CN2924971Y - 使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统 - Google Patents

使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，近端机输出的光信号通过光缆传输给多个远端机；近端机，主要包括低噪声放大器、电/光转换模块、调制解调器和平共处中央处理器，用于将输入的信号调制成光信号，中央处理器用于根据调制解调器解调的网管指令进行各种数据处理，其结果传给各远端机或传给调制解调器解调进行网络通信；远端机，主要包括光/电转换模块、中频处理模块、频道滤波器、功放和中央处理器，用于将光信号转换成射频信号，然后进行中频处理、放大和滤波，最终经功率放大把信号送入发射天线。本实用新型有益的效果：能覆盖发射台所不能覆盖的区域，近端机可同时拖带几个远端机工作，信号隔离度得到很大改善。

Description

使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统
技术领域
本实用新型涉及地面数字电视信号通过光纤传输的同频收发设备，特别是一种使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统。
背景技术
以往的地面数字电视同频转发功率增强器系统，即数字电视直放站，国外通常称gapfiller，它实际上是一个单向无线放大器，收发信号在同一机体上完成，通过调整收发天线的方向和角度来提高其有限的隔离度，以达到数字电视信号在某一盲区覆盖的目的。
在地面数字电视日益发展的形势下，在一些商场、地下停车场、隧道、高层建筑、电梯、娱乐场所以及城郊及偏远山区，发射台发射的数字电视信号由于山体及高大建筑群遮挡，钢筋封闭建筑的屏蔽等原因，这些地方的数字电视信号是难以覆盖的，即形成了大小不同的盲区。根据数字电视发射机的特点，不可能在每一个数字电视信号覆盖差的区域或信号盲区都建立一个发射台，所以在这些区域特别是山区通常可使用光纤转发器系统装置，本系统装置能很好地解决以往同频转发器收发之间隔离度较差的问题。以前的同频转发器的主要用途也是覆盖数字电视信号的盲区，它的接收天线和发射天线同时装在同频转发器的一个机体上，所以信号收发之间隔离度有限；而目前的光纤转发器利用近端机和远端机之间拉开5公里以上的距离来实现较好的隔离。隔离度较差使得同频收发信号相互干扰，容易产生自激，使得同频转发难以起到覆盖信号盲区的真正作用，所以在地面数字电视信号覆盖网的工程建设中同频转发器的良好隔离度对信号网络的覆盖起到很重要的作用。本光纤转发器就是为了解决以往同频转发器隔离度较差的问题。本实用新型的光纤转发器是利用方向性接收天线将数字电视信号引入到塔顶放大器预放大后进入近端机，对数字电视信号进行滤波放大，并进行电/光转换模块成光信号，通过光缆把光信号传输到远端机，将光信号进行光/电转换成射频信号后，经中频信号处理送入射频单元进行功率放大，再用方向性发射天线发射到需覆盖的区域。由于光纤转发器的接收天线和发射天线的距离(等于光纤传输距离)很远，至少五公里以上，所以隔离度可以做得很好。这样不仅大大减少了同频干扰，而且可全向覆盖。所以选址灵活方便，而信号传输不受地理条件限制，特别适应于钢筋封闭建筑内、地形复杂的山区等信号盲区。如图1所示了光纤转发器原理方框示意图。光纤转发器的主要技术参数是增益、光功率、灵敏度、输出功率和互调。
实用新型内容
本实用新型解决了上述技术问题，提供一种使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，该系统不仅能保持以往数字电视同频转发功率增强器系统的功能，而且有效地解决了以往数字电视同频转发功率增强器系统收发之间隔离度较差的问题；在覆盖信号的工程应用上，近端机可通过光分路器拖带多个远端机，能解决多点覆盖问题。
