WO2014194442A1 - 适于合并分布式天线系统的信号传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一适于合并DAS的信号传输装置。根据本发明的一实施例，该信号传输装置连接至室内基带处理单元，包含近端中频模块、多个远端射频模块，及一连接近端中频模块与远端射频模块的中频电缆。该近端中频模块包含多个数字中频处理模块及一中频宽带功率放大器，其中多个数字中频处理模块分别处理多天线或多技术标准信号中的每一个，并合并连接至该中频宽带功率放大器。多个远端射频模块分别对应多天线或多技术标准信号中的每一个，且多个远端射频模块中的每一个包含混频器、射频功率放大器，及天线。本发明使用一中频电缆传输多天线或多技术标准信号，实现与现有DAS系统的无缝对接，从而避免投入大量的人力和物力。

Description

适于合并分布式天线系统的信号传输装置

技术领域

本发明是关于无线通信的信号传输装置， 特别是适于合并分布式天线系统 （DAS, distributed-antenna system) 的信号传输装置。

背景技术

尽管传统的分布式天线系统广泛应用于室内覆盖场景， 然鉴于多进多出 （MIMO, multiple-input multiple-output)系统的诸多优点， 其亦成为室内覆盖场景布置的新趋势。

图 1所示是一个 MIM0系统与 DAS组合应用的无线通信系统 10的示意图。在图 1中， 符合时分长期演进 （TD-LTE , Time Divi s ion-Long Term Evolut ion ) 标准的射频拉远 单元（RRU， Radio Remote Unit ) 12通过光纤 14与室内基带处理单元 (BBU, Bui lding Base band Unit) 16连接。 该射频拉远单元 12具有 4个天线端口， 各天线进一步通过射频电 缆 （天线） 与一 DAS系统 18连接。 各 DAS系统 18是一个由合路器（combiner) 180、 耦 合器 （coupler ) 182和功分器（divider) 184组成的无源网络。 以射频拉远单元 12的第 一天线端口为例， 其信号通过合路器 180与信源 1 1提供的全球移动通信系统 /数字通信 系统 /时分-同步码分多址 （ GSM/DCS/TDS-CDMA， Global System for Mob i le Communicat ions/Digital ce l lular system/Time Divi s ion-Synchronous Code Divi s ion Mult iple Access ) 等信号合路后， 通过耦合器 182在各个楼层和各个房间进 行功率分配， 且如果需连接多个天线一般通过功分器 184来进行功率分配， 从而为手机 13等移动终端提供无线通信服务。 对于其它三路天线端口， 根据现有的布署方式， 需要 重复上述方式， 铺设相应的三条通道。

由此可见， 该组合应用的无线通信系统 10 存在诸多缺点， 其一是由于每一天线需 要一个独立的 DAS系统 18， 因而该组合应用的无线通信系统 10需要很多的射频电缆； 其二是射频电缆的损耗很严重， 特别是在所应用的高频带， 例如 2. 1G或 2. 3G长期演进 系统所使用的高频带； 其三是传统的 DAS系统 18都是单进单出 （SIS0， s ingle-input s ingle-output ) 系统， 因而如要组合新的多进多出系统势必需要增设或替换大量的有 源和无源射频元件， 这些大量的部署工程随着日渐走高的人力成本而显得愈发昂贵。 此外， 现有的多技术标准， 如 LTE、 WCDMA、 GSM在与 DAS组合应用时存在类似的问 题。

随着移动通信的技术和市场发展及用户对移动通信质量要求的进一步提高， 上述技 术问题亟需解决。 发明内容

本发明的目的之一在于提供中一种适于合并 DAS的信号传输装置， 其可实现多天线 或多技术标准系统与 DAS的组合应用， 而不致大量增加电子器件及铺设新的 DAS系统。

本发明的一实施例提供一适于合并 DAS的信号传输装置， 该信号传输装置连接至室 内基带处理单元， 包含近端中频模块、 多个远端射频模块， 及一连接近端中频模块与远 端射频模块的中频电缆。 该近端中频模块包含多个数字中频处理模块及一中频宽带功率 放大器， 其中多个数字中频处理模块分别处理多天线或多技术标准信号中的每一个， 并 合并连接至该中频宽带功率放大器。 多个远端射频模块分别对应多天线或多技术标准信 号中的每一个， 且多个远端射频模块中的每一个包含混频器、射频功率放大器， 及天线。

