CN2817224Y - 菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站 - Google Patents

Abstract

菊花链传输结构的数字光纤直放站由中继端和覆盖端分系统构成，其间采用数字光纤传输方式，上行采用菊花链串接方式，下行采用宽带耦合器串接方式。其分系统均由射频收发、调制/解调、AD/DA、基带处理、光收发、监控、电源等子系统组成。在下行链路，其基站信号被下变频到基带I/Q或低中频信号，再变换到数字信号并打包成串行数据，经光纤传输并逐一耦合到各远端机，经解帧恢复成I/Q或低中频信号，再变换到模拟信号，最后上变频到射频并进行远端覆盖；在上行链路，其后级远端机的I/Q数据在本级叠加后再送至前级，其总叠加信号通过上述逆过程上送至基站。本实用新型只需单对光纤即可完成多载波数字光纤信号的远距离传输，实现大容量、大动态远距离覆盖。

Description

菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站

所属技术领域

本发明涉及一种移动通信远距离覆盖系统，具体涉及一种采用数字光纤传输方式的移动通信直放站的各个远端覆盖端机的连接方式，其中，上行链路采用菊花链串接方式，下行链路采用宽带耦合器串接方式。

背景技术

目前的移动通信系统的基本要求已经不能满足用户的需求，优化和改善服务已被提到重要日程，无线网络优化和网络覆盖正日益显示其重要性。其中，直放站系统以其所具有的投资成本低和能够迅速扩大覆盖区域的特点，在无线网络优化和覆盖中已经成为不可或缺的一部分。直放站系统分为室外直放站和室内直放站。前者主要包括：无线直放站、光纤直放站、多频段移频直放站等；后者也称为室内分布系统，主要包括射频传输方式、光纤传输方式和电光混合传输方式等。根据不同的地理环境和应用场合来选取合适的覆盖方案是网络优化的重要课题之一，目前已经出现不少高标准的无线覆盖整体解决方案，但仍存在许多亟待解决的技术问题，如远距离覆盖和线形覆盖所一般采用的模拟光纤直放站就存在动态范围受限问题，难以满足多载波信号的远距离传输和远距离线形地形信号覆盖的实际需要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种采用菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站系统，以解决传统方式直放站所存在的上述问题，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一种灵活的，大动态范围和大容量的射频信号远距离传输和线形地形覆盖的新型技术手段，适用于三扇区或多扇区的单对光纤传输和覆盖，单载波多扇区的单对光纤传输和覆盖，多扇区和多载波的单对光纤传输和覆盖。

本实用新型由近端中继机分系统101和远端覆盖端机分系统102到105构成。其近端中继机分系统101、远端覆盖端机分系统102、103、104、105之间采用数字光纤传输方式；上行采用菊花链结构串接方式；下行采用宽带耦合器106、108、109串接方式；其各分系统均由射频收发子系统、调制/解调子系统、ADC/DAC子系统、基带处理子系统、光收发子系统、监控子系统和电源子系统组成。其系统工作过程为：在下行链路，其GSM、CDMA、WCDMA、cdma2000基站信号被下变频到基带I/Q或低中频信号，再变换到数字信号，并将其按一定帧格式打包成串行数据，经光收发器，由光纤传输至相应耦合器，并由其耦合端口耦合到相应的远端机，其耦合器的输出端口则继续通过光纤传输至下一个耦合器并以此类推；在远端覆盖端机分系统，将其串行数据信号解帧恢复成I/Q或低中频信号，再变换到模拟信号，最后上变频到射频并发送到覆盖区域；在上行链路，连续性地将覆盖端机n+1连接到覆盖端机n，将覆盖端机n连接到覆盖端机n-1，其后级远端覆盖端机分系统的I/Q数据在本级叠加后再送至前级远端覆盖端机分系统并以此类推，其总叠加信号通过上述逆过程上送至基站。

