CN201188616Y - 一种在基站系统中实现数字拉远的装置 - Google Patents

Abstract

一种在基站系统中实现数字拉远的装置，包括接入设备和覆盖设备，所述接入设备和所述覆盖设备分别模拟变频模块、数模/模数转换模块和传输介质转换模块，所述接入设备和所述覆盖设备还分别包括数字变频模块和数字处理模块，所述数字变频模块和数字处理模块依次串联，并联连接在所述模数/数模转换模块与所述传输介质转换模块之间；所述数字变频模块将所述模拟中频信号转换为基带信号，所述数字处理模块将其收到的基带信号转换为适于所述第二传输介质传输的格式的信号或将通过所述第二传输介质传输来的信号转换为所述基带信号。使用本实用新型的基站系统的选频性能好，邻信道抑制能力高，动态范围大，可以实现大功率覆盖，且其组网方式灵活。

Description

一种在基站系统中实现数字拉远的装置

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信系统，更具体地说，涉及一种在基站系统中实现数字拉远的装置。

背景技术

无线网络优化和网络覆盖在移动通信系统中的作用日益显著，直放站以其低成本和建设周期短而得到了广泛应用。目前，直放站的无线信号多采用模拟传输技术，但这种技术的固有噪声的叠加使得其在传输距离较长时难以解决大容量、大动态范围的覆盖问题；也有少数采用数字传输技术的，如中国专利申请号为：200510085191.7的《移动通信数字光纤直放站系统的实现方法》中所描述的移动数字光纤直放站系统的实现方法，该系统采用数字光纤方式实现多载波移动通信信号的远距离传输和大容量、大动态范围的信号覆盖，为移动通信系统增加了一种灵活的远距离覆盖手段。

在《移动通信数字光纤直放站系统的实现方法》(专利申请号：200510085191.7)中，其系统的工作过程为：来自GSM、CDMA、WCDMA、cdma2000等移动通信基站系统所发射的下行信号通过其系统所提供的基站近端中继机中的正交下变频器(中间包括两次变频)变频成I/Q基带信号或低中频信号，经过A/D变换器变换为数字信号，通过基带处理单元将其打包成适合CPRI接口要求的帧格式后，由数字光纤收发器、光纤将其传送到远端机；其远端机通过数字光纤收发器将基带数字信号送入基带处理单元，将其恢复成基带数据，经D/A变换器变成基带信号，由正交上变频器(中间包括两次变频)变换为射频信号后，通过射频发射机，经天线发射至覆盖区域，达到远端覆盖的目的；来自移动终端的信号，由远端机接收后，再由上述过程的逆过程传送回移动通信基站。

从上面专利所描述的直放站系统来看该系统近端机的下变频器通过正交下变频(包括两次变换)，其后经过下变频后的I/Q基带或低中频数据通过低通滤波器和高通滤波器进入A/D变换器，其后经过基带处理单元打包成一定格式后通过光纤送出。正交下变频把射频信号变成了I、Q两路信号，因此需要对应两个A/D变换器才能把一路模拟信号数字化，而且其下变频经过两次变换，这样的组合方式不经济；经过下变频后的数据使用低通滤波器和高通滤波器滤波，这样的组合性能不好，带外抑制很差，很难通过通信协议(包括WCDMA，CDMA，GSM，CDMA2000通信协议)的要求。该系统只能使用光纤进行近端中继机和远端机的单独联结，不能支持其他介质联结，不能支持更加灵活的组网方式；同时通过A/D的IQ数字基带或低中频信号并没有进一步进行数字信号处理，这样导致整个系统选频性差，动态范围受限、功率小，覆盖范围因此受限。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述选频性差，动态范围受限、功率小，覆盖范围较小的缺陷，提供一种选频性较好，动态范围大、功率大，覆盖范围较大且其组网方式灵活的一种在基站系统中实现数字拉远的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在基站系统中实现数字拉远的装置，包括通过第一传输介质与基站相连的接入设备和通过第二传输介质与所述接入设备相连的覆盖设备，所述接入设备和所述覆盖设备分别包括将射频信号转换为模拟中频信号的模拟变频模块、数模/模数转换模块和传输介质转换模块，所述数模/模数转换模块连接所述模拟变频模块，将所述模拟变频模块输出的模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号提供到所述模拟变频模块；所述传输介质转换模块将其收到的数字信号通过所述第二传输介质传输或接收通过所述第二传输介质传来的信号，所述接入设备和所述覆盖设备还分别包括数字变频模块和数字处理模块，所述数字变频模块和数字处理模块依次串联，并联接连接在所述模数/数模转换模块与所述传输介质转换模块之间；所述数字变频模块将所述模拟中频信号转换为基带信号，所述数字处理模块将其收到的基带信号转换为适于所述第二传输介质传输的格式的信号或将通过所述第二传输介质传输来的信号转换为所述基带信号。

