CN201435730Y - 便携式应急通信直放站系统 - Google Patents

Abstract

一种便携式应急通信直放站系统，包括：便携式背包、天线系统、天线支撑系统、直放站主机和外部供电系统。该便携式背包包括主设备背包及天馈设备背包；该天线系统包括接收天线与发射天线；该天线支撑系统选用主体部分易折叠的碳纤维合金材质的三角形结构；该直放站主机主要由一体化双工器、一体化选频、一体化功放、一体化监控系统组成；该外部供电系统支持220V供电与蓄电池组供电。该便携式应急通信直放站系统体积小、重量轻、机内收发隔离度高，采用数字自激对消技术提高收发空间隔离度25dB，大大缩短了接收和发射天线间的距离，现场操作灵活。

Description

便携式应急通信直放站系统

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信技术应用、微波技术应用，尤其是涉及一种便携式应急通信直放站系统。

背景技术

我国是灾害频发、灾害面广、灾害损失严重的国家，随着国民经济的快速发展，生产规模的持续扩大和社会财富的不断增长，灾害造成的损失也在逐年上升，对社会安全构成了严重威胁。我国对建立社会公共安全体系的重视程度大大提高，国家已经把社会公共安全应对体系作为事关国家安危的重要课题来抓。通信行业作为国民经济中举足轻重的基础行业，是政府应急体系的“神经系统”，在救灾抢险和处置突发事件中起着举足轻重的作用。因此发展应急通信系统对建立社会公共安全体系，保障救灾抢险工作的顺利执行，有着积极而深远的作用。

为了适应灾区应急覆盖的需要，目前已有一些技术提供了常规型的应急解决方案，即利用直放站进行应急覆盖。如专利ZL 200520050312.X《便携式应急通信直放装置》。但这些技术的普遍问题是未能充分考虑灾区恶劣的环境并针对性的作出特殊设计以适应其需要。这些现有技术的主要缺点在于：

(1)不易携带，不易运输。传统技术的直放站体积大、重量重、结构设计上未充分考虑便携的特点，往往只能随车携带，不具有人手携带的可操作性。

(2)不易供电。传统技术的直放站往往采用220V交流供电，电源内置，直接导致主机体积增大，同时一旦失去外部供电，则设备无法正常使用。

(3)安装要求高。传统技术的直放站对接收天线和发射天线的安装有严格要求，且设备增益往往不能过高，否则就容易发生设备自激情况，但灾区环境恶劣，而且需求增益较高，这样往往难以找到合适的安装站点。传统技术的直放站往往采用套管抱杆固定天线，该种套管抱杆由若干节ABS工程塑料套管组成，需辅助使用抱杆地锚，且需进行地面施工方可固定，承重能力和抗风能力均有所不足，增加了站点建设的难度。

(4)滤波方式。传统的技术的直放站一般采用腔体滤波器、陶瓷滤波器或是中频声表面波滤波器的方式进行滤波。此滤波形式选择性一般，尤其是腔体滤波器、陶瓷滤波器的形式选择性很差，近端偏移100kHz基本没有什么抑制，而模拟中频滤波的形式其抑制也很有限。不如采用数字中频技术的选择性好。

(5)监控功能。传统技术的直放站需要电脑进行监控调试，这不仅增加了工程人员的运输负担，而且也增加了调试的难度。并且在恶劣的天气条件下采用电脑调试很不现实。如果没有监控功能，则不能进行相应的简单调试，那么很难保证覆盖效果。

可见，现有的直放站技术体积大、重量比较重、应急通信供电方式不够灵活、方便，机内收发隔离度不够高，增益大时容易自激，为了满足收发空间隔离度的要求，接收和发射天线间要有较大的距离，这样馈线就需要拉很长，现场操作不够灵活，从而降低了系统的性能，增加了附件的重量。监控功能不齐全，无法进行简单开通调试。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种便携式直放站应急系统，包括：

