直放站上下行转换与基站保持同步。
低噪声放大器202是作为放大链路的前级实现上行或下行信号的低噪声放大，其工作频率、带宽、增益等技术性能指标应与所应用的移动通信系统要求相适应。
线性功率放大器203是作为放大链路的末级实现上行或下行信号的功率放大，其工作频率、带宽、增益等技术性能指标应与所应用的移动通信系统要求相适应。
数字增益控制器205是为使设备适应各种环境下对上下行输出功率的要求不同而提供的附加功能，它可以通过本地或远程控制，并通过时间同步控制信号，实现上下行增益的组合选择。
射频电子开关阵列204是在时间同步控制信号作用下，将各单元分别组合成上行放大链路和下行放大链路，射频开关的主要技术指标是工作频率、开关时间和插入损耗。
滤波器208是为了保证上、下行信号质量而附加的装置。
耦合器209是为提取上、下行信号，作为时间同步控制器201的输入和数字增益控制器205的输入而附加的装置。
请参阅图3及表(1)所示，是以PHS系统为例说明本发明在上行帧和下行帧时间各开关的状态。PHS系统上行帧和下行帧时间各为2.5ms，在待机状态，为了实现与系统基站时间同步，本发明所述直放站应处于下行工作状态，其它时间则根据时间同步要求分别处于上行工作状态或下行工作状态。
表(1)
| 时间 | 射频开关状态 | 注意事项 |
| 初始 | 射频开关阵列204A-常闭-射频开关阵列204B-常闭- | 1、时间同步控制装置201一旦失步，射频开关204A、204B应强制处于初始状态。2、上电后，射频开关应强制处于初始状态，等待建立同步。3、在上下行转换期间，射频开关204A、204B应顺序切换，以确保输入信号强度不会超限。 |
| 下行帧 | 射频开关阵列204A-常闭-射频开关阵列204B-常闭- | |
| 上行帧 | 射频开关阵列204A-动合-射频开关阵列204B-动合- |
本发明所述直放站针对PHS、SCDMA、TD-SCDMA等不同系统，其关键技术参数要求不同，
表(2)～表(6)及第(7)条给出了本发明所述直放站(以PHS系统为例)各组成部分技术指标(推荐值)要求如下：
表(2)低噪声放大器
| 工作频率范围 | 1900MHz～1920MHz |
| 输入/输出路数 | 一路输入，一路输出 |
| 增益 | 50±1dB |
| AGC | 范围为20dB；输入增加20dB时，输出变化：≤±0.5Db；单音起控后，加相同双音，每音峰值与单音相比应下降3dB左右；预留起控电平调整孔，调节范围≥6dB；起控范围内保证互调指标。 |
| 输入电平Pi | 起控：-44dBm |
| 输出功率Po | +5dBm(可调，调节范围＞±5dB) |
| MGC | 范围±5dB；预留调整孔，调整范围满足其他指标 |
| DGC | 范围≥31dB；调节步长：1dB；调节精度：0-10dB：≤±1dB；10-20dB：≤±1dB；21～30dB：≤±1.5dB，DGC时间≤1uS. |
| 带内增益不平度 | ≤1dB(p-p) |
| 增益温度稳定性 | ±1dB(-25℃～+55℃) |
| 噪声系数 | ≤1.5dB |
| 互调(IMD) | ≤-55dBc(Po＝+5dBm，双音间隔：600kHz)；输入电平在AGC范围内，输出保证互调指标。 |
| 杂散 | ＜-90dBm/30kHz(9kHz～1GHz)；＜-85dBm/30kHz(1GHz～12.75GHz)。 |
| 驻波比 | 输入≤1.3；输出≤1.5 |
| 电子开关 | 位置：输入端必须设一电子开关；控制信号电压为TTL电平，+5V时LNA断，0V时LNA通；LNA断开时隔离度≥80dB；通断切换时间≤100ns。 |
| 输入端口 | 阻抗50Ω，连接器SMA-KF |
| 输出端口 | 阻抗50Ω，连接器SMA-KF |
| 供电接口 | 形式为SIP-4(针脚连接关系待定) |
| 结构要求 | 采用卧式结构，RF输入输出端口及电源接口均在屏蔽盒侧面。 |
| 平均无故障时间 | 43800小时 |
| 供电电压/电流 | DC12V/＜0.7A |
| 工作温度 | -25℃～+55℃ |
表(3)线性功率放大器
| 工作频率范围 | 1900MHz～1920MHz |
| 输入电平 | -15dBm |
| 输出功率 | ≥35dBm |
| 增益 | ≥50dB |
| 输入/输出路数 | 一路输入，一路输出 |
| ALC | 范围：20dB；输入增加20dB时，输出变化：≤0.5dB；单音起控后，加相同双音，每峰值与单音相比下降3dB；预留起控电平调整孔，调整范围≥-5dB；起控范围内保证指标，起控输入电平：-15dBm |
| 互调 | ≤-37dBc |
| 噪声系数 | ≤8dB |
| 输出驻波 | ≤1.3 |
| 带内不平度 | ±0.5dB |
| 工作温度 | -25℃～+55℃ |
| 温度稳定性 | ±1dB(-25℃～+55℃) |
| 射频端口阻抗 | 50Ω |
| 射频端口 | SMA-KFD(输入、输出口在屏蔽盒的两端) |
| 杂散 | ≤-36dBm/30kHz(9kHz～1GHz)≤-30dBm/30kHz(1GHz～12.75GHz) |
| 工作电压(参考) | DC+27V |
| 工作电流(参考) | ≤2A(额定输出时) |
| 告警项目 | 高温告警(85℃告警同时切断功放，65℃自动恢复)； |
| 告警信号 | 所有告警项目：TTL电平，“0”表示正常，“1”表示故障。 |
| 结构要求 | 卧式安装；所有引出线在屏蔽盒的RF输出口端面；所有安装固定孔为φ4.5。 |