在一实施例中， 该多天线信号是多进多出系统信号， 该多技术标准信号包含 LTE、 WCDMA、 GSM中的至少一者。 近端中频模块靠近 BBU侧设置或设置于 BBU侧。 近端中频模 块中的多个数字中频处理模块可整合在一起， 共享具有通用功能的模块。 在另一实施例 中， 经整合的近端中频模块与 BBU放置在同一机柜内， 对应多个技术标准的多个 BBU放 置在 BBU池内。 在又一实施例中， 近端中频模块进一步包含数字调制模块， 其是数字控 制振荡器。 其中数字调制模块将多天线信号合并在一个中频信道并调制至中继载波的相 邻的不同子载波传输， 且不同子载波之间具有频率间隔； 将多技术标准信号合并在一个 中频信道并使用特定的频率间隔调谐至相同的中继载波传输。 根据本发明一实施例， 中 继载波是 200-300MHz。 该信号传输装置可以是一射频拉远单元。

本发明的适于合并 DAS 的信号传输装置划分为近端中频模块与远端射频模块， 仅 需一中频电缆传输多天线或多技术标准信号， 实现与现有 DAS 系统的无缝对接， 从而 避免投入大量的人力和物力。 由于中频载波频率低， 因此电缆损耗很低。 而且中频宽带 功率放大器的功率远低于普通的射频宽带功率放大器， 而远端射频模块的射频功率放大 器功率亦非常小， 因而本发明还具有功耗低的优点。 附图说明 图 1所示是一个 MIMO系统与 DAS组合应用的无线通信系统的示意图； 图 2是一多标准无线通信信号的射频拉远单元的结构示意图；

图 3 例示了根据本发明一实施例的适用于合并分布式天线系统的多天线的信号传 输的频带示意图；

图 4 例示根据本发明一实施例的适用于合并分布式天线系统的多标准的信号传输 的频带示意图；

图 5例示根据本发明一实施例的适于合并 DAS的信号传输装置的结构示意图； 图 6例示了根据本发明一实施例的适于合并 DAS的信号传输装置的结构示意图；及 图 7例示了根据本发明一实施例的适于合并 DAS的信号传输装置的结构示意图。

具体实施方式

为更好的理解本发明的精神， 以下结合本发明的部分优选实施例对其作进一步说 明。

用于室内覆盖的分布式天线系统是通过射频拉远单元与信号处理单元， 如室内基带 处理单元通信。 而对于多技术标准场景， 其通常是由相同操作器同步操作的， 需要不同 的室内基带处理单元与射频拉远单元。

图 2是一多标准无线通信信号的射频拉远单元 20的结构示意图。 如图 2所示， 对 应不同的标准， 如宽带码分多址 （WCDMA, Wideband Code Divi s ion Mult ipl e Access) 与 LTE， 提供与不同的 DAS (未示出） 合并应用的射频拉远单元 20。 各射频拉远单元 20 主要包含 3大模块。一个是数字中频处理模块 22，包含通用公共无线接口（CPRI， Common Publ ic Radio Interface ) 处理， 数字上变频（DUC， DigitalUp Converter)、 波峰因子 衰减（CFR， Crest Factor Reduct ion)和数字预失真（DPD， Di gital Pre-di stot ion) ; 另一个是小射频信号处理模块 24， 包含数字模拟转换器（DAC， Digital to analog converter) , 滤波器和混频器等； 再一个是射频板 26， 包含功率放大器（PA, Power Ampl ifier)与腔体滤波器（FEU, cavity fi l ter)。 经数字中频处理模块 22 处理的数字 信号进一步经数字调制模块 28 借助数字控制振荡器 (亂 numerical control led osci l lator ) 实现数字调制而后提供至小射频信号处理模块 24， 如 DAC。 由于对应不同 的技术标准， 需铺设相应的多条信号传输通道以分别合并不同的 DAS , 势必会消耗更多 的电子器件并带来庞大的工程施工。 这一方面会拉高服务提供商的运营成本， 进而推动 无线通信资费的增加， 另一方面也造成不必要的资源浪费。 根据本发明实施例的适于合并 DAS的信号传输装置可有效的解决上述问题。简单清 楚起见， 本发明说明书仅以该信号传输装置的下行链路传输为例进行解释。

对单标准、 单天线多载波系统而言， 并不存在频率间隔。 以 WCDMA 5MHZ带宽、 4载波为例， 下行链路的 4个载波信号在一射频信道传输， 该射频信道位于射频拉远单 元的收发天线与功放板。这些信号在上行链路信道中同样经过相同的低噪声放大器 (LNA, Lower Noise Ampl ifier)模块。 如果室内基带处理单元是 4 X 4 MIM0系统， 有 4根天线； 则需要 4个射频信道来处理 4根天线上的 4个不同信号。