包括：直放站主机、天线系统、天线支撑系统和外部供电系统，直放站主机通过MT端和DT端与天线系统连接，通过电源接入口与外部供电系统连接，天线系统由天线支撑系统支撑；直放站主机，主要由一体化双工器、一体化选频模块、一体化功放、一体化监控系统组成，所述一体化双工器中包含低噪放模块、功率读取模块，主要起到信号的低噪声放大、功率监测和上下行分离滤波功能；所述一体化选频模块主要有信道选择和自激对消电路；所述一体化功放由上行功放和下行功放两部分组成，主要功能是功率放大；所述一体化监控系统主要功能是设置设备参数和查询设备状态，监控运行状态；天线系统，包括接收天线与发射天线，所述天线为所述直放站提供下行信源以及接收移动终端所发射的上行信号；天线支撑系统，用于支撑收发天线；外部供电系统，所述供电系统为所述直放站主机提供电能。

本实用新型的有益效果是，组网快，安装简单，轻便易携带，自带电源供电，能工作于多种特殊环境(如山区、水区、无需供电等)。可以应用在以下的场景：如突发高话务区的话务分流、灾区的补盲覆盖及弱信号覆盖等。由于设备方便携带，只需两名工作人员既可携带全套设备(包括主机及配件)，15分钟内能完成设备的安装调试，在需要应急通信的场景中，能降低应急安装时选点的难度，并大大缩短应急响应时间。而且体积小、重量轻、机内收发隔离度高，采用数字自激对消技术提高收发空间隔离度25dB，大大缩短了接收和发射天线间的距离，现场操作灵活。

附图说明

图1为直放站主机系统原理框图；

图2为外部供电系统使用方式连接示意图；

图3为便携式应急通信直放站系统连接示意图；

图4为将整个直放站系统的所有部件包装起来以便于携带的便携式背包的示意图；

图5为一体化选频中自激对消功能实现框图；

图6为液晶调测器与主机相连实物图；

图7为直放站开通前DT信号情况；

图8为直放站开通后DT信号情况；

图9为载波型便携式选频直放站隔离度测试连接示意图；

图10为载波型便携式选频直放站隔离度测试结果。

具体实施方式

本实用新型提供的便携式直放站应急系统，包括：便携式背包、天线系统、天线支撑系统、直放站主机和外部供电系统。

该便携式直放站配备了2个专用背包，分别为主设备背包及天馈设备背包。主设备背包能承重25kg，放置主机、蓄电池及充电器。天馈设备背包设计承重25kg，能放置2副八木天线、1副抛物面天线、2副天线支架、4支天线支架延长杆、以及50m馈线。背包采用厚质海绵为背衬，宽型网面背带，并以不锈钢条作结构加固件，即保证了背包的舒适性，同时也保证了其结构的坚固性。

所述天线系统，包括接收天线与发射天线。采用体积小，重量轻的斧状天线和八木天线，有效减低天线重量，改善运输难度，另外还预备了方向性比较好的抛物面天线备选。

天线支撑系统采用特殊的材质，稳定的结构和易携带的设计。所述特殊材质为碳纤维合金材质。该材质的选用使得天线支撑系统总重不足3kg，支撑重量却超过10kg；所述稳定的结构为三角形结构。稳定的三角形结构和悬带加固技术使得天线支撑系统无需抱杆地锚，无需地面施工，仅需一块三角形的水平地面即可完成安装，且稳定性极强，可适应各种恶劣环境需要；所述易携带性设计为天线支撑系统的可折叠性。天线支撑系统的整体结构充分考虑易携带性，主体部分易折叠，收缩后长度仅为68cm，可方便的收纳于天线支架背包中。