所述近端中继机子系统和远端覆盖端机子系统间采用数字光纤收发器传输，其典型应用是采用以太网协议；所述ADC/DAC子系统的A/D和/D/A的典型位数为12bits，可根据不同系统分别改变为10bits、14bits、16bits；上下行光纤收发器和光纤链路的串行数字信号的速率可根据实际应用需求分别设计为：614.8Mbps，13288Mbps，2457.6Mbps。

所述基带处理子系统包括基站中继端基带处理模块和远端覆盖端基带处理模块。

其中，基站中继端基带处理模块的工作过程为：基站的下行信号经A/D306变换成数字信号后送入基带处理单元307，将该信号的数据链与网管的数据链合并到一起形成特定的帧格式后送入8B/10B编码器308，由编码器308将基带处理单元307送来的数据信号进行8B/10B的检错、去直流、编码后送入光纤收发器309，然后经光纤和光纤耦合器传送到远端覆盖端机；由所有远端覆盖端机叠加而来的串行高速上行数字信号，经光纤收发器309接收并送入8B/10B解码器308，进行检错和数据帧格式恢复后将其数据并行地送入基带处理单元307，以恢复成I/Q数据和网管HDLC接口数据，其中的I/Q数据送入D/A变换器组312将其变成模拟信号后送出。

其远端覆盖端基带处理模块的工作过程为：来自中继端机101或宽带耦合器的分支高速下行数字信号，经光纤收发器316接收后送入8B/10B解码器318进行检错和数据帧格式恢复，并将其并行送入基带处理单元319，将数据恢复成I/Q数据和网管的HDLC接口数据，其中的I/Q数据送入D/A变换器组320将其变成模拟信号后送出；来自移动终端的上行信号经下变频后，送入A/D变换器组327变成数字信号，在基带处理单元319与光接收机317接收到的后级远端的基带I/Q数据进行叠加，形成一个总的I/Q数据。来自本级网管HDLC接口的输入信号帧与后级远端的网管HDLC接口输入信号帧进行重新组帧，形成一个总的HDLC信号帧，这两个总I/Q数据和总HDLC信号帧形成适合CPRI协议帧结构的数据信号，然后由8B/10B编解码器318进行检错、去直流、编码后送入光纤收发器316，将数据串行地送到光纤上。

所述菊花链传输结构使用单对光纤串接远端覆盖端机，即本级远端覆盖端机利用菊花链连接方式通过光缆同与之相邻的远端覆盖端机相连接并以此类推，远端覆盖端机1通过光缆与近端中继机相连接。

根据信号的完整表达式：

式中，a＝rcos，b＝rsin， $r=r=\sqrt{a^2+b^2},$

采用如下的矢量加法公式进行信号叠加：

$\stackrel{\→}{X_0}\left(f\right)=\stackrel{\→}{X_1}\left(f\right)+\stackrel{\→}{X_2}\left(f\right)+\·\·\·+\stackrel{\→}{X_n}\left(f\right)$

=(a₁+jb₁)+(a₂+jb₂)+…+(a_n+jb_n)

=(a₁+a₂+…+a_n)+j(b₁+b₂+…b_n)

在传输过程中只需保持幅度的一致性，而相位信息是由I和Q的相互关系确定的，所以在数字域进行幅度的叠加不会破坏原有信息；其中，本级覆盖端的I/Q数据与上个覆盖端的I/Q数据在基带处理单元是通过FPGA方式进行合并的，系数字幅度加法合并，而非数字逻辑合并。近端中继端机的上行信号是全部覆盖端上行信号的叠加，而远端覆盖端机n+1的上行信号则是没有叠加的直接来自移动终端的信号。其a₁+a₂+…+a_n和b₁+b₂+…+b_n的提取是由扩频地址码来解决的，通过基站和移动终端的基带处理，可将叠加的信号分离出来。

远端覆盖机1的下行信号来自近端中继机，远端覆盖机2到n+1的下行信号来自前一级宽带耦合器的串行高速下行分支数字信号。所述宽带耦合器的选择是灵活的，但必须满足输出功率的要求。宽带耦合器之间的距离di也是可结合具体情况(如地理环境)自主选择的，但遵循的原则是使得无线信号传输的距离最远，覆盖面积最大。其中，光纤损耗的具体计算遵循如下公式：