本实用新型的技术方案具体是这样实现的：这种使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，主要包括接收天线、近端机、光缆、远端机以及发射天线，近端机输出的光信号通过光缆长距离传输给多个远端机；其中接收天线，用于接收来自主发射台的数字电视信号；近端机，主要包括低噪声放大器、电/光转换模块、调制解调器、中央处理器和电源，用于将输入的信号调制成光信号，中央处理器用于根据调制解调器解调的网管指令进行各种数据处理，其结果传给各远端机或传给调制解调器解调进行网络通信；远端机，主要包括光/电转换模块、中频处理模块、频道滤波器、功放、中央处理器和电源，用于将光信号转换成射频信号，然后进行中频处理、放大和滤波，最终经功率放大把信号送入发射天线；发射天线，用于将放大后的信号发射出去，以覆盖目标区域。
当输入信号小于-56dBm时，增设由频道滤波器和低噪声放大器组成的塔顶放大器，用于将从接收天线通过同轴电缆线送入的信号预放大后送入近端机，其电源是由近端机的输入端馈电提供的。
本实用新型所述的近端机中低噪声放大器把输入射频信号放大后，其输出功率电平达到电/光转换模块的输入功率电平的要求；电/光转换模块通过接口电路受控于32位的中央处理器，用于输出额定的光功率信号；中央处理器用于低噪声放大器和电/光转换模块的控制与查询，包括远端机通过光缆传输过来的数据信号，并通过调制解调器和GSM网对近端机和远端机进行远程网管。
本实用新型所述的远端机把输入的光信号通过光/电转换模块进行解调，形成射频信号，把射频信号送入中频处理模块进行上下变频、滤波和放大等信号处理，然后用BPF腔体带通滤波器进行滤波，滤除其它非线性产物，获取纯净的频道信号，要求相位线性度在8MHz带宽内小于2度，其中心频率可根据用户确定；最后送给PA功率放大并由发射天线发射出去。
本实用新型设计了三个自动增益控制电路，用于获得恒定的输出功率；其中藕合器1、藕合器2和藕合器3分别是自动增益控制1、自动增益控制2和自动增益控制3的信号藕合器，藕合器藕合的信号通过检测器变换成控制电压去调整信号链路上的衰减器。
本实用新型涉及的使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统在该领域内具有以下特点：1、光纤转发器能覆盖发射台所不能覆盖的区域，特别是多山地带或钢筋封闭建筑内使用光纤转发器进行信号覆盖，效果好、投资少。2、可根据网络覆盖需要，近端机可同时拖带几个远端机工作，所以应用非常灵活。3、随着近年光纤传输技术的长足发展，光纤转发器可做到性能稳定，各项指标能满足数字电视信号传输规范要求，而且具有监控网管功能，能真正实现无人值守。4、光纤转发器在原理上采用新型的电路结构(如采用32位CPU的ARM芯片等)，继承以前同频转发功能，信号隔离度得到很大改善。5、近端机和远端机外壳采用相同的野外型密封铸铝结构，适宜安装在(电线)杆或墙上，安装和维护都非常方便。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型中塔顶放大器原理框图；
图3是本实用新型中近端机原理框图；
图4是本实用新型中远端机原理框图；
图5是本实用新型中塔顶放大器内的低噪声放大器电路图；
图6是本实用新型中近端机内的低噪声放大器电路图；
图7是本实用新型中远端机内的中频处理电路图；
图8是图7中频处理的本振电路图；
图9是图7、8的接口电路图；
图10-1是近端机或远端机通用的中央处理器电路图1；
图10-2是近端机或远端机通用的中央处理器电路图2；
图11是近端机中的调制解调器电路图；
图12是远端机中的功放电路图；
图13是远端机中的功放接口电路图；
图14是近端机中的电/光转换电路图；
图15是远端机中的光/电转换电路图。
图16是近端机接线图。
图17是远端机接线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步介绍：
本实用新型涉及一种使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，主要包括接收天线、塔顶放大器、近端机、光缆、远端机以及发射天线。(详见图1)。