在本实用新型所述装置中，所述数字变频模块包括DDC模块和DUC模块，所述DDC模块用于将所述模数/数模转换模块传送来的信号处理后传送到所述数字处理模块；所述DUC模块用于将所述数字处理模块传送来的信号处理后传送到所述模数/数模转换模块。

在本实用新型所述装置中，所述数字处理模块包括时钟部分、时延调整部分和/或数据重构部分；所述时钟部分用于产生多个同步的时钟信号；所述时延调整部分用于调整信号的时间延迟；所述数据重构部分用于依据传输介质的需求调整信号的编码、电平或/和速率并形成串行数据传送到所述介质传输模块。

在本实用新型所述装置中，所述接入设备的时钟部分包括本地参考时钟模块，所述本地参考时钟模块产生本地时钟信号，并将其作为所述接入设备的时钟源；所述覆盖设备的时钟部分包括时钟恢复模块，所述时钟恢复模块从接收到的数字信号中恢复其时钟信号，并将其作为所述覆盖设备的时钟源。

在本实用新型所述装置中，所述接入设备中还包括监控模块，所述监控模块分别与所述接入设备的各个功能模块连接，通过独立的传输通道监测和调整各模块的工作状态。

实施本实用新型的一种在基站系统中实现数字拉远的装置，具有以下有益效果：由于在模拟变频及模数/数模转换之后使用数字变频技术进一步降低数字信号的频率，并且在得到基带信号之后加入了数字信号处理模块，所以使用所述数字拉远的设备的基站系统的选频性能好，邻信道抑制能力高，动态范围大，可以实现大功率覆盖，且其组网方式灵活。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型第一实施例中系统的结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例的信号传输及处理的流程图；

图3是本实用新型第一实施例的装置的接入设备框图；

图4是图3中时钟部分的结构框图；

图5是本实用新型第一实施例的装置的覆盖设备框图；

图6是图5中时钟部分的结构框图；

图7是本实用新型第一实施例中上变频原理框图；

图8是本实用新型第一实施例中下变频原理框图；

图9是本实用新型第二实施例中系统的结构示意图；

图10是本实用新型第三实施例中系统的结构示意图；

图11是本实用新型第四实施例中系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，在本实用新型一种在基站系统中实现数字拉远的装置第一实施例中系统由基站1、接入设备2和覆盖设备3构成，其中，基站1与接入设备2之间的信号传输是通过第一传输介质4传送的，接入设备2与覆盖设备3之间的信号传输是通过第二传输介质5传送的；覆盖设备3与其覆盖区域内的移动终端的通信是以无线射频的方式进行的。上述的接入设备2通常也称为近端，上述的覆盖设备3通常也称为远端。在本实施例中，该基站系统仅包括了一个接入设备2和一个覆盖设备3；当然，在本实用新型中，如果需要，还可以包括一个接入设备2和多个覆盖设备3，而且，该接入设备2和多个覆盖设备3还可以以多种网络结构出现。而将信号由基站1通过接入设备2传输到覆盖设备3或通过覆盖设备3将移动终端发出的信号传输到接入设备再传送给基站1，即为信号的拉远，而由于其传输的是数字信号，称为数字拉远。