$P_{\mathrm{outn}}=P_{\mathrm{in}}-\mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{di}-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δi}-\mathrm{Ln},$

$P_{\mathrm{out}0}=P_{\mathrm{in}}-\mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{di}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δi}$

其中α为光纤单位衰减db/km，Ln为耦合度，Δn为插损，di为距离。

附图简要说明

图1所示为本实用新型所提供的菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站的系统框图；

图2所示为本实用新型所提供的近端中继机分系统的系统组成图；

图3所示为本实用新型所提供的远端覆盖机1到n分系统的系统组成图；

图4所示为本实用新型所提供的远端覆盖机n+1分系统的系统组成图。

其附图标记说明如下：

101：中继端机；102、103、104、105：远端覆盖端机；107、310、315、328、341：光纤；106、108、109、110、302：耦合器；303：双工器；304、324、336：RF模块：111、301：基站主天线：112、314：基站辅天线；306、327、338：A/D变换器：307、319、331：基带处理单元；313、322、333：调制器；305、323、337：解调器；309、316、340：光收发器；317：光接收机；308、318、330：8B/10B变换；312、320、332：D/A变换器；311、321、339：同步电路；325、326、334、335：覆盖端天线。

具体实施方式

下面将结合附图，详细说明本实用新型的具体实施方式。

1、参见图1所示的菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站的系统框图。

如图所示，近端中继机101经耦合器110完成对基站信号的获取和发送，远端覆盖端机102～105经天馈完成对移动终端机信号的获取和发送。其中，近端中继机与远端覆盖端机之间采用以太网标准的光纤收发器并通过光纤107实现数字信号传送；上行链路采用菊花链结构串接方式；下行链路采用宽带耦合器106、108、109串接方式。在下行链路，其GSM、CDMA、WCDMA、cdma2000基站信号被下变频到基带I/Q或低中频信号，再变换到数字信号，并将其按一定帧格式打包成串行数据，经光收发器，由光纤传输至远端宽带耦合器，由宽带耦合器把信号分为两路，一路给远端覆盖端机1，另一路传往更远的下一个宽带耦合器(作用同上)，因此信号可以一直传向更远端直至最后一个覆盖端机。在远端覆盖端机分系统，将其串行数据信号解帧恢复成I/Q或低中频信号，再变换到模拟信号，最后上变频到射频并发送到覆盖区域。在上行链路，连续性地将覆盖端机n+1连接到覆盖端机n，将覆盖端机n连接到覆盖端机n-1，其后级远端覆盖端机分系统的I/Q数据在本级叠加后再送至前级远端覆盖端机分系统并以此类推，其总叠加信号通过上述逆过程上送至基站。这样就完成了移动通信基站的远端覆盖功能，构成基站的远拉系统。

2、参见图2所示的近端中继机分系统的系统组成图。

该分系统的下行链路工作过程为：近端中继机通过耦合器302将来自基站主天线301的移动通信下行信号馈送入双工器303，经RF模块304，由解调器305将其下变频到基带I/Q或低中频信号，然后经A/D变换器306变换为数字信号，由基带处理单元307将其按一定帧格式打包成串行数据，再经光收发器309由光纤310传输到远端覆盖端。其上行链路是将来自于经所有远端覆盖端叠加后的上行总信号，通过上述近端中继机的下行链路的逆过程，将上行射频信号馈送给基站。

3、参见图3所示的远端覆盖机1到n分系统的系统组成图。

来自中继端机101(对于覆盖端机1)或宽带耦合器的分支高速下行数字信号(对于覆盖端机2～n)，经光纤收发器316接收，并通过8B/10B编解码器318进行检错和解码后，由基带处理单元319解帧，将其分别恢复成I/Q数据信号和网管HDLC接口数据信号，其中的I/Q信号由12bits(或10bits，14bits，16bits)的D/A变换器组320将其变换成模拟信号，再经调制器322后送到RF(射频模块)324，最后经由天线325发射至覆盖区域。