所述直放站主机包括自激对消电路，集中监控电路，射频放大电路，高动态电源电路；如图1所示，直放站主机主要由一体化双工器、一体化选频、一体化功放、一体化监控系统组成。一体化双工器中包含了低噪放、功率读取模块，主要起到信号的低噪声放大、功率监测和上下行分离滤波功能。一体化选频模块主要有信道选择和自激对消功能。一体化功放由上行功放和下行功放两部分组成，主要功能是功率放大功能。一体化监控系统主要功能是设置设备参数和查询设备状态，监控功能组成部分的运行状态。下行信号由DT端进入主机，经一体化双工器滤波和低噪声放大，进入一体化选频中进行自激对消处理和更进一步的滤波处理，接着进入一体化功放，进行功率放大，最终功率放大过的下行信号由MT端一体化双工器输出，到达天馈系统进行应急覆盖。反之上行为下行的逆过程。所述自激对消电路可降低隔离度20～25dB，大大降低了收发天线间的隔离度要求，实现95dB增益仅需80dB的隔离度，开通时无须经过隔离度的专业测算，这样增加了整个系统的易用性，从而使该系统更适合非专业人员顺利操作使用。所述集中监控电路采用音频示警，工程人员无需通过联机即可获知告警信息；同时采用手持式调测设备，工程人员可方便的进行站点调测。总之集中监控电路在设计上充分考虑了灾区的恶劣条件，保证工程人员无需电脑即可进行站点调测与开通。所述高动态电源电路可在30V的动态范围内稳定工作，输入电压剧烈变化不会影响设备的正常使用，充分适应了灾区的恶劣环境。

外部供电系统支持220V供电与蓄电池组供电。一旦站点失去220V供电，设备仍可通过蓄电池组实现相当长时间内的正常工作，充分保障了应急通信的需要。同时，供电系统体积往往较大，将其与直放站主机分离的设计思路有效保证了便携式背包设计上的小巧与轻便，进一步满足了恶劣环境下的设备运输需求。图2为外部供电系统使用方式连接示意图，方式一为蓄电池直接供电形式，方式二为交流220V边供电边给蓄电池充电使用形式。

图3为便携式应急通信直放站系统连接示意图，各组成部分在实际应用中的链接方式。供电系统为直放站主机提供电能，天线支撑系统支撑收发天线，天线为直放站提供下行信源以及接收移动终端所发射的上行信号，直放站主机主要功能就是接收放大信号，并通过天线系统发射出去。便携式背包将整个系统的所有部件包装起来便于携带，如图4所示。

图3、4中，1为直放站主机，2为施主天线，3为用户天线，4为蓄电池充电控制权，5为12V蓄电池，6为220V交流电源，7为天线系统，8为天线支撑系统，9为背包。

本实用新型系统采用了一些比较实用的技术，以下是对便携式应急直放站采用关键技术的叙述。

(1)自激对消技术提高空间收发隔离度25dB

载波型主机高增益，上下行可达95dB，适用于信号比较弱的区域应急使用。采用了高抑制性能的腔体双工器和数字中频滤波模块，这样不但大大降低了主机系统自激的可能性，而且还有效的抑制了带外的干扰信号。考虑到无线直放站对隔离度有较高要求及减小对非专业人员使用的难度，载波型主机中增加自激对消功能，此功能在一体化选频模块中实现。自激对消功能是利用数字自适应滤波技术，将返回的信号进行滤除处理，一体化选频中自激对消功能实现框图如图5所示，自激信号和有用信号一同由低噪放放大后，进入一体化选频模块，经过AD和变频处理，在自适应滤波器中经过提取并产生一个与自激信号反相位的信号，然后反馈回自适应滤波器的输入端，通过叠加将自激信号抵消掉，自适应滤波后的有用信号在经过变频和DA处理，还原射频信号。通常这种技术的采用可降低隔离度20～25dB，可以很好的防止系统产生自激，大大降低了系统隔离度要求，开通时无须经过隔离度的专业测算，这样增加了整个系统的易用性，从而使该系统更适合非专业人员顺利操作使用。

