宽带数字选频无线直放站系统及其宽带信号数字选频方法

专利名称：宽带数字选频无线直放站系统及其宽带信号数字选频方法
技术领域：
本发明涉及无线直放站，具体涉及宽带数字选频无线直放站系统及其宽带 信号数字选频方法。
背景技术：
随着GSM、 CDMA、 TD-SCDMA等移动通信网络的推广普及，移动通信用户数 量的急剧增加，移动网络中的话务量也在不断地增加，造成通信网络处于超负 荷运转状态，很容易出现类似于掉线、串音、话音质量不好、难以上网等故障 现象。面对日益增长的话务需求，需要对网络进行扩容以满足容量和覆盖的要 求。采用小区分裂的扩容方式有其局限性，随着站距的不断接近，网络的干扰 也在不断的增加，因此当宏蜂窝基站的站距达到一定程度之后就很难在网络中 增加新的基站。直放站作为网络优化产品，可以完善和优化网络信号覆盖质量， 在解决无线信号室内深度覆盖，解决信号盲区和信号弱区信号覆盖方面都发挥 着重要的作用，在国内外移动通信网络中都得到了广泛的应用。
无线 直放站在室内外移动通信信号覆盖方面具有很重要的作用。目前，在 移动通信工程中，应用较多的是单载波或是宽带模拟无线直放站系统。主要是 采用一个声表面滤波器实现对单载波窄带或是宽带模拟信号的选频滤波处理。 宽带信号指的是某一通信体制对应的全频段带宽信号或全频段内部分频段的信 号，如我国所采用900MHz频段GSM通信系统，上行频段为885 915MHz， GSM 带宽信号指的是该频段内任意带宽的信号，如400KHz、 l腿z、 5MHz以及24MHz 带宽等信号。宽带信号，虽然带宽很宽，但本质上，仅仅是一个带宽很宽的单 载波信号，完全可以采用单载波的滤波处理方法实现信号选频处理。图1为单 载波或宽带模拟无线直放站原理示意图。其工作原理如下重发天线接收到覆 盖区域的上行信号、施主天线接收来自基站的下行信号各自经过低噪声放大器、 声表面滤波器、功率放大器，分别经过双工器从施主天线和发射天线发射出去， 从而实现上、下行信号的放大处理，改善移动通信网络的无线覆盖效果。
采用模拟技术实现的模拟无线直放站系统，主要存在如下问题 (1)需要声表面滤波器进行选频滤波处理，由于声表面滤波器是模拟器件，性能的一致性不好，调试难度很大，不利于产品调试和批量生产；(2)在无线 直放站系统中，需要多个本振信号参考源，由于模拟器件产生的本振信号稳定 性差，容易出现频率偏移，导致系统的输入、输出频点发生偏移，直放站系统 很容易出现频偏，导致系统无法正常使用；(3)模拟乘法器的线性特性不好， 混频后的相位会发生变化，差损需要放大器补偿，从而引入更多的有源噪声；(4) 模拟滤波器滤波特性难以调节且不易随具体应用的需求而改变；(5)产品体积 较大，重量较重，难以实现小型化、轻型化设计；(6)采用功能单一、灵活性 差的模拟硬件电路设计的宽带无线直放站系统，很难适应如今不同通信体制、 多频段的无线通信系统的需求。

发明内容
本发明的目的在于克服现有模拟宽带直放站系统技术的缺点，提供宽带数 字选频无线直放站系统及其宽带信号数字选频方法，本发明扩展性能好、降低 了成本、便于调试和生产、且便于实现小型化、微型化的直放站系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现宽带数字选频无线直放站系统，包 括上行链路、下行链路、直放站电源子系统及直放站监控子系统，所述上行链 路、下行链路包括施主终端双工器、移动终端双工器、施主天线、重发天线， 其特征在于，所述下行链路还包括下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字 中频处理子系统、下行射频发射机子系统，所述施主天线输出端依次通过施主 终端双工器、下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下 行射频发射机子系统、移动终端双工器与重发天线输入端连接；所述上行链路 还包括上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频 发射机子系统，所述重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收 机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主 终端双工器与施主天线输入端连接；所述直放站电源子系统及直放站监控子系 统分别同时与下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下 行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子 系统、上行射频发射机子系统连接。
