专利名称：一种用于无线收发信机大容量站型配置的射频级联扩展方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通讯的接收机领域，尤其涉及一种用于无线收发信机大容量站型配置的射频级联扩展方法和装置。
背景技术：
无线通讯收发信机的接收机前端，通常都存在滤波器+小信号放大的组合电路，为了放大天线接收到的微弱射频信号，提高收信设备的灵敏度还采用高频放大器，这两部分组合的目的是对基站上行信号进行预选频(降低工作频带外的干扰)之后，再提高其信噪比。
在接收过程中，对接收信号质量影响的主要因素是信号衰落，自由空间的路损是无法避免的，在移动环境中除了设备静态性能这个因素以外，影响信道误码性能的主要原因是多径衰落和阴影效应，使所接收的信道电平下降到接收机的前端噪声电平，这种多径衰落(快衰落)与阴影衰落(慢衰落)的影响则可以通过技术手段加以降低。目前在无线通讯领域普遍采用分集接收技术来处理这个问题。分集接收即在若干个接收支路上同时接收相关性很小、载有同一信息的信号，然后通过一定的合并技术将各个支路信号合并输出。分集的方法有许多，例如空间分集，频率分集，极化分集等等。而移动通信中，空间分集是常用的方法，其概念就是同时采用两副接收天线独立接收同一信号，适当控制两副天线的距离，可以获得理想的分集效果。
但是，空间分集技术带来的问题就是需要增加接收天线的数量使用分集技术与不使用分集技术，接收天线的数量相差一倍。这样，就导致了基站成本的增加，尤其在小区内使用大站型配置(即小区内载频数大于单机柜所能够提供的最大载频数)时，这个问题就相当突出。
例如，若单机柜最大容量为6载频，当小区载频数小于等于6时，通过收/发共用(如使用双工器)，可以做到本小区内使用两副单极化天线(这里假设一副单极化天线处理6个载频，其中一副收/发共用；另一副只作接收分集用。)或者采用一副双极化天线(一副双极化天线相当于两副单极化天线)。但是，当小区内载频数大于6，例如8时，则必须使用两个机柜进行配置，而此时无论两个机柜内如何配置，都必须各用两副单极化天线(或各用一副双极化天线)。假如载频数大于12，则必须使用三个机柜进行配置，每个机柜同样必须各用两副单极化天线(或各用一副双极化天线)，以此类推。也就是说，小区内载频数越多，所需天线数也就越多，即使采用双极化天线，其成本也不会比两副单极化天线少多少。
例如图1所示的小区载频数为18，即各个机柜11、12、13的载频数为6，即6+6+6接收方案为例的示意图。为叙述方便，这里假设一副单极化天线可以处理6载频的信号(即6载频使用一副单极化天线，实际应用中可能会因为不同要求而采取不同的载频配置方案)。从图中可以看出，传统空间分集接收方案的不足之处在于，载频数增加，天线数随之增加。其原因在于当增加小区内载频数而增加机柜数时，所增加的分集接收天线只起到为本机柜载频提供分集接收的作用，且必须为每个机柜都配置一副这样的接收天线，这是构成天线数增加的一个决定性因素。
本发明的目的是，针对上述传统空间分集接收方案出现的问题，即小区内载频数增多时同时增加了天线与机柜的数量，从而相应提高了基站的成本，提出一种机柜间进行射频级联的方法和装置，该本方法能够在不影响系统指标的前提下，尽可能节省天线数与机柜数。
发明内容
本发明是这样实现的，一种用于无线收发信机大容量站型配置的射频级联扩展方法，其特征在于，将前一机柜的主路天线接收信号主路放大后进行分路，其中一路作为后一机柜分集支路的输入信号形成级联方式，另一路作为所述前一机柜主接收支路的输入信号。
一种实施上述方法的装置，其特征在于，所述前一机柜主路模块内包括一个一分二模块，所述主路接收信号通过所述一分二模块后的一个输出端与所述后一机柜分集接收模块的输入端相连，形成级联形式，另一个输出端与所述前一机柜的主接收支路的输入端相连。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是以小区载频数为18为例，采用现有技术的接收方案示意图；图2是采用本发明处理小区载频数为18的接收方案示意图；图3是不具有级联扩展功能的前端模型示意图；图4是具有级联扩展功能的前端模型示意图；图5是大站型扩容的简单示意图；图6是实现级联与非级联模式切换的一个实施例；图7是实现级联与非级联模式切换的另一个实施例。
具体实施例方式
参看图2，利用机柜21由主路天线(即发射/接收双工天线)接收的信号分离出一路作为机柜23分集支路的输入信号，同样机柜23主路天线接收的信号分离一路作为机柜22分集支路的输入信号，机柜22主路天线接收的信号分离一路作为机柜21分集支路的输入信号，这样每个机柜就可以节省一副天线。这里涉及到的主要问题就是不同机柜之间射频信号的级联，图中箭头表示级联射频信号的流向。
