针对大规模天线阵列的模数混合射频光纤传输架构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种通信领域的技术，具体是一种针对远距离分布式大规模天线阵列的模数混合射频光纤传输架构。
【背景技术】
[0002]为了应对更加复杂的应用环境，大规模MIMO(Multiple -1nput Multiple -Output，多输入多输出)无线通信系统可以采用远距离、分布式的布阵形式，以满足日益增长的传输速度和用户容量需求。远距离、分布式布阵的优势明显:对于基站而言，能够大大提升空间能量分布的均匀程度，有效降低整网的能量消耗水平，同时提升基站系统的空间协作水平，提高无线通信系统的传输速度和用户容量；对于用户而言也可以有效降低对终端的辐射功率要求，从而有效延长移动终端设备的电池续航时间，同时降低移动终端电磁辐射带来的健康风险。但是，目前分布式阵列仍然面临一些问题:采用分布式布阵后，远距离阵元间并不能保证良好的相参特性，难以统一控制和管理，分布式布阵的维护成本较高。
[0003]使用R0F(Rad1 Over Fiber，射频光纤传输)技术是克服分布式大规模阵列布阵瓶颈的有效途径。光纤在特定波长具有长距离低损耗的特点，支持射频信号的远距离低损耗传输，可以保证分布化后的远距离阵元之间的相参特性。光纤本身成本低廉、使用寿命长，光-电转换技术也比较成熟，使得ROF技术成为一个经济性较好的选择。
[0004]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103716089A，公开(公告)日2014.04.09，公开了一种射频信号光纤稳相传输方法。具体为:发送端将需传输射频信号进行光调制后通过光纤向接收端传输；接收端将频率为需传输射频信号频率的一半的本振信号进行光调制后通过所述光纤向发送端传输，发送端将接收到的本振信号的光调制信号通过所述光纤返回至接收端；接收端对光纤中输入的光信号进行解调，得到混合射频信号，然后从混合射频信号中分别提取出与需传输射频信号频率相同的第一信号以及与本振信号频率相同的第二信号；最后，先将第一信号与本振信号进行上变频，之后再将所得到的信号与第二信号进行下变频，最终得到稳相传输射频信号。但该技术在远距离、分布式的大规模MIMO天线阵列场景下，模拟ROF传输方式会引入非线性失真和噪声干扰，导致接收端的动态范围恶化，不能适应多用户间信号强度差异大的情况。
【发明内容】
[0005]本发明针对模拟ROF动态上的限制和数字ROF成本较高的问题，提出一种模数混合射频光纤传输架构，针对远距离分布式大规模天线阵列的模数混合射频光纤传输架构，针对大规模MIMO (Multiple -1nput Multiple - Output，多输入多输出)天线阵列的远距离、分布式的布阵场景，基于模数混合的ROF(Rad1 Over Fiber，射频光纤传输)技术，实现远距离分布式天线阵和近端数据处理设备之间的上/下行信号传输。其中上行链路采用数字ROF技术，有效提升了上行链路的接收动态范围，下行链路采用模拟ROF技术，简化远端模块结构，降低制造成本，并在下行链路中复用一路控制信号，完成对远端模块及天线阵元的实时控制。这种模数混合射频光纤传输架构，兼具经济性与可靠性，适用于远距离分布式大规模天线阵列的应用场景。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明采用远端模块分布式处理和近端模块集中式处理的架构，包括:远距离分布式天线阵与之射频光纤相连的近端数据处理设备，其中:远距离分布式天线阵包含多个远端模块，该远端模块与对应的天线阵元相连，并以分布式的方式完成上/下行信号的接收和发送；近端数据处理设备包含多个与所述远端模块对应连接的近端模块以及与近端模块相连的信号处理单元，该信号处理单元以集中式的方式完成上/下行链路的信号处理。
[0008]所述的分布式的方式完成上/下行信号的接收和发送是指:由远端模块进行模数转换产生上行信号且上行链路传输数字信号至近端模块；
[0009]所述的集中式的方式完成上/下行链路的信号处理是指:由近端模块进行数模转换产生下行信号且下行链路传输模拟信号至远端模块。