来自移动终端的上行信号经RF(射频模块)324接收后，由解调器323将其下变频，然后通过A/D变换器组327将其变换为12bit/s(或10bit、14bit，16bit)的数字信号，并与来自光接收机317的所有后级覆盖端的信号在基带处理单元319进行叠加，然后该信号与来自网管HDLC接口的输入信号形成适合CPRI协议帧结构的数据信号，继而由8B/10B编解码器318进行检错、去直流、编码后形成高速串行数字信号，最后通过光纤收发器316由上行光纤链路315将其传输至近端中继机。

4、参见图3所示的远端覆盖机n+1分系统的系统组成图。

宽带耦合器的分支高速下行数字信号，经光纤收发器340接收，并通过8B/10B编解码器330进行检错和解码后，由基带处理单元331解帧，将其分别恢复成I/Q数据信号和网管HDLC接口数据信号，其中的I/Q信号由12bits(或10bits，14bits，16bits)的D/A变换器组332将其变换成模拟信号，再经调制器333后送至RF(射频模块)336，最后由天线334发送至覆盖区域。

来自移动终端的上行信号，先经解调器337，再通过A/D变换器组338将其变换为12bit/s(或10bit、14bit，16bit)的数字信号，由基带处理单元331将该信号与来自网管HDLC接口的输入信号形成适合CPRI协议帧结构的数据信号，然后由8B/10B编解码器330进行检错、去直流、编码后形成高速串行数字信号，最后通过光纤收发器340由上行光纤链路341将其通过前级覆盖端机传输至中继机101。

Claims (7)

1、一种菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站，由近端中继机分系统(101)和远端覆盖端机分系统(102)-(105)构成，其特征在于，近端中继机分系统(101)、远端覆盖端机分系统(102)、(103)、(104)、(105)之间采用数字光纤传输方式；上行采用菊花链结构串接方式；下行采用宽带耦合器(106)、(108)、(109)串接方式；其各分系统均由射频收发子系统、调制/解调子系统、ADC/DAC子系统、基带处理子系统、光收发子系统、监控子系统和电源子系统组成；在下行链路，其GSM、CDMA、WCDMA、cdma2000基站信号被下变频到基带I/Q或低中频信号，再变换到数字信号，并将其按一定帧格式打包成串行数据，经光收发器，由光纤传输至相应耦合器，并由其耦合端口耦合到相应的远端机，其耦合器的输出端口则继续通过光纤传输至下一个耦合器并以此类推；在远端覆盖端机分系统，将其串行数据信号解帧恢复成I/Q或低中频信号，再变换到模拟信号，最后上变频到射频并发送到覆盖区域；在上行链路，连续性地将覆盖端机n+1连接到覆盖端机n，将覆盖端机n连接到覆盖端机n-1，其后级远端覆盖端机分系统的I/Q数据在本级叠加后再送至前级远端覆盖端机分系统并以此类推，其总叠加信号通过上述逆过程上送至基站。

2、根据权利要求1所述的菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站，其特征在于，所述近端中继机子系统和远端覆盖端机子系统间采用数字光纤收发器传输，其典型应用是采用以太网协议；所述ADC/DAC子系统的A/D和/D/A的典型位数为12bits，可根据不同系统分别改变为10bits、14bits、16bits；上下行光纤收发器和光纤链路的串行数字信号的速率可根据实际应用需求分别设计为：614.8Mbps，1328.8Mbps，2457.6Mbps。

3、根据权利要求1所述的菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站，其特征在于，所述的基带处理子系统包括基站中继端基带处理模块和远端覆盖端基带处理模块。

4、根据权利要求3所述的基站中继端基带处理模块，其特征在于，基站的下行信号经A/D(306)变换成数字信号后送入基带处理单元(307)，将该信号的数据链与网管的数据链合并到一起形成特定的帧格式后送入8B/10B编码器(308)，由编码器(308)将基带处理单元(307)送来的数据信号进行8B/10B的检错、去直流、编码后送入光纤收发器(309)，然后经光纤和光纤耦合器传送到远端覆盖端机；由所有远端覆盖端机叠加而来的串行高速上行数字信号，经光纤收发器(309)接收并送入8B/10B解码器(308)，进行检错和数据帧格式恢复后将其数据并行地送入基带处理单元(307)，以恢复成I/Q数据和网管HDLC接口数据，其中的I/Q数据送入D/A变换器组(312)将其变成模拟信号后送出。