作为无线接收机来说，其前端接收信号最重要的指标有小信号增益、噪声系数及-1dB压缩点。射频级联时，综合考虑上述各项指标是十分重要的。需要考虑的因素综合如下首先，根据分集接收的理论，在保持两副天线一定相关系数的前提下，当分集信号与主路信号的电平差别越大时，分集接收对接收信号的改善效果越不明显。因此首先必须考虑的是，如何保证级联路与未级联路的射频输出电平相一致。解决这个问题的关键在于合理分配不同模块的小信号增益；对不同的模块分配不同的增益指标；尤其是仔细考虑送出的级联信号的模块增益与用于处理级联信号的模块增益的分配。
同样，作为接收机前端送给后级的信号，无论是否存在级联，噪声系数都不应该过大，在无级联的情况下，可以做到很小的噪声系数，但当存在射频级联时，级联引入的插损，以及级联端对信号的分路处理，均会对噪声系数造成影响。因此第二个需要考虑的是，如何保证对于级联前后的级联路与未级联路的射频输出信号噪声系数保持在同一水平。
根据多级放大器的噪声理论，其噪声系数的公式表示为NF1·2···n=NF1+NF2-1G1+NF3-1G1G2+···+NFn-1G1G2···Gn---(1)]]>其中，NF1、NF2...NFn分别表示第1、2…n级放大器的噪声系数，G1、G2...Gn分别表示第1、2…n级放大器的增益。
从公式(1)中可以看出，决定系统噪声系数的主要因素在于前级放大器，多级放大器总的噪声系数主要受到第一、二级的影响(假设各级放大器通频带相等)，且前级增益越高，噪声系数越低，总的噪声系数就越低。
解决噪声系数问题的关键在于合理设计电路，在送出级联信号之前，先让信噪比达到较好的水平，使后级衰减或其它损耗不会对总的噪声产生大的影响。
对于-1dB压缩点，在无级联的情况下，防止输出信号饱和可以较容易地做到，但当存在射频级联时，在考虑噪声和增益的同时，要保证输出信号不会产生饱和就要求在放大器链路中采用高IP3的放大器件。
至于级联的可行性问题，主要涉及到无级联---＞级联模式(即由普通站型---＞大站型扩容)的平滑升级带来的成本，结构兼容等问题；如果不考虑这些因素，那么前述几个问题将十分容易解决，无非是针对一种功能设计一个模块罢了。但是，这样会产生一系列新模块，增加生产成本与管理费用；同时，由于结构上的原因，对设备维护及扩容带来不便。
上述几点对于实际电路设计来说，是存在互相制约的，如何能够兼顾各方面，找到最佳的平衡点，需要反复计算与论证。
图3是不具有级联功能的前端模型，来自分集接收天线的接收信号直接进入由放大器A31和A32构成的放大器链路，L01和L02分别表示信号经过前级放大器A31和后级放大器A32后所产生的损耗。
图4所示是具有级联扩展功能的前端模型，对照图3，该模型由两个功能模块组成，图中4A模块是具有级联功能的主模块，输入端定义为I口，输出端定义为C口，一个输入，7个输出；4B模块是用于级联扩展的模块，输入端定义为E口，输出端定义为F口，一个输入，6个输出；L1为第一级分路器(或耦合器)在G1和G2间的损耗，Lx与L1相对应表示4A模块中G1输出端到C口第7个输出口间的损耗；L2为次级分路器的损耗，根据分路数不同而不同；Lp为级联馈线带来的路损。
设计目标1、增益要求C口的7个输出口相对I口的增益要一样，I、C口间增益GIC与I、F口间增益GIF满足GIC＝GIF；2、噪声系数和1dB压缩点要符合系统要求；于是，模块4A的增益可描述如下GIC＝G1-L1+G2-L2(1)同时GIC＝G1-Lx(2)所以G1-L1+G2-L2＝G1-Lx(3)得到Lx-L2＝L1-G2(4)设计中，GIC是根据系统性能确定，L2由选用的一分六器件损耗决定；G1也由选用器件决定。于是Lx可以算出。最后根据公式(4)，确定L1与G2间的关系。G2主要根据系统1dB压缩点指标来选取。
模块4B的增益GEF要满足设计目标1GIC＝GIF＝GIC-LP+G3-L2(5)得到G3＝L2+Lp(6)其中，Lp由工程上射频级联馈线决定。
这样，再根据系统噪声系数和1dB压缩点的要求，选择合适的放大器，并配上适当衰减网络，器件就可以定型了。
系统噪声和增益可以利用许多成熟的软件计算，例如APPCAD，EESOF等等。需要注意的是，噪声系数的计算应该与增益的分配结合起来。例如，在保持一定的增益条件下，应该使模块4A的噪声系数尽量小，而对模块4B的噪声系数的要求则可以放宽松一些。这样，对模块4A来说，要求其前级放大器件采用低噪声管，而对模块4B的增益考虑的更多一些。
同样，在系统设计时需要综合考虑器件的IP3指标。例如，对于放大链路前端可以采用IP3指标较低的管子，对放大链路后端则必须采用高IP3指标的管子。
为了实现大站型扩容时的平滑过渡，需要考虑对接收前端的灵活处理，基本要求是1)扩容前后，前端模块输出的信号增益与噪声系数不应该有大的差别；2)能够在尽量简化结构调整的前提下，实现大站型的扩容。
