CN201114050Y - 多载波数字选频无线直放站系统 - Google Patents

Abstract

多载波数字选频无线直放站系统，施主天线输出端依次通过施主终端双工器、下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、移动终端双工器与重发天线输入端连接；重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接。本实用新型可应用与GSM、CDMA、DCS、JDC、TD－SCDMA、WCDMA、CDMA2000等通信体制系统中，形成不同通信制式的多载波数字选频无线直放站系统。

Description

多载波数字选频无线直放站系统

技术领域

本实用新型涉及无线直放站，具体涉及多载波数字选频无线直放站系统。

背景技术

随着GSM、CDMA、TD-SCDMA等移动通信网络的推广普及，移动通信用户数量的急剧增加，移动网络中的话务量也在不断地增加，造成通信网络处于超负荷运转状态，很容易出现类似于掉线、串音、话音质量不好、难以上网等故障现象。面对日益增长的话务需求，需要对网络进行扩容以满足容量和覆盖的要求。采用小区分裂的扩容方式有其局限性，随着站距的不断接近，网络的干扰也在不断的增加，因此当宏蜂窝基站的站距达到一定程度之后就很难在网络中增加新的基站。直放站作为网络优化产品，可以完善和优化网络信号覆盖质量，在解决无线信号室内深度覆盖，解决信号盲区和信号弱区信号覆盖方面都发挥着重要的作用，在国内外移动通信网络中都得到了广泛的应用。

无线直放站在室内外移动通信信号覆盖方面具有很重要的作用。目前，在移动通信工程中，应用较多的是单载波或是宽带模拟无线直放站系统。其共同特点都是采用一个声表面滤波器实现对模拟信号的选频滤波处理。宽带信号，虽然带宽很宽，但本质上，仅仅是一个带宽很宽的单载波信号，完全可以采用单载波的滤波处理方法实现信号选频处理。图1为单载波或宽带模拟无线直放站原理示意图。其工作原理如下：重发天线接收到覆盖区域的上行信号、施主天线接收来自基站的下行信号各自经过低噪声放大器、声表面滤波器、功率放大器，分别经过双工器从施主天线和发射天线发射出去，从而实现上、下行信号的放大处理，改善移动通信网络的无线覆盖效果。

目前，实际工程应用中也有一些多载波模拟直放站系统。该系统主要在单载波无线直放站系统上进行扩展，由多个声表面滤波器并联组成多载波选频模块，实现对多载波信号的滤波选频处理。这样的扩展方式，导致出现如下问题：(1)需要多个声表面滤波器并联，由于声表面滤波器是模拟器件，性能的一致性不好，调试难度很大，不利于调试和批量生产；(2)由于需要多个声表面滤波器，导致直放站系统体积扩展很厉害，不利于实现小型化、微型化的直放站系统；(3)不便于系统的扩展，每增加一个载波，需要多添加一个声表面滤波器，从而，需要改变整个系统的布局，扩展性很差。而且，多个声表面滤波器的加入，无疑会大大增加系统成本；(4)多个模拟器件之间的隔离度不好或是信号泄漏，都会影响到其他载波的选频处理，从而导致整机系统性能下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供多载波数字选频无线直放站系统，本实用新型扩展性能好、降低了成本、便于调试和生产、且便于实现小型化、微型化的直放站系统。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：多载波数字选频无线直放站系统，包括上行链路、下行链路、直放站电源子系统及直放站监控子系统，所述上行链路或下行链路包括施主终端双工器、移动终端双工器、施主天线、重发天线，其特征在于，所述下行链路还包括下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统，所述施主天线输出端依次通过施主终端双工器、下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、移动终端双工器与重发天线输入端连接；所述上行链路还包括上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，所述重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接。

所述下行多载波数字中频处理子系统或上行多载波数字中频处理子系统包括A/D转换器、多载波数字下变频子系统、多载波数字上变频子系统、D/A转换器，所述A/D转换器输出端依次通过多载波数字下变频子系统、多载波数字上变频子系统与D/A转换器输入端连接。