根据本发明一实施例的适用于分布式天线系统的信号传输装置，则借助数字控制振 荡器将该 4个不同信号合并在数字中频（DIF, Digital Intermdediate Frequency) ,该 数字控制振荡器调制至 4个相邻的子载波。由于 4个不同信号合并在一个中频信道传输， 避免了增设对应额外 3根射频电缆 （天线） 的 DAS的器件开销和庞杂工程施工。 图 3例 示了根据本发明一实施例的适用于合并分布式天线系统的多天线的信号传输的频带示 意图。如图 3所示， 其中 f_IF是中继载波， 设定子载波的频率间隔是 GAP1 , 则该 WCDMA 5MHz 带宽、 4 X 4 MIM0 信号传输所占用的带宽是 20+4 X GAPl。 通常中继载波大约是 200-300MHz , 因而在该频带内电缆损耗是可接受的。

类似的， 对于多技术标准场景， 根据本发明一实施例的用于分布式天线系统的信号 传输装置， 则将合并的中频信号用特定的频带间隔 GAP2调谐， 然后在同一通道内传输。 即， 在天线侧 （接近终端用户） ， 中频信号经混频器滤波和调制至不同载波频率， 且该 不同载波频率之间有间隔 GAP2。图 4例示根据本发明一实施例的适用于合并分布式天线 系统的多标准的信号传输的频带示意图，该多标准是 LTE-FDD与 WCDMA。假定该 LTE-FDD 系统传输的是 20MHz带宽单天线信号， WCDMA系统传输的是 5MHz带宽、 4 X 4 MIM0 信号。 如图 4所示， 其中 f_IF是中继载波， 两个不同标准的信号之间的频率间隔的 GAP2 , 该 LTE-FDD与 WCDMA标准信号传输所占用的带宽是 40+GAP2。 GAP1与 GAP2的选取 可由本领域技术人员根据整个系统的指标要求， 器件选型， 性能的折衷处理等经实验获 取， 非本发明的重点所在， 故不赘述。 类似的， 由于不同标准的信号合并在一个中频信 道传输， 避免了增设额外的电子器件， 如用于新设 DAS的器件开销和庞杂工程施工。

图 5例示根据本发明一实施例的适于合并 DAS的信号传输装置 50的结构示意图。 如图 5所示， 该信号传输装置 50可以是一个重新定义的射频拉远单元， 包含一近端中 频模块 52和对应各天线或技术标准信号的多个远端射频模块 54，该近端中频模块 52与 多个远端射频模块 54藉由中频电缆 56连接在一起。

该近端中频模块 52临近或合并至室内基带处理单元 (未示出)侧，主要包含对应各天 线或技术标准信号的数字中频处理模块 520及合并各天线端口或技术标准信号的宽带功 率放大器 522。 各数字中频处理模块 520可以是一通常的结构， 包含 CPRI、 DUC、 CFR, 及和 DPD等。 经数字中频处理模块 520处理的信号进一步进行数字调制， 如使用 NCO 实现。 而后数字调制后的信号提供至 DAC进行数模转换。 在一些实施例中， 可没有模 拟中频， 无需进行数模转换而直接进行数字射频发射。 经一系列处理后的多天线信号或 多技术标准的中频载波信号合并至一中频宽带功率放大器 522而在一中频电缆 56传输。 相较于传统的射频拉远单元的射频部分的射频宽带功率放大器， 由于该中频宽带功率放 大器 522在中频相位将多天线和多技术标准信号合并至相同的中继载波， 带宽并不需要 向射频宽带功率放大器那样宽， 功率也低于射频宽带功率放大器。 以 60dB的射频宽带 功率放大器为例， 本发明的中频宽带功率放大器 522可为 40dB。

各远端射频模块 54靠近终端用户 （未示出） 设置， 通过中频电缆 56与近端中频模 块 52连接。 各远端射频模块 54主要包含混频器 540、 射频功率放大器 542、 腔体滤波 器 544， 及天线 548。 在本实施例中， 中频信号经滤波器 546滤波进入混频器 540混频， 而后经腔体滤波器 544滤波以通过相应的天线 548传输。 对不同的技术标准， 及近端中 频模块 52与远端射频模块 54间的不同距离， 54远端射频模块的射频功率放大器 542的 功率是不同的， 但都很低。本实施例中对应 WCDMA与 LTE标准可分别是 8dB与 6dB。 显而易见， 根据本发明的射频拉远单元 50的功率远低于通常的射频拉远单元。

需要指出的是， 由于技术的发展和标准的频繁更新， 具有相同功能的部件往往具有 多个不同的称呼， 如射频拉远单元与远程无线电头 （RRH， Remote Radio Head) 常被交 替使用。 本发明专利申请书中所使用的技术名词是为解释和演示本发明的技术方案， 应 以其在本技术领域内所共识的功能为准， 而不能仅以名称的异同任意解读。