图5为大站型扩容的简单示意图。根据以上两个原则，仔细分析图5，可以得出结论扩容之前与扩容之后的主要区别在于扩容之前，分集信号由分集接收天线处理；扩容之后，分集信号由其它机架的级联信号提供。实际上，只要保证扩容前后送到分集模块输入口的信号具有相同指标，就可以保证在分集处理模块输出的信号在扩容前后保持一致。
为了实现上述目的，因此我们在进行系统设计时增加第三种模块—预放模块，即图6中6C模块，模块6A和6B相连接的工作原理与图4中的相同，此外还增加了一个开关RF6，开关RF6既可以采用具有较高IP3指标的射频开关，也可以采取在两个模块6A和6C的接口之间采用电缆切换。当采用非射频级联模式时，开关RF6使模块6B和6C相接通，由分集接收天线接收而来的信号通过预放模块预处理，送入模块6B中放大，分路输出；当采用射频级联模式时，开关RF6使模块6A和6B相连通，由模块6A所在机柜送来的射频级联信号送到模块6B中放大，分路输出。这样，扩容前后只是通过RF6选择所要处理的信号，相对来说比较方便。
图7是在现有的机柜中用电缆切换从非级联模式向级联模式转换的一个实施例。图7中模块7A、7B1、7C分别与图6中模块6A、6B、6C实现的功能相对应，现有技术中，分集接收处理模块(7C+7B2)直接通过分集接收天线工作，当由非级联模式切换到级联模式时，采用电缆RF7将主路模块7A的输出与分集输入模块7B1相连接，这时分集接收处理单元由模块(7C+7B2)转换成模块7B1，其前提条件是需模块(7C+7B2)与模块7B1在结构上相兼容。也就是，在级联模式下，主路模块7A提供的级联输出信号通过射频电缆传送至分集支路模块7B1；在无级联模式下，模块(7C+7B2)一起作为分集支路，直接接收来至分集天线的信号，这样通过模块间的替换实现级联与非级联之间的转换。
下面给出根据上述方法而设计的接收前端处理模块，以及由处理模块所构成的接收前端处理单元。
其中，图6和图7中的主路模块为一分六，其中的第一级放大器6A1、7A1采用M/A-COM公司的AM50系列，一分二功分器6D1、7D1采用M/A-COM公司的DS52系列，第二级放大器6A2、7A2采用WJ公司的AH1，一分六功分器6D2、7D2采用M/A-COM公司的DS56系列；级联一分六即Mode-B中放大器采用WJ公司的AH1，一分六功分器采用M/A-COM公司的DS56系列；预放大器即Mode-C中放大器采用M/A-COM公司的AM50系列。各放大器件的指标如下放大器指标
另外，各模块的具体电路中均附加了π型电阻网络，通过调节电阻网络的衰减来平衡增益。
在基站收发信台(BTS)设备中所采用的，简单描述如下1)工作频段890～915MHz；2)主要处理模块包括一分六、级联一分六、预放大器；模块指标如下表1。
普通站型分集处理单元(称为DIV4)，它由滤波器+预放大器+级联一分六组成，指标如下表2。
级联处理单元(称为ADIV4)，它仅由级联一分六组成，指标如下表3。
进行大站型扩容时，将分集处理单元DIV4替换成级联处理单元ADIV4，扩容之后，测试级联端口所得指标如下表4。
对比表2与表4可以看到，级联口与非级联口增益没有变化，噪声系数与-1dB压缩点稍差一些，这对于级联系统来说是很正常的。
以下以S4/4/4普通站型扩容为S8/8/8大站型的一种扩容方式为例，比较采用射频级联方案之后所带来的积极效果。
图8所示为S4/4/4一般形式的站型配置，共使用了3台机柜，6副天线。
图9所示为S4/4/4使用射频级联之后的站型配置。图中，DUP4称为四载频的合分路单元，它实现4个载频的发射合路与主接收处理，同时提供一路分集接收信号供级联时用；DUP2称为两载频的合分路单元，它实现2个载频的发射合路与主接收处理，同时提供一路分集接收信号供级联时用。因此，图9两个机柜中的四载频的合分路单元DUP4可实现2个4载频处理；最后一个4载频可以通过射频级联的方式实现，即两个机柜中的两载频的合分路单元DUP2除了处理主路接收信号外，还互相提供分集接收信号进行级联。可见，采用图9的方案共使用2台机架，6副天线，比采用图8的方案节省了1台机柜。
图10为由S4/4/4扩容成S8/8/8站型时，使用射频级联方案之后的配置。图9基站收发信台1(BTS1)与基站收发信台2(BTS2)中的四载频的合分路单元DUP4共同用于提供8载频处理，通过与级联处理单元ADIV4的射频互连，互为提供分集接收的能力；基站收发信台3(BTS3)与基站收发信台4(BTS4)的四载频的合分路单元DUP4同样提供另一个小区的8载频处理；每个机架内剩余的两载频的合分路单元DUP2+级联处理单元ADIV4两两互连，提供4+4＝8个，即第三个小区的8载频处理。