所述多载波数字下变频子系统包括数控振荡器、多个基带I信号抽取滤波模块及多个基带Q信号抽取滤波模块；所述数控振荡器的基带I信号输出端分别与多个基带I信号抽取滤波模块输入端并接，所述数控振荡器的基带Q信号输出端分别与多个基带Q信号抽取滤波模块输入端并接；所述基带I信号抽取滤波模块或基带Q信号抽取滤波模块包括D倍数据抽取模块、抗混迭滤波模块；所述数控振荡器的输出端通过D倍数据抽取模块与抗混迭滤波模块的输入端连接；所述D倍包括4倍、8倍、16倍、32倍。

所述多载波数字上变频子系统包括多个基带I信号内插滤波模块、多个基带Q信号内插滤波模块、数控振荡器；所述多个基带I信号内插滤波模块输出端与数控振荡器的输入端并接；所述多个基带Q信号内插滤波模块输出端与数控振荡器的输入端并接；所述基带I信号内插滤波模块或基带Q信号内插滤波模块包括I倍数据内插模块、镜像抑制滤波模块；所述I倍数据内插模块输出端通过镜像抑制滤波模块与数控振荡器的输入端连接；所述I倍包括4倍、8倍、16倍、32倍。

所述下行射频接收机子系统包括下行低噪声放大器、下行射频下变频子系统；所述下行低噪声放大器的输出端与下行射频下变频子系统输入端连接，所述下行低噪声放大器输入端与施主终端双工器的输出端连接，所述下行射频下变频子系统输出端与下行多载波数字中频处理子系统的输入端连接；

所述下行射频发射机子系统包括下行射频上变频子系统、下行功率放大器；所述下行射频上变频子系统输出端与下行功率放大器输入端连接，所述下行射频上变频子系统的输入端与下行多载波数字中频处理子系统输出端连接，所述下行功率放大器的输出端与移动终端双工器输入端连接；

所述上行射频接收机子系统包括上行低噪声放大器、上行射频下变频子系统；所述上行低噪声放大器的输出端与上行射频下变频子系统输入端连接，所述上行低噪声放大器的输入端与移动终端双工器的输出端连接，所述上行射频下变频子系统的输出端与上行多载波数字中频处理子系统的输入端连接；

所述上行射频发射机子系统包括上行功率放大器、上行射频上变频子系统；所述上行射频上变频子系统的输出端与上行功率放大器的输入端连接，所述上行射频上变频子系统的输入端与上行多载波数字中频处理子系统的输出端连接，所述上行功率放大器的输出端与施主终端双工器的输入端连接。

所述直放站电源子系统或直放站监控子系统的输出端同时与下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统的输入端连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

1、基于软件无线电思想，采用数字中频技术实现对多载波信号的抽取、内插、混频和滤波处理。摒弃了模拟直放站系统中利用SAW滤波的处理方法，减少了模拟器件的使用，提高了系统性能的一致性，便于系统调试和生产。

2、采用数字滤波的方法，滤波器的带内波动可以做的很小，带外抑制可以做的很高，提高了信号滤波的性能。数字滤波器的相位具有很好的线性特性，避免了SAW的相位非线性对系统性能的影响。

3、可以在保持硬件平台不变的情况下，可以根据要求，随意增减载波数。同时，只需要修改系统中的软件，就完全可以做到兼容任意制式的多载波无线直放站系统，系统具有很好的适用性和可扩展性。

4.易于实现多载波无线直放站系统的小型化和微型化。

附图说明

图1为单载波或宽带模拟无线直放站原理示意图；

图2为本实用新型的多载波数字选频无线直放站系统的原理框图；

图3为本实用新型的下行多载波数字中频处理子系统或上行多载波数字中频处理子系统结构框图；

图4是本实用新型的多载波数字下变频子系统示意图；

图5是本实用新型的多载波数字上变频子系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图2所示，多载波数字选频无线直放站系统包括上行链路、下行链路、直放站电源子系统及直放站监控子系统，所述上行链路或下行链路包括施主终端双工器、移动终端双工器、施主天线、重发天线，所述下行链路还包括下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统，所述施主天线输出端依次通过双工器、下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、施主终端双工器、移动终端双工器与重发天线输入端连接；所述上行链路还包括上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，所述重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接；所述直放站电源子系统或直放站监控子系统的输出端同时与下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统的输入端连接。