[0010]所述的远端模块和近端模块通过上行链路和下行链路组成的所述射频光纤相连，并采用模数混合的ROF方式进行通信，其中:每一个远端模块包括:上行链路部分和下行链路部分，二者通过环行器与天线相连，其中:上行链路部分包括:依次连接的上行放大/滤波模块、上行变频器、模/数转换器、并/串转换器和上行电/光转换器，下行链路部分包括:依次连接的下行光/电转换器、控制信号提取模块、可变增益放大器和下行放大/滤波模块；每一个近端模块包括:上行链路部分和下行链路部分，其中:上行链路部分包括:依次连接的上行光/电转换器和串/并转换器，下行链路部分包括:控制信号生成模块、数/模转换器、下行变频器、下行电/光转换器。
技术效果
[0011 ] 与现有纯模拟ROF技术相比，本发明提出了模数混合ROF技术，兼具经济性与可靠性，适合于分布式的天线阵列中应用，由于上行链路采用数字ROF技术，将模/数转换器前置，解决了模拟ROF动态范围上的限制。
[0012]与现有纯数字ROF技术相比，本发明对下行链路动态要求不高，在下行链路中采用模拟ROF技术，由近端模块的数/模转换器直接产生下行信号，避免在远端模块使用额外的数/模转换、变频和逻辑资源，降低制造成本。
【附图说明】
[0013]图1为本发明结构示意图。
[0014]图2为近端模块和远端模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0016]在本实施例中，基于本发明所提出的针对远距离分布式大规模天线阵列的模数混合射频光纤传输架构，给出了一个楼宇级的基站布设方案，将近端数据处理设备放置于楼内机房，楼顶各处分布式布设多个阵列单元。本实施例中无线信号的频带范围分别为:上行信号频带范围2000MHz - 2020MHz，下行信号频带范围2180MHz - 2200MHz。其中:
[0017]如图1所示，本实施例采用远端模块分布式处理和近端模块集中式处理的架构，包括:远距离分布式天线阵与之射频光纤相连的近端数据处理设备，其中:远距离分布式天线阵包含多个分布距离达到100米以上的远端模块，该远端模块与对应的天线阵元相连，并以分布式的方式完成上/下行信号的接收和发送；近端数据处理设备包含多个与所述远端模块对应连接的近端模块以及与近端模块相连的信号处理单元，该信号处理单元以集中式的方式完成上/下行链路的信号处理。
[0018]所述的远端模块和近端模块通过上行链路和下行链路组成的所述射频光纤相连，并采用模数混合的ROF方式进行通信，其中:
[0019]上行链路实现信号接收的功能，采用数字ROF技术，具有较大的动态范围，能够适应多个同时到达的接收信号之间信号强度差异大的情况；为此需要将模/数转换器前置到远端模块，在上行光纤中传输数字信号；
[0020]下行链路实现信号发送的功能，采用模拟ROF技术，具有远端模块结构简化、实现成本低的优势；为此需要采用WDM(Wavelength Divis1n Multiplexing，波分复用)技术，在下行光纤中复用一路低带宽控制信号，完成对远端模块及天线阵元的实时控制。
[0021]如图2所示，本实施例中每一个远端模块包括:上行链路部分和下行链路部分，二者通过环行器与天线相连。
[0022]上行链路部分包括:依次连接的上行放大/滤波模块、上行变频器、模/数转换器、并/串转换器和上行电/光转换器，其中:上行放大/滤波模块对环行器输出的接收信号进行放大和滤波降噪处理，上行变频器对输入信号进行下变频，将信号搬移到基带附近，并通过一个通带带宽为50MHz的低通滤波器抑制带外噪声，将信号输出到模/数转换器进行采样，由并/串转换器根据CPRI (Common Public Rad1 Interface，通用公共无线电接口)协议，在FPGA内将采样后的并行数字信号成帧，然后将成帧后的数据通过SERDES芯片转变为适合光纤传输的高速串行信号，输出到上行电/光转换器对输入信号完成电信号到光信号的转换，通过上行光纤输出到近端模块。
[0023]所述的上行放大/滤波模块包括:低噪放大器和带通滤波器，其中的低噪放大器采用Hittite公司的HMC669实现，其有效带宽范围1700MHz - 2200MHz，带通滤波器将放大后的接收信号带宽限制在2000MHz - 2020MHz，输出到上行变频器；
[0024]所述的模/数转换器采用ADI公司的AD9609完成对接收信号的采样，其采样位宽为lObit，采样速率65MSPS，将采样得到的数据并行输出到并/串转换器；
[0025]所述的并/串转换器通过FPGA (Field - Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现，根据CPRI (Common Public Rad1