专利名称：宽带无线接入系统基站装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽带无线固定接入系统的无线通讯的装置，尤其涉及通讯领域中的宽带无线综合业务接入的基站装置。
支持IP(因特网协议)数据接入业务和电路接入业务，可以采取不同的空中接口实现方案，比较成熟的行基于IP的空中分组传输方案(方案A)和基于时分复用的空中电路传输方案(方案B)。以下对各方案的优缺点进行比较。
方案A在空中采用基于分组交换的MAC(媒质接入控制)层协议，将业务数据组合成数据包进行分组包交换，由于其原理与IP数据网络一致，对IP数据业务有很好的支持能力。但这种方案对电路业务支持比较困难，一般采用VoIP(因特网语音电话)方式实现话音业务，几乎不能支持固定租用线业务。该方案可采用的空中MAC协议比较多，技术比较成熟，成本也相对便宜，BreezeCom公司的宽带无线接入产品即采用这种方案。BreezeCom产品的空中接口采用无线局域网802.11MAC协议，提供10Base_T(10兆以太网)网络接口，采用VoIP技术支持话音业务，空中可用带宽为2Mbit/s(兆比特每秒)左右，但是，受MAC协议限制，空中带宽不能全双工使用，带宽利用率比较低。
方案B在空中采用时分复用方式，为每个终端分配固定带宽，能够很好地支持电路业务，对于IP数据业务也可以通过固定租用线方式解决。该方案的最大缺点是空中带宽不能根据业务数据流量大小进行动态分配，当网络中IP数据业务比重大时，不能进行用户带宽再分配，带宽利用率极低。为了克服这一缺陷，一种改进方式是将空中带宽分割成若干基本单位，根据终端请求进行分配，但是由于分配单位固定，带宽利用率仍不高。采用这种方式的有SRT、AirSpan等公司的产品，这类产品对IP数据业务接入的支持能力是比较差的。
本发明是这样实现的，该宽带无线接入系统基站装置包括室内单元和与其相连接的室外单元，该室外单元主要由以射频电缆相连接的射频单元和与之相对应的天线单元构成，该室内单元含有-48伏电源，其特点是，该室内单元还含有后接该-48伏电源并依次以电路联结的两块二次电源模块、背板和若干个提供骨干网络接口与基带中频接口的接入单元；而且，其中每一个接入单元和与其相连接的该室外单元通过中频电缆连接而构成一个扇区，占用该天线单元中的一根天线；每个扇区提供各自独立的骨干网络接口。上述的天线单元采用扇区天线或全向天线。所述的天线单元是采用6扇区天线，即60度天线，有6个射频单元和6个基站接入单元与之相对应连接；所说的骨干网络接口，包括2个E1电路连接接口和一个10MHZ以太网络接口，而且，空中接口的上行链路采用空发模式，下行链路采用连续模式；所说的连接接入单元与室内单元的中频电缆其复用传输接收中频和发信中频，以及电源，监控信号和频率基准。所说的接入单元包括以双向电路相连接的网络接口模块和基频模块；所说的网络接口模块包括业务接口单元和分别与其成双向电路联结的媒质接入控制单元，主控单元；其中，该业务接口单元分别与个E1接口和一个10MHZ以太网接口成双向连接，该主控单元双向连接串口RS232；该媒质接入控制单元和主控单元则分别与基带中频模块成比向电路联结；所说的网络接口模块中媒质控制单元的主体是一只协处理器，而且，主控单元的主体是一只主处理器，它们之间还接有由一可编程逻辑部件；所说的协处理器是MPC8240最小系统；所说的主处理器是MPC860最小系统；所说的基带中频模块包括成双向电路联结的基带处理单元和中频单元，其中，该基带处理单元双向连接网络接口模块；向中频单元则连接射频单元的中频接口；所说的基带片单元包括下行连续调制方式的数据和发送部件，上行突发解调方式的数据接收和解调部件，发送室外单元的参考振荡源、连接与室外单元的监控通讯的调制解调器和依次以电路联结的调制器，低通滤波器和数控增益放大器，送往室外单元的发送中频采用低中频，为42MHZ；该数据接收和解调部件包括依次以电路联结的调谐器，中频滤波器，自动增益中频放大器和解调器、从室外单元发送来的接收中频为176MHZ高频信号，将其变频至27MHZ，再进行解调处理。
本发明的系统软件包括主处理器驻留软件部分和MAC控制器驻留软件部分。主处理器驻留软件驻留在主处理器上，完成系统控制、网络接口协议栈、网络管理和部分的空中接口协议栈功能；MAC控制器驻留软件驻留在MAC控制器上，完成空中协议栈功能。