在本实用新型第一实施例中，其信号的传输流程图如图2所示。值得注意的是，图2中所示的信号处理流程，不仅在由基站1向覆盖设备3传送信号时存在，而且在由覆盖设备3向基站1传送信号时同样存在；其不同之处仅在于其信源、信宿及其信号流向不同。该信号处理流程具体如下：

S101一端设备接收射频信号并将其转换为模拟中频信号：在本步骤中，接入设备2或覆盖设备3接收到射频信号时，首先进行一次模拟变频，通过下变频将其接收到的射频信号转换为模拟中频信号。在本实施例中，该模拟中频信号为高中频信号。

S102将模拟中频信号通过数模转换变为数字信号：在步骤S101将射频信号转换为模拟中频信号后，在本步骤中，通过模数转换(ADC，Anolog DigitalConvert)将上述模拟中频信号转换为数字信号。在本实施例中，采用带通采样来实现模数转换。

S103对上述数字信号进行DDC处理，得到I/Q两路基带信号：在本步骤中，是对步骤S102中得到的数字信号进行数字下变频(Digital Down Convert，DDC)，DDC将上述通过高速采样而得到的中频信号与正交载波相乘(载波频率可设置)产生零中频数据。这些数据再经过抽取降低数据速率和数字滤波去掉不需要的频率分量而得到速率适中的I/Q两路基带信号。

S104对上述基带信号进行数字信号处理：在本步骤中，对步骤S103中得到的I/Q基带信号进行包括了频率提取、数据速率变换及滤波在内的信号处理。在本实施例中，由于只有一个覆盖设备3，所以只需要一路输出信号即可；而在其他实施例中，由于可能具有多个覆盖设备，可能需要在本步骤中将上述I/Q基带信号通过上述变换形成多路频率覆盖范围不同的信号，这些信号经过进一步处理后分别通过传输介质传给多个覆盖设备。

S105将处理后的数字信号转换为适合于即将传输的传输介质的形式：由于对于不同的传输介质，其要求的信号形式是不同的，例如，传输介质为光纤与传输介质为双绞线，其信号的编码、速率以及电平均不同。本步骤中，就是将上述处理好的基带信号变换为与上述传输介质相适应的编码、速率以及电平，并将其变换为串行数据，准备进行传输。

S106通过上述传输介质传输到另一端设备：通过传输介质将步骤S105中得到的串行数据通过传输介质传送到另一端设备；在本步骤中，可以是由接入设备2通过第二传输介质5向覆盖设备4传送，也可以是由覆盖设备4通过第二传输介质4向接入设备2传送；第二传输介质4在本实施例中为光纤，在其他实施例中，也可以为双绞线或射频线缆。

S107将接收到的信号转换为步骤S105中未转换的数字信号形式S108：当另一端设备通过传输介质接收到信号后，首先要做的是将通过传输介质接收到的串行数据恢复为步骤S105中的、未进行转换的数字信号。换句话说，本步骤对信号的处理是步骤S105的对信号处理的逆过程。

S108将上述数字信号进行步骤S104的逆处理得到两路基带信号：本步骤对信号的处理是步骤S104中对信号处理的逆过程。通过本步骤的处理，得到与步骤S104中的输入信号一样的I/Q两路基带信号。

S109将上述两路基带信号进行步骤S103的逆处理得到两路数字中频：本步骤对信号的处理是步骤S103中对信号处理的逆过程。通过本步骤的处理，得到与步骤S103中的输入信号一样的两路数字中频信号。

S110将上述数字中频信号与本振进行正交调制得到模拟中频信号：将步骤S109中得到的两路数字中频信号同时输入混频器中与该设备的本振信号进行正交调制，得到模拟中频信号。在本实施例中，该模拟中频信号为高中频信号。

S111将上述模拟中频信号变频得到射频信号并发送：将步骤S110中得到的模拟中频信号输入到上变频模块进行上变频，得到射频信号，该射频信号可以依次通过双工器、天线发送到该设备的信宿。