5、根据权利要求3所述的远端覆盖端基带处理模块，其特征在于，来自中继端机(101)或宽带耦合器的分支高速下行数字信号，经光纤收发器(316)接收后送入8B/10B解码器(318)进行检错和数据帧格式恢复后，将其并行送入基带处理单元(319)，将数据恢复成I/Q数据和网管的HDLC接口数据，其中的I/Q数据送入D/A变换器组(320)将其变成模拟信号后送出：来自移动终端的上行信号，经下变频后，送入A/D变换器组(327)变成数字信号，在基带处理单元(319)与光接收机(317)接收到的后级远端的基带I/Q数据进行叠加，形成一个总I/Q数据：来自本级网管HDLC接口的输入信号与后级远端的网管HDLC接口输入信号进行重新组帧，形成一个总的HDLC信号帧，然后，这两个总I/Q数据和总HDLC信号形成适合CPRI协议的接口帧格式送入8B/10B编码器(318)进行8B/10B的检错、去直流、编码后送入光纤收发器(316)，以将数据串行地送到光纤上。

6、根据权利要求1所述的菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站，其特征在于，其所述菊花链传输结构使用单对光纤串接远端覆盖端机，即本级远端覆盖端机利用菊花链连接方式通过光缆同与之相邻的远端覆盖端机相连接并以此类推，远端覆盖端机(1)通过光缆与近端中继机相连接；

根据信号的完整表达式：

式中，a＝rcos，b＝rsin， $r=r=\sqrt{a^2+b^2},$

采用如下的矢量加法公式进行信号叠加：

$\stackrel{\→}{X_0}\left(f\right)=\stackrel{\→}{X_1}\left(f\right)+\stackrel{\→}{X_2}\left(f\right)+\·\·\·+\stackrel{\→}{X_n}\left(f\right)$

$=(a_1+j{b}_1)+(a_2+j{b}_2\·)+\·\·\·+(a_n+j{b}_n)$

$=(a_1+a_2+\·\·\·+a_n)+j(b_1+b_2+\·\·\·+b_n)$

在传输过程中只需保持幅度的一致性，而相位信息是由I和Q的相互关系确定的，所以在数字域进行幅度的叠加不会破坏原有信息；其中，本级覆盖端的I/Q数据与上个覆盖端的I/Q数据在基带处理单元是通过FPGA方式进行合并的，系数字幅度加法合并，而非数字逻辑合并；近端中继端机的上行信号是全部覆盖端上行信号的叠加，而远端覆盖端机n+1的上行信号则是没有叠加的直接来自移动终端的信号；其a₁+a₂+…+a_n和b₁+b₂+…+b_n的提取是由扩频地址码来解决的，通过基站和移动终端的基带处理，可将叠加的信号分离出来。

7、根据权利要求1所述的菊花链传输结构的移动通信数字光纤直放站，其特征在于，远端覆盖机(1)的下行信号来自近端中继机，远端覆盖机2到n+1的下行信号来自前一级宽带耦合器的串行高速下行分支数字信号；所述宽带耦合器的选择是灵活的，但必须满足输出功率的要求；宽带耦合器之间的距离di是可结合诸如地理环境等具体情况自主选择的，但遵循的原则是使得无线信号传输的距离最远，覆盖的面积最大；其中，光纤损耗的具体计算遵循如下公式：

$P_{\mathrm{outn}}=P_{\mathrm{in}}-\mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{di}-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δi}-\mathrm{Ln},$

$P_{\mathrm{out}0}=P_{\mathrm{in}}-\mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{di}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δi}$

其中α为光纤单位衰减db/km，Ln为耦合度，Δn为插损，di为距离。

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