本发明装置，与现有技术相比，既能较好地支持IP数据业务、充分利用空中带宽，又能较好地保证对电路业务的服务质量，很好地满足应用要求。
图2是本发明的基站设备硬件框图。
图3是本发明的室外射频单元硬件框图。
图4是本发明的接入单元功能框图。
图5是本发明的网络接口部分的硬件原理框图。
图6是本发明的基带中频部分的硬件原理框图。
图7是本发明的基站设备软件系统总体示意图。
图8是本发明的基站设备软件系统应用软件示意图。
宽带无线接入系统是点到多点的固定无线接入产品，系统在组网时，由一个基站设备或1和若干个终端设备或简称终端2组成一个蜂窝，再由若干个蜂窝通过合理的规划和设计就可以覆盖整个用户地区。每个蜂窝内部可以划分成若干个扇区，本装置采用6扇区(60度天线)的典型配置。距离在200米到5公里范围内的若干个终端2根据网管的指配，获得一定等级和容量的业务。每个基站设备1由6个基站接入单元111组成，由电源模块113通过背板112进行统一供电。
基站设备1在骨干网络接口提供2个E1电路连接接口和10兆以太网接口，空中接口的上行链路采用突发模式，各终端2必须按照协议在合适的时间以TDMA(时分多址)方式访问上行信道。下行链路采用连续的模式，基站设备1以广播的方式向所有终端2发送数据，系统必须将突发的下行数据包汇聚到连续的MPEG(运动图象专家组标准)传输流上，由各终端2在MPEG流上检出各自的接收信息。基站设备1需要将下行的离散的数据包汇聚到连续的MPEG传输流上，并通过连续调制方式调制成中频波形，同时将上行的突发调制的中频信号解调成数据包。
请参阅附图
2，它描述了基站设备1的硬件结构组成。
基站设备1在整个系统中位于骨干网络一侧，是整个蜂窝的业务接入点，具体的硬件可划分为2个主要的部分室内单元(IDU)11和室外单元(ODU)12。
基站设备1中的室内单元11的业务模块是接入单元(AU)111，接入单元111是一块单板，提供骨干网络接口、基带处理和中频接口。一个接入单元111和与其连接的室外单元12通过中频电缆13连接，一起构成一个扇区，使用1根天线122，每个扇区提供各自独立的骨干网络接口。在室内单元11的机框中提供两块电源模块113，工作在热备份的主备状态，以提高设备的可靠性。
基站设备1中的室内单元机框共提供6个接入单元111和2个电源模块113。电源模块113通过后背板112向接入单元111提供若干组工作电压。
基站设备1采用-48V电源供电，由机内的二块二次电源模块113将-48V转换为一组工作电压，提供给接入单元111使用。室外单元12的供电通过中频电缆13馈送，室外单元12的供电的开关位于与之连接的接入单元111的面板上。
接入单元(AU)111分成两个电路模块网络接口模块1111和基带中频模块1112。
请参阅图3，它描述了室外射频单元121的硬件原理框图。
射频单元121给宽带无线接入系统基站设备1提供无线通道，完成频谱搬移、滤波和放大等处理。射频单元121通过一根中频电缆13与室内单元11连接，以简化工程安装。中频电缆13中同时传输接收中频和发信中频以及电源、监控信号、频率基准(如果室外单元12的频率稳定度不能满足要求，可使用室内单元提供的频率基准)。通过一根射频电缆123与天线122连接。
射频单元121包括发射电路1211、接收电路1212、监控电路1213和电源电路1214组成。
基站设备1的发送频率在下行频率上，接收频率在上行频率上。在上、下行两条链路上，因为各终端2到基站设备1的距离不相同而产生了链路损耗差别，在下行链路上由终端2的AGC(自动增益控制)电路来消除这种链路损耗的差别，而在上行链路上则由终端2的自动功率控制来消除这种链路损耗的差别。所以在技术指标上，基站设备1的功能控制范围较小，终端2的功率控制范围较大。因为基站设备1工作在16QAM(正交幅度调制)的调制方式上，要求发射的功率相对也要大一些，线性指标也要求高一些射频单元121的双工方式
基站设备1与终端设备2之间的双向通信工作于频分双工(FDD)方式。
无线双工的频率范围下行3500MHz(兆赫兹)～3530MHz，上行3400MHz～3430MHz；双工频率间隔100MHz双工器收对发的抑制大于80dB(分贝)。射频单元121多址方式因系统是TDMA时分多址方式的PMP(点对多点)应用，射频单元121应支持TDMA多址方式，适应突发模式对电源、EMC(电磁兼容性)方面的要求。射频单元2的波道划分信道间隔取3.5MHz。3.5MHz信道间隔中心频率3401+3.5n(n＝0……8)3501+3.5n(n＝0……8)相邻波道间隔为3.5MHz，最近收发信道间隔为72MHz。