(2)音频告警和手持调测方式的应用

监控采用了高集成的一体化设计，具有以下特点：当设备出现告警信息，通过音频示警，产生示警声音通知附近的相关的人员，便于及时对设备维护。音频示警告警方式，可以在复杂的噪声背景下，起到告警的作用，不会被周边复杂的噪声背景遮盖。采用便携式液晶调测器对直放站主机进行简单设置和告警查询，主要有射频开关设置、上下行增益设置、信道号设置功能，有功率读取、告警状态、信道号、增益查询功能。操作简单明了。液晶调测器与主机相连实物图如图6所示。结合设备恶劣的应用环境，为了保证设备运行的可靠性、稳定性，监控芯片采用军品级芯片，降低了芯片的故障率。

(3)重量轻和体积小便携

根据便携式设备的特点，借鉴军工技术，采用便携式微型调测终端对设备参数进行现场调测。这样就可以避免携带笨重的笔记本电脑到现场进行开通调试，也增大了调测开通时对环境的适应性。主机重量轻体积小，便于携带。高集成化设计，使主机的重量和体积大大减小，其中包括一体化双工器、一体化选频、一体化功放、一体化监控系统。采用低功耗射频放大管，降低热散要求，这样可以降低机箱散热板的规格尺寸，从而降低主机的重量和体积。便携式直放站的天线支架主体结构采用碳纤维合金材料，碳纤维材质是一种特殊的材质，它既拥有铝镁合金高雅坚固的特性，又有ABS工程塑料的高可塑性。它的外观类似塑料，但是强度远优于普通的ABS塑料。由于采用了这种有超轻、超薄和强度远远强于铝合金材料的原因，便携式直放站的天线支架主体结构只有不到1.8kg，加上支架延长杆后，其单根重量也不超过3.0kg。如此轻量化的支架，却能支撑10kg以上的天线，且支架稳定性极高，能在各种恶劣条件下使用。天线支架主体收缩后长度为68cm，能方便的收纳于天线支架背包。为了便干设备的携带，便携式直放站配备了2个专用背包，分别为主设备背包及天馈设备背包。主设备背包能承重25kg，放置主机，蓄电池及充电器。天馈设备背包设计承重25kg，能放置1副八木天线，1副斧状天线，1副抛物面天线(备用)，2副天线支架，4支天线支架延长杆，以及50m馈线。背包采用厚质海绵为背衬，宽型网面背带，并以不锈钢条作结构加固件，即保证了背包的舒适性，同时也保证了其结构的坚固性。

(4)灵活的供电形式

所述本系统采用灵活的供电形式，可以采用交流220V直接供电，也可以采用10V～30V的任何直流电源或蓄电池直接供电，还可以采用交流220V边供电边给蓄电池充电形式。

为了了解便携式直放站的覆盖效果，检验是否具有快速工程反应能力，验证自激对消功能的效果，特选择中山新修的金凤公路，信号覆盖不好的三乡南坑段做试验，并进行了开通前后的比对测试。

(1)各直放站开通前后DT测试指标对比情况：

	平均信号强度	覆盖率(＞-93)	通话质量得分	平均TA
					闭站	-85.62	79.42％	87.81	3.83
便携选频	-75.66	100.00％	95.07	7.80

(2)各直放站开通DT信号测试情况：

开通前测试结果如图7所示，直放站关闭南坑路段山口处主要占用三乡南龙3小区信号，信号强度为-100dBm，通话质量很差，濒临掉话。

开通便携选频直放站后的测试结果如图8所示，开通便携选频直放站，沿线主要占用直放站放大的三乡南龙3小区信号，信号强度在-90dBm以上，信号的TA值较大，普遍在8～10，在距离直放站1000米内，各频点的C/I都在10左右，有明显的2～4及的质差现象，通话质量较差；到山口处各频点的C/I在15～17左右，通话质量良好。