按信号链路阐述，来自发射台的数字电视信号通过接收天线送入塔顶放大器或直接引入近端机。当信号小于-56dBm(即较微弱信号)时，必须使用塔顶放大器以增加该系统的增益；当信号大于-56dBm时，免用塔顶放大器，接收天线与近端机之间必须串接频道滤波器并关闭近端机给塔顶放大器馈电的开关。通过近端机的低噪声放大器和电/光转换模块将电信号调制成光信号(1310nm)，再用光缆长距(五公里以上)传输给远端机进行光/电转换、中频处理与功率放大，最后由发射天线发射信号以覆盖目标区域。塔顶放大器由频道滤波器和低噪声放大器组成(见图2)，其中频道滤波器在不使用塔顶放大器时，把它串接在接收天线与近端机之间，它的电源是由近端机的输入端馈电提供的，所以在不用塔顶放大器时务必关闭馈电开关。近端机的主要作用是把射频信号调制成光信号，它由低噪声放大器、电/光转换模块、调制解调器、中央处理器和电源等组成(见图3)。其中低噪声放大器输出足够的信号电平以满足电/光转换模块输入电平的要求，电/光转换模块通过接口电路受控于32位的中央处理器，以输出额定的光功率信号。近端机输出的光信号由光缆长距离(近端机和远端机距离至少五公里以上)传输给多个远端机，即接收天线和发射天线离开很远，隔离度可以达到很高的指标。远端机由光/电转换模块、中频处理、频道滤波器、功放、中央处理器和电源组成(见图4)。它的主要任务是把光信号转换成射频信号，然后进行中频处理、放大和滤波，最终经功率放大把信号送入天线发射出去。从系统控制上阐述，各远端机的工作状态查询及远程参数设置都可以通过远端的机光模块把数据调制成光信号(1550nm)返传给近端机，近端机的中央处理器根据调制解调器解调的网管指令进行各种数据处理，其结果传给各远端机或传给调制解调器解调器进行网络通信，以达到网络管理的目的。从实用上考虑，本实用新型还对近端机和远端机的外壳进行全天候设计，采用铸铝密封结构，以适应野外工作环境。
为了保证整个系统的输出功率恒定，本实用新型还设计了三个自动增益控制电路(见图3、4)，其中藕合器1、藕合器2和藕合器3分别是自动增益控制1、自动增益控制2和自动增益控制3的信号藕合器(它们的实际电路已包含在前面的模块电路中)，藕合器藕合的信号通过检测器变换成控制电压去调整信号链路上的衰减器，以达到自动控制增益的目的。
图5所示是塔顶放大器低噪声放大器的电路原理图，该低噪声放大器由CP0和CP1两个3dB定向藕合器作为Q2.Q3低噪声放大管的前后匹配与平衡，构成第一级宽带平衡低噪声放大器。其中Q0.Q1.L5.L6等构成有源对称的偏置电路，结合C3、C4、L1、L2等组成良好射频匹配电路。Q4是第二级低噪声高线性放大管，为了保证输出50欧姆匹配，L8.R25.R22等组成了匹配电路。
图6是近端机的低噪声放大器电路，其中包含第一级自动增益控制电路。其第一级的低噪声放大器特征与图5第一级相同，他们都是平衡放大器结构。第二级1U2放大前加了1U1的Pin管组作为射频衰减器，通过1R30.1R31.1R32电阻网络的信号藕合给1U6检测器，经1U5运放比较限幅，其输出直接控制1U1的射频信号衰减量。这就是自动增益控制1的环路。除此之外，1U8.1U10A等构成低噪声放大器电流检测报警电路，1U9是MOS开关管，控制塔顶放大器的12V供电。1D1用于塔顶放大器供电的短路检测告警。
图7是远端机中的中频处理射频信号链路部分，RF1为来自光/电转换输出的射频信号，由器件2T1、2T2、2U1、2T3完成下变频，通过频率响应特性良好的声表滤波器2F1进行滤波，获取160MHz的中频信号，再由2U2、2U4的放大来弥补声表的插损。接着2U6的可控模拟衰减器，它是第二个自动增益控制器的一部分，再由2U7放大后进入2T4、2T5、2U8、2T6上变频，紧跟带通滤波器(由2C42、2C63、2L14、2L15等组成)滤波，以取出频道信号，最后经过3U13放大及藕合器2(2R45、2R46、2R47)输出射频信号。2U9、2U10的功能与图6的1U5、1U6相同。它们与2U6组成自动增益控制2的环路。
图8是中频处理中的本振电路部分，3U3是该电路的核心，它集成了相位比较、可变分频器及压控振荡器等锁相环主要部件，并具有二路输出，正好提供中频处理上下变频的需要。由于本振输出电平需要+17dBm，所以3U1、3U2、3U4和3U5为放大本振电平而设计的。3X1是锁相环的外部参考源，它是温补晶振，频率是10MHz，相位噪声1KHz处需达到-135dBc/Hz。为了减少本振谐波的影响，二路本振输出前都设计低通滤波器。