请参阅图4，它描述了室内单元11中的接入单元111的硬件结构。如图所示，接入单元111分成两个电路模块，一个是网络接口模块1111，包括业务接口单元11111和分别与其成双向电路联结的MAC控制单元11112和主控单元11113该MAC控制单元11112与主控单元11113也以双向电路相联结，另外一个是基带中频模块1112，它包括成双向电路联结的基带处理单元11121和中频单元11122，而且，该基带处理单元11121分别与MAC控制器11112和主控单元11113成双向电路联结；而中频单元11122与中频接口成双向电路联结。对接入单元1111中各功能电路的任务归纳如下—业务接口单元11111完成业务数据的收发和预处理；—主控单元11113完成对业务接口单元11111、MAC控制器单元11112、基带处理单元11121和室外射频单元12的控制和监视，网管消息的处理，同时担负IEEE802.3协议的处理工作；—MAC控制器单元11112完成基于DOCSIS(电缆数据传送接口标准)协议的空中接口协议；—基带处理单元11121完成FEC(前向纠错编码)编解码、扰码、同步、调制解调等功能；—中频单元11122完成下变频及中频信号的复用。
请参阅图5，它描述了接入单元111的网络接口模块1111的硬件结构原理图。如图所示，网络接口模块1111分成4个物理部分网络业务接口111110、可编程逻辑部件111132；协处理器111121；它采用MPC8240最小系统和主处理器111131，它采用MPC860最小系统。其中可编程逻辑部件1111213的一部分与协处理器111121最小系统部分组成MAC控制器单元11112，完成空中MAC控制；可编程逻辑部件1111213的另一部分与主处理器(MPC860)最小系统部分组成主控单元11113，完成主控功能。协议的TC、PMD和与MPC8240的接口以对网络业务接口111110送来的数据予处理。
请参阅图6，它描述了接入单元基带中频部分的硬件原理图。
接入单元111同时提供两种骨干网络接口(SNI)2路基于标准E1的电路接口和1路基于10Base-T的10Mbps以太网接口，由于两种业务的性质不同，对这两种业务的要求遵循<接入网技术要求-3.5GHz固定无线接入)标准(草案)规定。在本系统中，将这两种不同性质的业务纳入到一个协议栈中，从而使本系统可以同时提供两种不同类型的业务，并达到标准的要求。MAC控制器单元11112将电路业务和IP业务汇聚在物理层上，形成一个连续的传输流，通过基带处理单元11121调制成中频复用在中频电缆13上，对于接收中频流程正好相反。接入单元111中的基带处理单元11121完成下行的连续调制，加上上行突发解调两个工作。
在接入单元111中的基带处理单元11121要完成五部分的工作—数据的调制和发送部件，其主要由一枚调制器111210，低通滤波器11121和一只数控增益放大器11122依次以电路连接构成。在基站设备1侧，采用的是下行的连续调制方式；送往室外单元12的发送中频采用低中频，为42MHz。
—数据的接收和解调部件，其主要由一只调谐器111213，中频滤波器111214，AGC中频放大器111215和一枚解调器111216依次以电路连接组成。在基站设备1侧，采用的是上行的突发解调方式；从室外单元12送来的接收中频是176MHz高中频信号，由调谐器将其下变频至27MHz，再进行解调处理。
—馈送室外单元12的参考振荡源111217，因考虑到室外的工作温度的差异比较大，对振荡器的频率稳定度的影响比较大，因此将室外单元的参考源放于室内。
—馈送室外单元的供电电源111214，室外单元的供电也必须经由IF电缆馈送。
—连接与室外单元的监控通讯的调制解调器111218，通过ASK(幅移键控)调制的方式，监控室外单元的工作，如锁相环指示，发射功率控制，接收增益控制等。
请参阅图7，它描述了基站设备1的软件系统3总体示意图。