步骤S101-步骤S111完整地揭示了信号在基站系统中拉远的方法，如前所述，这些信号的处理流程不仅存在于由接入设备2向覆盖设备3传送信号的过程中，同样也存在于由覆盖设备3向接入设备2传送信号的过程中。而上述两个信号传送过程，也正好是完整的信号拉远过程。

图3是本实用新型第一实施例中实现上述信号处理流程的装置中接入设备2的结构框图，在本实用新型第一实施例中，接入设备2包括将射频信号转换为模拟中频信号的模拟变频模块21、数模/模数转换模块22和传输介质转换模块25，所述数模/模数转换模块22连接所述模拟变频模块21，将所述模拟变频模块21输出的模拟中频信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟中频信号提供到所述模拟变频模块21；所述传输介质转换模块25将其将其收到的数字信号通过所述第二传输介质5传输或接收通过所述第二传输介质5传来的信号，所述接入设备2还包括数字变频模块23和数字处理模块24，所述数字变频模块23和数字处理模块24依次串联，并连接在所述模数/数模转换模块22与所述传输介质转换模块25之间；所述数字变频模块23将所述模拟中频信号转换为基带信号，所述数字处理模块24将其收到的基带信号转换为适于所述第二传输介质5传输的格式的信号或将通过第二传输介质5传输来的信号转换为所述基带信号。其中，模拟变频模块21连接在双工器上，并通过该双工器经过第一传输介质4由基站1接收或发送信号到基站1(参见图1)；传输介质转换模块25则通过第二传输介质5与覆盖设备3相互传送信号。在本实施例中，接入设备2还包括远程监控模块26，该远程监控模块26分别与上述模拟变频模块21、数模/模数转换模块22、数字变频模块23、数字处理模块24和传输介质转换模块25相连，读取或控制上述各模块的工作状态，并通过独立的无线信道传送到远程的控制主机。

在本实施例中，上述模拟变频模块21包括模拟上变频和下变频部分，数模/模数转换模块22包括数模转换和模数转换部分，数字变频模块23包括DUC和DDC部分，数字处理模块24包括数字传输、时钟同步、时延调整、话务量统计、切换与加和以及数据重构部分，而传输介质转换模块25则将其通过第二传输介质5接收到的串行数据转换为易于处理的数字信号形式或将其接收的经过处理的基带信号(数字信号)转换为适于第二传输介质5传输的串行信号。

图5是本实用新型第一实施例中实现上述信号处理流程的装置中覆盖设备3的结构框图，在本实用新型第一实施例中，覆盖设备3包括将射频信号转换为模拟中频信号的模拟变频模块31、数模/模数转换模块32和传输介质转换模块35，所述数模/模数转换模块32连接所述模拟变频模块31，将所述模拟变频模块31输出的模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号提供到所述模拟变频模块31；所述传输介质转换模块35将其将其收到的数字信号通过所述第二传输介质5传输或接收通过所述第二传输介质5传来的信号，所述覆盖设备3还包括数字变频模块33和数字处理模块34，所述数字变频模块33和数字处理模块34依次串联，并连接在所述模数/数模转换模块32与所述传输介质转换模块35之间；所述数字变频模块33将所述模拟中频信号转换为基带信号，所述数字处理模块34将其收到的基带信号转换为适于所述第二传输介质5传输的格式的信号或将通过第二传输介质5传输来的信号转换为所述基带信号。其中，模拟变频模块31通过低噪声放大器和功率放大器分别连接在双工器上，并通过该双工器由移动终端(图中未示出)接收或发送信号到移动终端(图中未示出)；传输介质转换模块35则通过第二传输介质5与接入设备2相互传送信号。