在其它实施例中， 该近端中频模块 52可进一步将对应不同天线或技术标准的具有 相同功能的部分模块整合在一起， 共享具有通用功能的模块如时钟、 功率模块等。 图 6 例示了根据本发明一实施例的适于合并 DAS的信号传输装置 60的结构示意图。 如图 6 所示， 该信号传输装置 60可以是一射频拉远单元， 具有与图 5 中相同的远端射频模块 64， 不同的是近端中频模块 62。 在该近端中频模块 62中， 对应不同天线或技术标准的 功能模块如数字中频处理模块 620、 数字调制模块 624、 数模转换器 626等整合在一起， 这需要更大的现场可编程门阵列 （FPGA， Field- ProgrammableGateArray) 方可实现， 而所需的数模转换器 626也需更大的采样率。 随着电子技术的发展， 这些对硬件和软件 的性能和参数的更高要求并不会带来多少困难， 但该整合的近端中频模块 62所节约的 资源和成本确实令人瞩目的。 根据本发明的另外实施例， 该整合的近端中频模块 62可进一步与室内基带处理单 元设置在同一机柜 102内。 图 7例示了根据本发明一实施例的适于合并 DAS的信号传 输装置 70的结构示意图， 其使用多标准、 4 X 4MIMO系统。 如图 7所示， 不同标准， 如 LTE、 WCDMA、 GSM的室内基带处理单元设置在 BBU池 (pool) 700内， 整合的近端 中频模块 62与该 BBU池 700连接并设置在同一机柜 702内。对应 MIM0系统的 4根天 线， 分别设置有对应 3个不同技术标准的远端射频模块 64， 对于其中需进一步连接多个 天线的天线端口， 通过分离器 (splitter)66来进行功率分配。 由于 LTE、 WCDMA、 GSM 三个不同技术标准的工作频率带宽有非常大的差异， 通常的室内布置需分别设置 3个独 立的系统方可； 而本发明则仅需一个即可。

综上所述， 本发明仅需一中频电缆传输多天线或多技术标准信号， 该中频电缆可以 是双绞线， 5 类线或光纤， 具体根据所要布置的环境设置。 由于中频载波频率低， 约 200-300MHZ , 因此电缆损耗很低。 另一方面， 中频宽带功率放大器的功率远低于普通的 射频宽带功率放大器， 而远端射频模块的射频功率放大器功率亦非常小， 因而本发明总 体所耗功率仍低于普通的射频拉远单元。 而且， 本发明中， 低噪声放大器是位于远端射 频模块的， 接近天线， 上行链路的系统噪声系数低， 因此上行链路性能优于现有的同类 系统或装置。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上， 然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于 本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。 因此， 本发明的保护范 围应不限于实施例所揭示的内容， 而应包括各种不背离本发明的替换及修饰， 并为本专 利申请权利要求书所涵盖。

Claims

权 利 要 求 书

1、 一种信号传输装置，适于合并分布式天线系统 (DAS, distributed-antenna system); 该信号传输装置连接至室内基带处理单元 （BBU, Building Base band Unit) ， 包含： 近端中频模块， 包含多个数字中频处理模块及一中频宽带功率放大器； 其中所述多 个数字中频处理模块分别处理多天线或多技术标准信号中的每一个， 并合并连接至该中 频宽带功率放大器；

一中频电缆， 连接所述近端中频模块； 及

多个远端射频模块，分别对应多天线或多技术标准信号中的每一个并连接至所述中 频电缆； 所述多个远端射频模块中的每一个包含混频器、 射频功率放大器， 及天线。

2、 如权利要求 1所示的信号传输装置，其中所述多天线信号是多进多出系统信号， 所述多技术标准信号包含 LTE、 WCDMA、 GSM中的至少一者。

3、 如权利要求 1所示的信号传输装置，其中所述近端中频模块靠近所述 BBU侧设 置或设置于所述 BBU侧。

4、 如权利要求 1所示的信号传输装置， 其中所述近端中频模块中的所述多个数字 中频处理模块整合在一起， 共享具有通用功能的模块。

5、 如权利要求 4 所示的信号传输装置， 其中经整合的所述近端中频模块与所述 BBU放置在同一机柜内。

6、 如权利要求 1所示的信号传输装置， 其中所述近端中频模块进一步包含数字调 制模块。

7、 如权利要求 6所示的信号传输装置， 其中所述数字调制模块将所述多天线信号 合并在一个中频信道并调制至中继载波的相邻的不同子载波传输， 且所述不同子载波之 间具有频率间隔。

8、 如权利要求 6所示的信号传输装置， 其中所述数字调制模块将所述多技术标准 信号合并在一个中频信道并使用特定的频率间隔调谐至相同的中继载波传输。

9、 如权利要求 7或 8所示的信号传输装置， 其中所述中继载波是 200-300MHz。

10、 如权利要求 6所示的信号传输装置， 其中所述数字调制模块是数字控制振荡 器。

11、 如权利要求 1所示的信号传输装置， 其是一射频拉远单元。

12、 如权利要求 5所示的信号传输装置， 其中对应所述多个技术标准的多个所述 BBU放置在 BBU池内。