宽带无线接入系统基站设备1中的软件系统3可以分为应用软件部分31和支撑软件部分32，其中应用软件部分31包括协议栈部分和网管部分。协议栈包括网络接口协议栈和空中接口协议栈，为业务数据和网管数据提供数据通道；网管部分包括远程集中网管、远程登录、本地网管和内部集中网管，支持基于SNMP(简单网管协议)协议的远程网管、基于远程登录的字符界面网管和通过串口连接的本地网管，并在系统内部实现以基站设备1为中心的基站设备1、终端设备2集中网管。支撑软件部分32包括操作系统323、BSP(硬件驱动)324、数据库322和系统控制321，为软件系统正常运行提供支撑平台，完成多任务操作系统支持平台、硬件驱动平台、数据库平台、系统启动和故障检测功能。
其中的操作系统323、数据库322和系统控制321功能模块为通用模块。BSP部分324与处理器硬件平台密切相关。基站设备驻留软件的应用软件部分31主要包括协议栈和网管。
基站设备软件系统3分别驻留在主处理器(MPC8240)和协处理器(MPC860)上。
请参阅图8，它描述了基站设备软件系统应用软件31示意图。如图所示其中网络接口协议栈为远程网管数据和业务数据提供数据通道，实现远程网管数据收发、IP业务数据转发等功能，涉及的协议子层是LLC(逻辑链路控制)子层、IP(因特网协议)层、UDP(用户报文协议)协议、TCP(传输控制协议)协议、ARP(地址解析协议)协议、SNMP(简单网络管理协议)协议、TFTP(简单文件传输协议)协议、TELNET(远程登录)协议和DHCP(动态主机配置协议)协议；空中接口协议栈为内部集中网管数据和业务数据提供空中数据通道，实现IP业务数据转发、内部集中网管数据收发、空中带宽分配等功能，涉及的协议子层是MAC子层、链路安全子层、LLC子层、IP层、UDP层、ARP协议、SNMP协议、TFTP协议和DHCP协议；远程网管实现基于SNMP协议的网管代理和远程登录字符界面网管接口，向远程网管中心提供符合SNMP(V2)协议的标准网管协议接口和远程登录接口，网管Agent(代理)部分完成基站设备的配置、告警、性能、计费、安全功能，并通过内部集中网管部分软件实现终端设备网管信息的转发；本地网管提供通过串口连接的超级终端字符接口，将命令翻译后与远程网管软件共用网管代理部分，实现超级终端登录方式的本地维护功能；内部集中网管通过空中接口协议栈实现基站设备对终端设备的集中网管，在基站设备上驻留内部集中网管的系统管理部分，与终端设备的网管代理之间采用内部接口。
主处理器软件子系统的应用软件部分包括网络接口协议栈(LLC子层、IP层、UDP协议、TCP协议、ARP协议、SNMP协议、TFTP协议、TELNET协议和DHCP协议部分)、空中接口协议栈(IP层、UDP层、ARP协议、SNMP协议、TFTP协议和DHCP协议部分)、远程网管、本地网管、内部集中网管；协处理器软件子系统的应用软件部分包括空中接口协议栈的MAC子层、链路安全子层和LLC子层。
前述方案A与方案B的装置基本结构一般分为网络接口处理和空中接口处理部分，网络接口处理部分完成业务接口、空中接口MAC控制、主控等功能，空中接口处理部分完成基带处理、中频处理和射频处理。本装置与前述方案的主要不同之处在于空中接口MAC控制器部分，本装置的空中接口MAC控制器能够将电路业务和IP数据业务结合在一起进行混合空中传输，并且即能够满足两种业务的传输要求，又能够有效地利用空中带宽。因此，本装置能够很好地支持话音电路和IP数据业务的综合接入，并能够很好地利用空中带宽，与现有技术相比，能够很好地满足实际使用需求。
权利要求
1.一种宽带无线接入系统基站装置，包括室内单元(11)和与其相连接的室外单元(12)，该室外单元(12)主要由以射频电缆(123)相连接的射频单元(121)和与之相对应的天线单元(122)构成，该室内单元(11)含有一48伏电源；其特征在于，该室内单元(11)还含有后接该48伏电源并依次以电路联结的两块二次电源模块(113)、背板(112)和若干个提供骨干网络接口与基带中频接口的接入单元(111)；而且，其中每一个接入单元(111)和与其相连接的该室外单元(12)通过中频电缆(13)连接构成一个扇区，占用天线单元(122)中的一根天线；每个扇区提供各自独立的骨干网络接口。
2.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于天线单元(122)采用扇区天线或全向天线。
3.根据权利要求1或2所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于天线单元(122)采用6扇区天线，由6个射频单元和6个基站接入单元(111)与之相对应连接。