为更好地实现本发明，所述下行射频接收机子系统包括下行低噪声放大器、 下行射频下变频子系统；所述下行低噪声放大器的输出端与下行射频下变频子 系统输入端连接，所述下行低噪声放大器输入端与施主终端双工器的输出端连 接，所述下行射频下变频子系统输出端与下行宽带信号数字中频处理子系统的
7输入端连接；
所述下行射频发射机子系统包括下行射频上变频子系统、下行功率放大器; 所述下行射频上变频子系统输出端与下行功率放大器输入端连接，所述下行射 频上变频子系统的输入端与下行宽带信号数字中频处理子系统输出端连接，所 述下行功率放大器的输出端与移动终端双工器输入端连接；
所述上行射频接收机子系统包括上行低噪声放大器、上行射频下变频子系 统；所述上行低噪声放大器的输出端与上行射频下变频子系统输入端连接，所 述上行低噪声放大器的输入端与移动终端双工器的输出端连接，所述上行射频 下变频子系统的输出端与上行宽带信号数字中频处理子系统的输入端连接；
所述上行射频发射机子系统包括上行功率放大器、上行射频上变频子系统; 所述上行射频上变频子系统的输出端与上行功率放大器的输入端连接，所述上 行射频上变频子系统的输入端与上行宽带信号数字中频处理子系统的输出端连 接，所述上行功率放大器的输出端与施主终端双工器的输入端连接。
所述下行宽带信号数字中频处理子系统及上行宽带信号数字中频处理子系 统分别包括A/D转换器、宽带信号数字下变频子系统、宽带信号数字上变频子 系统、D/A转换器，所述A/D转换器输出端依次通过宽带信号数字下变频子系统、 宽带信号数字上变频子系统与D/A转换器输入端连接。
所述宽带信号数字下变频子系统主要是对宽带数字中频信号进行数字混 频、抽取和数字滤波等处理，把中频信号搬移到零中频，将高速率的数字信号 抽取为低速率的基带数字信号。本发明中宽带信号数字下变频子系统主要由混 频模块、NC0生成模块、DDC自适应判决器、倍数可变抽取滤波器和基带成型滤 波器组成。所述宽带信号数字下变频子系统中的NCO生成模块与混频模块的一 端相连接，混频模块的另一端和A/D转换模块的输出端相连接；所述混频模块 的输出端与DDC自适应判决器的输入端相连接；所述DDC自适应判决器的输出 端与倍数可变抽取滤波器的输入端相连接；所述倍数可变抽取滤波器的输出端 与基带成型滤波器的输入端相连接。
所述宽带信号数字上变频子系统主要是对基带数据进行内插、数字滤波和 数字混频等处理，把信号调制到预定的中频，将低速率的数字信号内插为满足 中频Nyquist采样定理的数字信号。所述宽带信号数字上变频子系统主要由DUC 自适应判决器、倍数可变内插滤波器组以及I、 Q信号多级调制模块组成。所述 宽带信号数字上变频子系统中的DUC自适应判决器的输出端与DUC子模块中的倍数可变内插滤波器组的输入端相连接；所述DUC子模块中的倍数可变内插滤
波器组的输出端与DUC子模块中的I、 Q信号多级调制模块的输入端相连接。 采用上述宽带数字选频无线直放站系统的宽带信号数字选频方法，包括下
行信号的传输和上行信号的传输；
其中，所述下行信号的传输，包括以下步骤
(1) 施主天线接收来自基站的下行信号，通过施主终端双工器，输入到下 行射频接收机子系统；
(2) 下行射频接收机子系统的下行低噪声放大器对来自施主终端双工器的 下行信号进行放大处理，并通过下行射频接收机子系统的下行射频下变频子系 统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；
(3) 下行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到下行宽带信号数字 中频处理子系统，宽带信号数字中频处理子系统对模拟中频信号进行A/D采样、 宽带信号数字下变频、宽带信号数字上变频以及D/A转换处理，输出模拟中频 信号；
(4) 下行宽带信号数字中频处理子系统输出的模拟中频信号，输入到下行 射频发射机子系统，下行射频发射机子系统的下行射频上变频子系统实现对模 拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，下行射频上变频子 系统输出的射频信号通过下行功率放大器得到进一步的功率放大处理；
(5) 经过功率放大处理的射频信号，通过移动终端双工器和重发天线，实 现对特定区域的信号覆盖；
所述上行信号的传输，包括以下步骤
(A) 重发天线接收到覆盖区域的上行信号，通过移动终端双工器，输入到 上行射频接收机子系统；