所述下行射频接收机子系统包括下行低噪声放大器、下行射频下变频子系统；所述下行低噪声放大器的输出端与下行射频下变频子系统输入端连接，所述下行低噪声放大器输入端与施主终端双工器的输出端连接，所述下行射频下变频子系统输出端与下行多载波数字中频处理子系统的输入端连接；

所述下行射频发射机子系统包括下行射频上变频子系统、下行功率放大器；所述下行射频上变频子系统输出端与下行功率放大器输入端连接，所述下行射频上变频子系统的输入端与下行多载波数字中频处理子系统输出端连接，所述下行功率放大器的输出端与移动终端双工器输入端连接；

所述上行射频接收机子系统包括上行低噪声放大器、上行射频下变频子系统；所述上行低噪声放大器的输出端与上行射频下变频子系统输入端连接，所述上行低噪声放大器的输入端与移动终端双工器的输出端连接，所述上行射频下变频子系统的输出端与上行多载波数字中频处理子系统的输入端连接；

所述上行射频发射机子系统包括上行功率放大器、上行射频上变频子系统；所述上行射频上变频子系统的输出端与上行功率放大器的输入端连接，所述上行射频上变频子系统的输入端与上行多载波数字中频处理子系统的输出端连接，所述上行功率放大器的输出端与施主终端双工器的输入端连接。

所述直放站电源子系统为下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统提供电源。

所述监控子系统监测和控制下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，并对出现异常的子系统进行告警处理等。在电路设计方面，监控子系统可以提供以下设备参数的监测和告警：电源掉电告警、电源故障告警、上行输出功率指示、上行增益、上行输出驻波比告警、上行输出自动电平控制、上行锁相源失锁告警、下行输出功率指示、下行增益、下行过功率告警、下行过温度告警、下行输出驻波比告警和下行锁相源失锁告警等。监控子系统还能完成对系统如下参量的控制功能：下行输出自动电平控制、载波开关功能、载波频点设置功能、各载波增益分配等功能。

如图3所示，下行多载波数字中频处理子系统或上行多载波数字中频处理子系统包括A/D转换器、多载波数字下变频子系统、多载波数字上变频子系统、D/A转换器，所述A/D转换器输出端依次通过多载波数字下变频子系统、多载波数字上变频子系统与D/A转换器输入端连接。

如图4所示，多载波数字下变频子系统包括数控振荡器、多个基带I信号抽取滤波模块及多个基带Q信号抽取滤波模块；所述数控振荡器的基带I信号输出端分别与多个基带I信号抽取滤波模块输入端并接，所述数控振荡器的基带Q信号输出端分别与多个基带Q信号抽取滤波模块输入端并接；所述基带I信号抽取滤波模块或基带Q信号抽取滤波模块包括D倍数据抽取模块、抗混迭滤波模块；所述数控振荡器的输出端通过D倍数据抽取模块与抗混迭滤波模块的输入端连接；所述D倍抽取包括4倍、8倍、16倍、32倍等倍数的抽取，同时，抽取倍数可以随实际应用需求，任意修改和选定；所述多载波数字下变频子系统可以利用CPLD、FPGA、EPLD、DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。

如图5所示，多载波数字上变频子系统包括多个基带I信号内插滤波模块、多个基带Q信号内插滤波模块、数控振荡器；所述多个基带I信号内插滤波模块输出端与数控振荡器的输入端并接；所述多个基带Q信号内插滤波模块输出端与数控振荡器的输入端并接；所述基带I信号内插滤波模块或基带Q信号内插滤波模块包括I倍数据内插模块、镜像抑制滤波模块；所述I倍数据内插模块输出端通过镜像抑制滤波模块与数控振荡器的输入端连接；所述I倍内插包括4倍、8倍、16倍、32倍等倍数的内插处理，同时，内插倍数可以随实际应用需求，任意修改和选定；所述多载波数字上变频子系统可以利用CPLD、FPGA、EPLD、DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。