在本实施例中，上述模拟变频模块31包括模拟上变频和下变频部分，数模/模数转换模块32包括数模转换和模数转换部分，数字变频模块33包括DUC和DDC部分，数字处理模块34包括数字传输、时钟同步、时延调整、话务量统计、切换与加和以及数据重构部分，而传输介质转换模块35则将其通过第二传输介质5接收到的串行数据转换为易于处理的数字信号形式或将其接收的经过处理的基带信号(数字信号)转换为适于第二传输介质5传输的串行信号。

在本实施例中，信号处理如下：将来自基站1的下行信号送进双工器，经过模拟变频模块21的下变频部分得到模拟中频；经过数模/模数转换模块22中的模数转换部分转换变成数字信号，再通过数字变频模块23中的DDC部分转换并滤波将信号变到基带，然后由数字处理模块24将信号按一定的帧格式打包成串行数据，再经过传输介质转换模块25传输到覆盖设备；在覆盖设备3，经过传输介质转换模块35，由数字处理模块34解帧后，经过数字变频模块33中的DUC进行滤波并上变频到中频，由数模/模数转换模块32中的数模转换部分将其恢复成模拟信号，再经过模拟变频模块31上变频部分将信号变频到射频，最后经过功放，双工以及天线发射至覆盖区。同时，来自移动终端的上行信号经覆盖设备3，通过上述覆盖设备3的下行逆过程，将上行串行数据信号通过光纤回送至接入设备2，然后通过上述接入设备2的下行逆过程，将上行射频信号耦合回基站1。这就完成了移动通信基站的远端覆盖功能。

图4和图6均为本实用新型第一实施例中时钟部分的原理框图，该时钟部分用以实现接入设备2和覆盖设备3的载波同步，其中时钟同步的工作模式在接入设备2和覆盖设备3有所不同，图4为接入设备2的时钟部分原理框图，图6为覆盖设备3的时钟部分原理框图。在接入设备2中本地参考时钟通过PLL和VCO来同步载波，在覆盖设备3中包括了时钟恢复模块，其对第二传输介质5传输过来的数字信号(图6中标号为100的部分)进行处理，并提取时钟信号作为载波同步的参考源，以实现接入设备2和覆盖设备3的同步。

图7、图8是本实施例中上、下变频原理框图。变频形式可以是数字中频上变频，数字中频下变频，I/Q上变频，I/Q下变频，外差式上变频，外差式下变频。在本实施例中以GSM系统为例，但在其他实施例中同样适用于WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA，CDMA系统。图7、8中的I/Q信号为基带信号或者低中频数字信号，经过数字上变频DUC上变频到模拟中频，其中频的选择可因应用的不同而不同，再经过正交调制上变频到射频。接收端射频信号直接下变频到中频，通过带通采样变为数字信号，然后经过数字下变频DDC变频到基带信号或者低中频信号。

图9是本实用新型第二实施例的系统结构示意图，本实用新型的第二实施例与第一实施例的不同之处在于：在第二实施例中，所述的覆盖设备3有多个，包括第1覆盖设备、第2覆盖设备、......以及第n覆盖设备，上述覆盖设备通过第二传输介质5相连接，且其与接入设备2呈星型连接。其中，所述接入设备2与多个覆盖设备星型连接的关键在于：由第1、第2、......、第n覆盖设备到达接入设备2的数字信号在接入设备2内进行数字叠加处理，处理后的数字信号经过数字上变频DUC上变频到模拟中频，再经过正交调制上变频到射频，最后耦合回基站。同样，由基站耦合来的射频信号在接入设备2内先直接下变频到中频，再通过带通采样变为数字信号，然后经过数字下变频DDC变频到基带信号或者低中频信号，经过格式转换后通过传输介质传输到第1、第2、......第n覆盖设备。