图9是中频处理的接口电路图。4U3是一款CPU单片机，它具有8个模数转换I/O口，集成度高、低成本、速度快(指令执行时间6倍于标准8051器件)。4U5是E2PRON器件，配合4U3存储数据。4U10由于数模转换，在此输出的电压作为自动增益控制2的起控电压。4U11用于485接口转232。4U2和4U4是MOS开关，可受控于外接PC机。
图10是中央处理器ARM板的电路图。整体围绕32位微处理芯片U1通过软件进行数据的接收、存储及相关运算。来自光模块接口、本地串口和MODEM(调制解调器)接口的数据通过U3、U4进行电平转换；同样来自J23、J24插座的外部数据信号通过U18、U19集成电路485转232后与U1单片机进行数据交换与通信，以实现近端机或远端机的网络控制及查询等项目的远程管理。本ARM有串口扩展(U6)功能和以太网通信功能(U5)。同时具备I2C总线的连接口(U11)，以适应各种接口的连接。
图11是调制解调器电路图，它必须插入“猫”才能工作，J5是猫的连接插口；U1用于电平匹配，U3是“猫”的电源开关，可以控制开关。
图12是功放电路图。从其射频链路来述，1J1输入来自频道滤波器的射频信号，通过1R1、1R2、1R3组成耦合器、1U2的高隔离射频开关、自动增益控制3的衰减器(1U3)、1U5、1U6、1U7、1U8所组成的平衡结构放大器、功放模块1U9、30dB耦合器等。其中由1R1、1R2、1R3组成的耦合器为1U1提供检测信号，以使1U11A在PWRin、Switch levelsetting、in over load三个外设电平控制下，完成对1U2的Vct1端的开关控制，以防止输入信号过大。1U3是通过30dB耦合器耦合信号送给检测器1U13转换成直流电平给1U4A运放比较输出来控制的。1U10是反射损耗的检测器。1U12是1U9功放模块30V的电流检测器。
图13是功放的接口电路图。其反映图12中电流检测、反射损耗检测、输出功率检测等检测与控制的量，必须要通过接口电路进行模数转换或数模转换，通过软件进行各项数据处理。
图14是电/光转换模块电路图。来自低噪声放大器的射频信号，从6J1输入再经6U1、6U2放大到光模块足够所需电平，以驱动光模块正常工作。光模块除了足够的输入电平外，还需要对模块工作状态进行检测与设置，如接收光电平、激光器发光告警、探测器收无光告警和激光器使能的控制等。所以必须通过单片机6U8配合6U11进行AD转换或数据存储及处理。其它器件可参照图9，因为接口的原理是相同的。
图15是光/电转换电路图。它与图14正好相反，光模块进入的是光信号，输出的是电信号，即射频信号。7U2的放大是为了使中频处理获取足够的电平及良好的电路匹配。该电路的光模块同样要进行控制与检测，所以它的9芯输出直接与中央处理器(图10)相连。
图16是近端机接线图，它具体反映了近端机中各模块之间的信号线、数据线及电源线的连接关系；详见以下连接表1。
始端名称与代号 引脚号 末端名称与代号 引脚号
信号线 射频输入(BNC) 芯线 图6形成模块1J1 芯线
图6形成模块1J2 芯线 图14形成模块6J1 芯线
图14形成模块6J2 芯线 光模块6J7 芯线
光模块6J8(FC/APC) 尾纤 图3中光分路器6J9 尾纤
调制解调器天线连接器 芯线 图11形成模块J3 芯线
数据线 图6形成模块1J4 5 图14形成模块6J4 1
4 2
3 3
2 4
数据线 图6形成模块1J4 1 图14形成模块6J4 5
图14中光模块(9芯) 同号相连 图10形成模块J3 同号相连
图11形成模块J4 同号相连 图10形成模块J6 同号相连
图14形成模块6J6 1 图10形成模块J24 1
2 2
电源线 图6形成模块1J3 1 电源(10芯) 2
2 5
3 1
图14形成模块6J3 2 电源(10芯) 2
4 1
图11形成模块J1 1 电源(10芯) 1
2 2
图10形成模块Power 1 电源(10芯) 5
2 2
3 1