可以看到，采用射频级联方案共使用4台机架，8副天线，相比普通扩容方式(6台机架，最少12副天线)可以大大节省机架数与天线数。
使用本设计方法，可以达到如下积极效果1)由普通站型扩容至大站型配置时，相比普通的扩容方案(不使用射频级联)，可以节省相当一部分天线(具体数目还要依具体配置方式而定)；2)即使在非大站型配置的情况下，使用本方案也可能使得所用机架数更少(减少机架数从某些方面来说是有利的，这样可以少花费一些资源，例如DC-DC模块)，天线数更少。3)由普通站型扩容至大站型配置时，接收分集部分可以兼容，只需要适当改变连接方式，或者设置一些开关。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。
权利要求
1.一种用于无线收发信机大容量站型配置的射频级联扩展方法，其特征在于，前一机柜的主路天线接收信号经过主路放大和一次分路，其中第一分路信号作为后一机柜分集支路的输入信号形成级联方式，第二分路信号作为所述前一机柜主接收支路的输入信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前后机柜可以互为级联。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机柜数至少2个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为保证所述后一机柜分集支路接收增益的平衡，要求所述前一机柜的分集支路非级联接口的输出信号增益与所述后一机柜分集支路级联后的输出信号增益相等，即Lx-L2＝L1-G2G3＝L2+Lp其中，G2、G3分别表示前一机柜主接收支路和后一机柜分集接收支路的增益，L1表示前一机柜一次分路后的损耗，L2表示后一机柜次级分路器的损耗，Lx表示前一机柜一次分路至级联输出口间的损耗，Lp表示前后机柜间的级联损耗。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，选择噪声系数比较低的放大器作为主路放大，在从所述前一机柜向所述后一机柜送出输入级联信号的过程中提高所述输入级联信号的信噪比。
6.一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于，所述前一机柜主路模块内包括一个一分二模块，所述主路接收信号通过所述一分二模块后的一个输出端与所述后一机柜分集接收模块的输入端相连，形成级联形式，另一个输出端与所述前一机柜的主接收支路的输入端相连。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述后一机柜的分集支路上进一步包括预放模块，所述预放模块为一补偿放大器，所述预放模块的输出端与所述后一机柜的分集接收模块的输入端相连。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还进一步包括一切换，用于在级联方式与非级联方式之间进行切换。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述切换开关的输出端与分集接收模块的输入端相连，所述切换开关的输入端在主路模块输出端和预放模块输出端之间进行选择切换。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括电缆，所述电缆的输入端与所述主路模块的输出端相连，所述电缆的输出端与分集接收模块的输入端相连。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述切换开关为射频切换开关。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述主路模块、分集接收模块、预放模块和切换开关要求具有较高的三阶互调IP3值。
13.根据权利要求9所述装置，其特征在于，当所述切换开关切换到所述预放模块时，所述预放模块用于补偿无级联时所述后一机柜分集接收天线接收的信号增益，以保证所述前后机柜的主、分集接收信号间增益的平衡。
全文摘要
本发明公开了一种用于无线收发信机大容量站型配置的射频级联扩展方法和装置，将前一机柜的主路天线接收信号主路放大后进行分离，其中一路作为后一机柜分集支路的输入信号形成级联方式，另一路作为前一机柜主接收支路的输入信号。采用本方法和装置，能够在不影响系统指标的前提下，尽可能节省天线数与机柜数。
文档编号H04W88/08GK1395436SQ01113268
公开日2003年2月5日 申请日期2001年7月6日 优先权日2001年7月6日
发明者葛阳中 申请人:上海大唐移动通信设备有限公司