结合图2、图3、图4及图5，本实用新型基于多载波数字选频无线直放站系统的工作过程，包括下行信号的传输和上行信号的传输；

所述下行信号的传输，包括以下步骤：

(1)施主天线接收来自基站的下行信号，通过施主终端双工器，输入到下行射频接收机子系统；

(2)下行射频接收机子系统的下行低噪声放大器对来自施主终端双工器的下行信号进行放大处理，并通过下行射频接收机子系统的下行射频下变频子系统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；中频频率一般在50MHz～300MHz左右；

(3)下行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到下行多载波数字中频处理子系统，下行多载波数字中频子系统对模拟中频信号进行A/D采样、数字下变频、数字上变频以及D/A转换处理，输出模拟中频信号；

(4)下行多载波数字中频子系统输出的模拟中频信号，输入到下行射频发射机子系统，下行射频发射机子系统的下行射频上变频子系统实现对模拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，下行射频上变频子系统输出的射频信号通过下行功率放大器得到进一步的功率放大处理；

(5)经过功率放大处理的射频信号，通过移动终端双工器和重发天线，实现对特定区域的信号覆盖。

所述上行信号的传输，包括以下步骤：

(A)重发天线接收到覆盖区域的上行信号，通过移动终端双工器，输入到上行射频接收机子系统；

(B)上行射频接收机子系统的上行低噪声放大器对来自移动终端双工器的上行信号进行放大处理，并通过上行射频接收机子系统的上行射频下变频子系统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；

(C)上行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到上行多载波数字中频处理子系统，多载波数字中频子系统对模拟中频信号进行A/D采样、数字下变频、数字上变频以及D/A转换处理，输出模拟中频信号；

(D)上行多载波数字中频子系统输出的模拟中频信号，输入到上行射频发射机子系统，上行射频发射机子系统的上行射频上变频子系统实现对模拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，上行射频上变频子系统输出的射频信号通过上行功率放大器得到进一步的功率放大处理；

(E)经过上行功率放大处理的射频信号，通过施主终端双工器和施主天线，实现用户信号与基站的相连接。

上述步骤(3)中的下变频处理是：A/D转换模块输出的经过ADC转换后的数字中频信号，与数控振荡器输出的多路cos和sin信号进行正交混频处理，输出正交的I、Q信号，所述多路I信号送入基带I信号抽取滤波模块的D倍数据抽取模块进行处理，得到经过抽取处理后的低速I数据，抽取后的I数据再通过抗混迭滤波器进行滤波处理，输出低速基带I信号；所述Q信号送入基带Q信号抽取滤波模块的D倍数据抽取模块进行抽取处理，得到经过抽取处理后的低速Q数据，抽取后的Q数据抗混迭滤波器进行滤波处理，输出低速基带Q信号；

上变频处理是：多载波数字下变频子系统输出的多路低速载波基带I信号通过基带I信号内插滤波模块的I倍数据内插模块进行数据内插处理，输出经过内插后的I数据，内插后的I数据再通过基带I信号内插滤波模块的镜像抑制滤波器模块实现对内插后的镜像信号的抑制处理，最后，与数控振荡器输出的正交cos和sin信号进行混频处理，输出上变频后的高速I信号；

多载波数字下变频子系统输出的多路低速载波基带Q信号通过基带Q信号内插滤波模块的I倍数据内插模块进行数据内插处理，输出经过内插后的Q数据，内插后的Q数据再通过基带Q信号内插滤波模块的镜像抑制滤波器模块进行镜像信号的抑制处理，最后，与数控振荡器输出的正交cos和sin信号进行混频处理，输出上变频后的高速Q信号。