图10形成模块J14 1 告警LED1 LED直角
2 LED中脚
3 LED斜脚
4 告警LED2 LED直角
5 LED中脚
6 LED斜脚
电源(3芯) 1 220V电源插座 L
2 N
3 G
连接表1
图17是远端机接线图。它具体反映了远端机中各模块之间的信号线、数据线及电源线的连接关系；详见以下连接表2。
始端名称与代号 引脚号 末端名称与代号 引脚号
  信号线 图15形成模块7J2 芯线 图7、8、9形成模块2J1 芯线
图7、8、9形成模块2J2 芯线 频道滤波器 芯线
频道滤波器 芯线 图12、13形成模块1J1 芯线
图12、13形成模块1J2 芯线 输出连接器BNC 芯线
数据线 图15形成模块(9芯) 同号相连 图7、8、9形成模块J3 同号相连
图7、8、9形成模块4J2 1 图10形成模块J24 1
2 2
图12、13形成模块2J2 1 图10形成模块J24 1
2 2
电源线 图15形成模块7J1 1 电源(10芯) 2
2 1
图7、8、9形成模块4J1 2 电源(10芯) 2
4 1
5 5
图12、13形成模块2J3 1 电源(10芯) 3
2 2
4 1
5 5
6 6
图10形成模块Power 1 电源(10芯) 5
2 2
3 1
电源(3芯) 1 220V电源插座 L
  电源线 电源(3芯) 2 220V电源插座 N
3 G
连接表2

Claims (5)

1、一种使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，其特征是：主要包括接收天线、近端机、光缆、远端机以及发射天线，近端机输出的光信号通过光缆长距离传输给多个远端机；其中接收天线，用于接收来自主发射台的数字电视信号；近端机，主要包括低噪声放大器、电/光转换模块、调制解调器、中央处理器和电源，用于将输入的信号调制成光信号，中央处理器用于根据调制解调器解调的网管指令进行各种数据处理，其结果传给各远端机或传给调制解调器解调进行网络通信；远端机，主要包括光/电转换模块、中频处理模块、频道滤波器、功放、中央处理器和电源，用于将光信号转换成射频信号，然后进行中频处理、放大和滤波，最终经功率放大把信号送入发射天线；发射天线，用于将放大后的信号发射出去，以覆盖目标区域。
2、根据权利要求1所述的使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，其特征是：当输入信号小于-56dBm时，增设由频道滤波器和低噪声放大器组成的塔顶放大器，用于将从接收天线通过同轴电缆线送入的信号预放大后送入近端机，其电源是由近端机的输入端馈电提供的。
3、根据权利要求1或2所述的使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，其特征在于：所述的近端机中低噪声放大器把输入射频信号放大后，其输出功率电平达到电/光转换模块的输入功率电平的要求；电/光转换模块通过接口电路受控于32位的中央处理器，用于输出额定的光功率信号；中央处理器用于低噪声放大器和电/光转换模块的控制与查询，包括远端机通过光缆传输过来的数据信号，并通过调制解调器和GSM网对近端机和远端机进行远程网管。
4、根据权利要求1或2所述的使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，其特征在于：所述的远端机把输入的光信号通过光/电转换模块进行解调，形成射频信号，把射频信号送入中频处理模块进行上下变频、滤波和放大等信号处理，然后用BPF腔体带通滤波器进行滤波，滤除其它非线性产物，获取纯净的频道信号，最后送给PA功率放大并由发射天线发射出去。
5、根据权利要求1或2所述的使用光纤传输数字电视信号的同频转发功率增强器系统，其特征在于：设计了三个自动增益控制电路，用于获得恒定的输出功率；其中藕合器1、藕合器2和藕合器3分别是自动增益控制1、自动增益控制2和自动增益控制3的信号藕合器，藕合器藕合的信号通过检测器变换成控制电压去调整信号链路上的衰减器。
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