图10是本实用新型第三实施例的系统结构示意图，本实用新型的第三实施例与第二实施例的不同之处在于：其多个覆盖设备与接入设备2呈链式连接。其中，所述接入设备2与多个覆盖设备链式连接的关键在于：第n-1覆盖设备的上行接收到的射频信号直接下变频到中频，再通过带通采样变为数字信号，然后经过数字下变频DDC变频到基带信号或者低中频信号，再与由第n覆盖设备到达第n-1覆盖设备的数字信号进行数字叠加处理，处理后的数字信号经过传输格式转换后通过传输介质传输到第n-2覆盖设备。依次类推，最终到达接入设备2。在接入设备2内经过数字上变频DUC上变频到模拟中频，再经过正交调制上变频到射频，最后耦合回基站。同样，由基站耦合来的射频信号在接入设备2内先直接下变频到中频，再通过带通采样变为数字信号，然后经过数字下变频DDC变频到基带信号或者低中频信号，经过传输格式转换后通过传输介质传输到第1覆盖设备，再依次传输到第2，......第n覆盖设备。

图10是本实用新型第四实施例的系统结构示意图，本实用新型的第四实施例与第三实施例的不同之处在于：最后一个覆盖设备与接入设备2呈环状连接。这样做的优势在于：如果某一个覆盖设备出现问题，则其他的覆盖设备还可以通另外一个通路与到达接入设备2。其中，所述接入设备2与多个覆盖设备环状连接的关键在于：环状连接为链状连接提供了冗余通路，提高了链路的可靠性。假设当链状连接中的某台覆盖端(第m覆盖端设备)发生故障，这会导致第m+1覆盖端以及其后覆盖端不能与接入设备2进行连接而使后面链路瘫痪。而使用环状连接时，第m覆盖端发生故障时，第m+1覆盖端可以通过第m+2、m+3......n覆盖端到达接入设备2。此时存在两条链路，第一条链路是接入设备2到第1覆盖端、第2覆盖端......第m覆盖端，第二条链路是接入设备到第n覆盖端、第n-1覆盖端......第m+1覆盖端。此时两条链路与接入设备呈星型连接，网络拓扑方式与第二实施例相同，每条链路的信号处理过程第三实施例相同。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1、一种在基站系统中实现数字拉远的装置，包括通过第一传输介质与基站相连的接入设备和通过第二传输介质与所述接入设备相连的覆盖设备，所述接入设备和所述覆盖设备分别包括将射频信号转换为模拟中频信号的模拟变频模块、数模/模数转换模块和传输介质转换模块，所述数模/模数转换模块连接所述模拟变频模块，将所述模拟变频模块输出的模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号提供到所述模拟变频模块；所述传输介质转换模块将其收到的数字信号通过所述第二传输介质传输或接收通过所述第二传输介质传来的信号，其特征在于，所述接入设备和所述覆盖设备还分别包括数字变频模块和数字处理模块，所述数字变频模块和数字处理模块依次串联，并联接连接在所述模数/数模转换模块与所述传输介质转换模块之间；所述数字变频模块将所述模拟中频信号转换为基带信号，所述数字处理模块将其收到的基带信号转换为适于所述第二传输介质传输的格式的信号或将通过所述第二传输介质传输来的信号转换为所述基带信号。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字变频模块包括DDC模块和DUC模块，所述DDC模块用于将所述模数/数模转换模块传送来的信号处理后传送到所述数字处理模块；所述DUC模块用于将所述数字处理模块传送来的信号处理后传送到所述模数/数模转换模块。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数字处理模块包括时钟部分、时延调整部分和/或数据重构部分；所述时钟部分用于产生多个同步的时钟信号；所述时延调整部分用于调整信号的时间延迟；所述数据重构部分用于依据传输介质的需求调整信号的编码、电平或/和速率并形成串行数据传送到所述介质传输模块。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述接入设备的时钟部分包括本地参考时钟模块，所述本地参考时钟模块产生本地时钟信号，并将其作为所述接入设备的时钟源；所述覆盖设备的时钟部分包括时钟恢复模块，所述时钟恢复模块从接收到的数字信号中恢复其时钟信号，并将其作为所述覆盖设备的时钟源。

5、根据权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述接入设备中还包括监控模块，所述监控模块分别与所述接入设备的各个功能模块连接，通过独立的传输通道监测和调整各模块的工作状态。

Images