上述步骤(C)中下变频处理和上变频处理方式与步骤(3)中下变频处理和上变频处理方式相同。

本实用新型可应用与GSM、CDMA、DCS、JDC、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等通信体制系统中，形成不同通信制式的多载波数字选频无线直放站系统。

所述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1、多载波数字选频无线直放站系统，包括上行链路、下行链路、直放站电源子系统及直放站监控子系统，所述上行链路或下行链路包括施主终端双工器、移动终端双工器、施主天线、重发天线，其特征在于，所述下行链路还包括下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统，所述施主天线输出端依次通过施主终端双工器、下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、移动终端双工器与重发天线输入端连接；所述上行链路还包括上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，所述重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接。

2、根据权利要求1所述的多载波数字选频无线直放站系统，其特征在于，所述下行多载波数字中频处理子系统或上行多载波数字中频处理子系统包括A/D转换器、多载波数字下变频子系统、多载波数字上变频子系统、D/A转换器，所述A/D转换器输出端依次通过多载波数字下变频子系统、多载波数字上变频子系统与D/A转换器输入端连接。

3、根据权利要求2所述的多载波数字选频无线直放站系统，其特征在于，所述多载波数字下变频子系统包括数控振荡器、多个基带I信号抽取滤波模块及多个基带Q信号抽取滤波模块；所述数控振荡器的基带I信号输出端分别与多个基带I信号抽取滤波模块输入端并接，所述数控振荡器的基带Q信号输出端分别与多个基带Q信号抽取滤波模块输入端并接；所述基带I信号抽取滤波模块或基带Q信号抽取滤波模块包括D倍数据抽取模块、抗混迭滤波模块；所述数控振荡器的输出端通过D倍数据抽取模块与抗混迭滤波模块的输入端连接；所述D倍包括4倍、8倍、16倍、32倍。

4、根据权利要求2所述的多载波数字选频无线直放站系统，其特征在于，所述多载波数字上变频子系统包括多个基带I信号内插滤波模块、多个基带Q信号内插滤波模块、数控振荡器；所述多个基带I信号内插滤波模块输出端与数控振荡器的输入端并接；所述多个基带Q信号内插滤波模块输出端与数控振荡器的输入端并接；所述基带I信号内插滤波模块或基带Q信号内插滤波模块包括I倍数据内插模块、镜像抑制滤波模块；所述I倍数据内插模块输出端通过镜像抑制滤波模块与数控振荡器的输入端连接；所述I倍包括4倍、8倍、16倍、32倍。

5、根据权利要求1所述的多载波数字选频无线直放站系统，其特征在于，所述下行射频接收机子系统包括下行低噪声放大器、下行射频下变频子系统；所述下行低噪声放大器的输出端与下行射频下变频子系统输入端连接，所述下行低噪声放大器输入端与施主终端双工器的输出端连接，所述下行射频下变频子系统输出端与下行多载波数字中频处理子系统的输入端连接；

所述下行射频发射机子系统包括下行射频上变频子系统、下行功率放大器；所述下行射频上变频子系统输出端与下行功率放大器输入端连接，所述下行射频上变频子系统的输入端与下行多载波数字中频处理子系统输出端连接，所述下行功率放大器的输出端与移动终端双工器输入端连接；

所述上行射频接收机子系统包括上行低噪声放大器、上行射频下变频子系统；所述上行低噪声放大器的输出端与上行射频下变频子系统输入端连接，所述上行低噪声放大器的输入端与移动终端双工器的输出端连接，所述上行射频下变频子系统的输出端与上行多载波数字中频处理子系统的输入端连接；

所述上行射频发射机子系统包括上行功率放大器、上行射频上变频子系统；所述上行射频上变频子系统的输出端与上行功率放大器的输入端连接，所述上行射频上变频子系统的输入端与上行多载波数字中频处理子系统的输出端连接，所述上行功率放大器的输出端与施主终端双工器的输入端连接。

6、根据权利要求1所述的多载波数字选频无线直放站系统，其特征在于，所述直放站电源子系统或直放站监控子系统的输出端同时与下行射频接收机子系统、下行多载波数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行多载波数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统的输入端连接。

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