4.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的骨干网络接口，包括2个E1电路连接接口和一个10MHZ以太网络接口，而且，空中接口的上行链路采用空发模式，下行链路采用连续模式。
5.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的连接接入单元(111)与室内单元(12)的中频电缆(13)其复用传输接收中频和发信中频，以及电源，监控信号和频率基准。
6.根据权利要求1或3所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的接入单元(111)包括以双向电路相连接的网络接口模块(1111)和基频模块(1112)
7.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的网络接口模块(1111)包括业务接口单元(11111)和分别与其成双向电路联结的媒质接入控制单元(11112)，主控单元(11113)；其中，该业务接口单元(11111)分别与二个E1接口和一个10MHZ以太网接口杨双向连接，该主控单元(11113)双向连接串口RS232；该媒质接入控制单元(11112)和主控单元(11113)则分别与基带中频模块(1112)成比向电路联结。
8.根据权利要求7所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于网络接口模块(1111)中媒质控制单元(11112)的主体是一只协处理器(111121)，而且，主控单元(11113)的主体是一只主处理器(111131)，它们之间还接有由一可编程逻辑部件(111132)。
9.根据权利要求8所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于其特征在于所说的协处理器(111121)是MPC8240最小系统。
10.根据权利要求8所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的主处理器(111131)是MPC860最小系统。
11.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的基带中频模块(1112)包括成双向电路联结的基带处理单元(11121)和中频单元(11122)，其中，该基带处理单元(11121)双向连接网络接口模块(1111)；向中频单元(11122)则连接射频单元(121)的中频接口。
12.根据权利要求6所述的宽带无线接入系统基站装置，其特征在于所说的基带片单元(11121)包括下行连续调制方式的数据和发送部件，上行突发解调方式的数据接收和解调部件，发送室外单元(12)的参考振荡源(111217)、连接与室外单元(12)的监控通讯的调制解调器(111218)和依次以电路联结的调制器(111210)，低通滤波器(111211)和数控增益放大器(111212)；该数据接收和解调部件包括依次以电路联结的调谐器(111213)、中频滤波器(111214)、自动增益中频放大器(111215)和解调器(111216)。
全文摘要
一种宽带无线接入系统基站装置，包括室内单元和与其相连接的室外单元，该室外单元主要由以射频电缆相连接的射频单元和与之相对应的天线单元构成，该室内单元含有－48伏电源；其特征在于，该室内单元还含有后接该－48伏电源并依次以电路联结的两块二次电源模块、背板和若干个提供骨干网络接口与基带中频接口的接入单元；而且，其中每一个接入单元和与其相连接的该室外单元通过中频电缆连接构成一个扇区，占用天线单元中的一根天线；每个扇区提供各自独立的骨干网络接口。本发明既能较好地支持因特网数据业务，充分利用空中带宽，又能较好地保证对电路业务的服务质量，很好地满足应用要求。
文档编号H04W88/08GK1409563SQ01126788
公开日2003年4月9日 申请日期2001年9月18日 优先权日2001年9月18日
发明者范炯毅, 刘辉, 王云峰, 张志华, 周晓星, 谢高辉, 杨采坚 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司上海第二研究所