表(4)射频开关阵列
| 工作频率范围 | 1900MHz～1920MHz |
| 插损 | ≤0.5dB |
| 隔离度(开/关) | ≥40dB |
| 承受功率 | ≥10W |
| 控制电平 | ≥+5V，断开状态；0V，接通状态。 |
| 驻波比 | ≤1.3 |
| 切换时间 | ≤100ns |
| 工作温度 | -25℃～+55℃ |
表(5)滤波器
| 工作频率范围 | 1900MHz～1920MHz |
| 带宽 | 20±1MHz |
| 带外抑制度 | 偏离频带边缘±5MHz：≥30dB |
| 插损 | ≤1.5dB |
| 驻波比 | ≤1.2 |
| 工作温度 | -25℃～+55℃ |
表(6)耦合器
| 工作频率 | 1900～1920MHz |
| 测量范围： | 9dBm～35dBm |
| 插损： | ＜0.2dB |
| 本身驻波比 | ＜1.2 |
| 耦合口耦合度 | 20～22dB |
| 测量功率误差 | ±1dB |
| 测量功率步进 | 1dB |
| 接头类型 | SMA-K |
(7)监控技术指标
控制模式：远程通过PHS手机模块，近端通过串口和直放站连接。
监测和告警项目：开门、驻波、过功率、直流电压、过温、工作状态和同步控制模块失步告警。
控制项目：上、下行衰减；开关功放，告警使能与屏蔽。
查询功能：操作维护系统可以对以下参数进行查询：工作状态；上下行增益，输出功率；记录查询，包括操作记录和故障记录查询等；所用基站ID号，基站信号质量(误码率)，接收基站信号电平等。
表(8)是本发明所述直放站在TD-SCDMA、PHS、SCDMA移动通信系统中使用的主要技术指标。
表(8)
| 主要指标 | PHS | SCDMA | TD-SCDMA |
| 频率范围 | 1900MHz～1920MHz | 1785MHz～1805MHz | 2010～2025MHz |
| 增益 | 95±2dB | 93±2dB | 95±2dB |
| 输入电平 | -65dBm(42dBuV) | -60dBm | -65dBm |
| AGC | 控制范围≥30dB | 控制范围≥30dB | 控制范围≥30dB |
| DGC | 控制范围≥31dB | 控制范围≥31dB | 控制范围≥31dB |
| MGC | ±5dB | ±5dB | ±5dB |
| 上下行转换时间 | ≤1μS | ≤10μs | ≤3μs |
| 噪声系数 | ≤4dB | ≤5dB | 5dB |
| 输入电平 | -80～-30dBm | -65dBm | |
| 输出功率 | 上行：30±2dBm下行：30±2dBm | 上行：30dBm下行：30dBm | 上行：30±2dBm下行：30±2dBm |
| 时延 | ＜5μs | ＜5μs | ≤1μs |
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1、一种适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其包括射频开关阵列(204A、204B)、时间同步控制器(201)、施主天线(206)和业务天线(207)，其特征在于该直放站还包括：
作为上行链路和下行链路共用放大器的低噪声放大器(202)、数字增益控制器(205)和线性功率放大器(203)以及耦合器(209)，
其中，上述的共用放大器和时间同步控制器(201)并联在射频开关阵列(204A)和射频开关阵列(204B)之间；
在施主天线端，耦合器(209)与射频开关阵列(204A)进行连接，提取上行、下行信号，作为时间同步控制器(201)和数字增益控制器(205)的输入，
射频开关阵列(204A、204B)在时间同步控制信号的作用下，在上行和下行状态分时设置上述的低噪声放大器(202)、数字增益控制器(205)和线性功率放大器(203)，构成上行和下行射频放大链路。
2、根据权利要求1所述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其特征在于该直放站还包括滤波器(208)，分别连接在施主天线(206)端和业务天线(207)端。
3、根据权利要求1所述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其特征在于其中所述的时间同步控制器(201)由射频下变频器和基带芯片构成。
4、根据权利要求1所述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其特征在于其中所述的射频开关阵列为单刀单掷和单刀双掷射频开关组成。
5、根据权利要求1所述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其特征在于其中所述的时间同步控制器(201)采用GPS接收机接收卫星发射的时间同步信号，并通过时序电路产生射频开关阵列切换、上、下行链路放大器导通与关断控制信号。
6、根据权利要求1所述的适用于时分双工体制移动通信系统的直放站，其特征在于其中所述的时间同步控制器(201)采用由下变频器、基带信号处理芯片或模拟/数字转换器、数字信号处理芯片构成的变频解码单元从基站发射的下行信号解调出时间同步信号，并通过时序转换电路转换出射频开关阵列切换、上下行链路放大器导通与关断控制信号。
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