(3)载波型便携式选频直放站隔离度测试

载波型便携式选频直放站隔离度测试连接示意图如图9所示，其中将信号源注入到覆盖天线，在施主天线端测试接收到的信号强度，得到系统在无线空间的隔离度。信号源参数：发射功率0dBm，频率938.4MHz

接收信号：接收强度-71.82dBm，频率938.4MHz

测试结果如图10所示，便携式直放站(带自激对消载波选频)无线隔离度大约为70dB。此时主机增益为75dB，系统并没有自激，而一般直放站空间无线隔离度至少要有：75dB±10dB＝85dB。因此实际这个现场应用点便携式直放站(带自激对消载波选频)无线隔离度比一般直放站提高了85dB-70dB＝15dB。由于本次测试点的施主小区信号较强，主机增益开到75dB时，即能满足输出26dBm的满配功率要求。实验室测试中最大隔离度为15dB，加上工程上可不预留10dB的隔离度余量，因此总体隔离度可增加25dB。

本实用新型的便携式应急通信直放站系统体积小、重量轻、机内收发隔离度高，采用数字自激对消技术提高收发空间隔离度25DB，大大缩短了接收和发射天线间的距离，现场操作灵活。

Claims (12)

1.一种便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

包括：直放站主机、天线系统、天线支撑系统和外部供电系统，直放站主机通过MT端和DT端与天线系统连接，通过电源接入口与外部供电系统连接，天线系统由天线支撑系统支撑；

直放站主机，主要由一体化双工器、一体化选频模块、一体化功放、一体化监控系统组成，所述一体化双工器中包含低噪放模块、功率读取模块，主要起到信号的低噪声放大、功率监测和上下行分离滤波功能；所述一体化选频模块主要有信道选择和自激对消电路；所述一体化功放由上行功放和下行功放两部分组成，主要功能是功率放大；所述一体化监控系统主要功能是设置设备参数和查询设备状态，监控运行状态；

天线系统，包括接收天线与发射天线，所述天线为所述直放站提供下行信源以及接收移动终端所发射的上行信号；

天线支撑系统，用于支撑收发天线；

外部供电系统，所述供电系统为所述直放站主机提供电能。

2.如权利要求1所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述天线采用斧状天线、八木天线或抛物面天线。

3.如权利要求1所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述天线支撑系统采用碳纤维合金材质。

4.如权利要求1所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述天线支撑系统采用三角结构或悬带加固技术。

5.如权利要求1所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述天线支撑系统的主体部分易折叠。

6.如权利要求1所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述外部供电系统采用220V交流直接供电、10V～30V的直流电源或蓄电池直接供电、220V交流边供电边给蓄电池充电形式。

7.如权利要求1至6中任一项权利要求所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述自激对消电路由A/D模块、数字下变频模块、自适应滤波器、数字上变频模块、D/A组成，其中：自激信号和有用信号一同由所述低噪放放大后，进入所述一体化选频模块，经过A/D转换和下变频处理，在自适应滤波器中经过提取并产生一个与自激信号相位相反的信号，然后反馈回自适应滤波器的输入端，通过叠加将自激信号抵消，自适应滤波后的有用信号在经过上变频处理和D/A转换，还原成射频信号。

8.如权利要求1至6中任一项权利要求所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述一体化监控系统采用音频示警告警方式。

9.如权利要求1至6中任一项权利要求所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于：

所述便携式应急通信直放站系统采用便携式液晶调测器对直放站主机进行简单设置和告警查询。

10.如权利要求1所述的便携式应急通信直放站系统，其特征在于还包括：

便携式背包，分别有主设备背包和天馈设备背包，所述便携式背包用于将整个便携式直放站应急系统的所有部件包装起来以便于携带。

11.如权利要求10所述的便携式应急通信直放站系统，其中：

所述主设备背包放置有主机、蓄电池及充电器。

12.如权利要求10所述的便携式应急通信直放站系统，其中：

所述天馈设备背包放置有八木天线、抛物面天线、天线支架、天线支架延长杆、以及馈线。

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