(B) 上行射频接收机子系统的上行低噪声放大器对来自移动终端双工器的 上行信号进行放大处理，并通过上行射频接收机子系统的上行射频下变频子系 统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；
(C) 上行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到上行宽带信号数字 中频处理子系统，宽带信号数字中频处理子系统对模拟中频信号进行A/D采样、 宽带信号数字下变频、宽带信号数字上变频以及D/A转换处理，输出模拟中频 信号；
(D) 上行宽带信号数字中频处理子系统输出的模拟中频信号，输入到上行
9射频发射机子系统，上行射频发射机子系统的上行射频上变频子系统实现对模 拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，上行射频上变频子
系统输出的射频信号通过上行功率放大器得到进一步的功率放大处理；
(E)经过上行功率放大处理的射频信号，通过施主终端双工器和施主天线， 实现用户信号与基站的相连接。
所述步骤(3)中的宽带信号数字下变频信号处理流程如下宽带信号数字 下变频子系统接收来自A/D转换模块的输出的数字中频信号，数字中频信号与 NC0生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中，输出经过混频处理 后的零中频I、 Q信号。混频模块输出的零中频I、 Q信号输入到DDC自适应判 决器中，DDC自适应判决器根据I、 Q信号的特性信息，如数据速率、处理带宽 等信息，自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据抽取倍数以及滤波器系数。 所述倍数可变抽取滤波器接收来自DDC自适应判决器的输出信息以及1、Q信号， 并根据DDC自适应判决器提供的信息，进行数据的抽取和滤波处理，输出经过 合适抽取滤波处理后的I、 Q信号。倍数可变抽取滤波器输出的I、 Q信号，由 于信号的带内选择和带外抑制信号常常不符合数字选频模块的要求，需要对抽 取滤波后的I、 Q信号进行带内补偿和带外抑制处理，因此，需要采用基带成型 滤波器进行成型滤波处理，基带成型滤波器根据数字选频模块的需求，结合数 字选频模块带内波动、带外抑制的要求，设计具有通带内补偿功能的数字滤波 器，实现对通带内信号的补偿处理，同时，提高带外抑制能力，改善数字选频 模块的性能。可变倍数抽取滤波器和基带成型滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB 滤波器或其它形式的滤波器。所述宽带信号数字下变频子系统可以利用CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。
所述步骤(3)中的宽带信号数字上变频信号处理流程如下经过宽带信号 数字下变频子系统的混频、抽取和滤波后的基带I、 Q数据，输入到宽带信号数 字上变频子系统中的DUC自适应判决器中去。DUC自适应判决器根据基带I、 Q 数据的数据速率、带宽等特征信息，并结合数字中频系统所要求输出的数据速 率、带宽等要求，自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据内插倍数，并根 据倍数确定选择一级内插处理还是多级内插处理，并根据每一级内插处理的要 求，合理的选择内插滤波器的系数等。所述倍数可变内插滤波器组接收来自DUC 自适应判决器的输出信息以及I、 Q信号，并根据DUC自适应判决器提供的信息， 进行数据的内插和滤波处理，输出经过合适内插滤波处理后的I、 Q信号。该倍数可变内插滤波器组可以由一级内插滤波器组成，也可以由多级内插滤波器组
组成， 一般情况下，只需要使用1 2级内插滤波器即可。经过倍数可变内插滤 波器组的内插和滤波处理后的I、 Q信号输入到I、 Q信号多级调制模块中去， 经过I、 Q信号多级调制模块的多级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、 Q 信号。I、 Q信号多级调制模块一般由1 2级混频调制模块组成，如果后续的 DAC子模块中，带有一级混频调制处理，则I、 Q信号多级调制模块可以省略一 级混频调制处理。所述倍数可变内插滤波器组中的滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波器或其它形式的滤波器。所述宽带信号数字上变频子系统可以利用CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。
上述步骤(C)中宽带信号数字下变频处理和宽带信号数字上变频处理方式 与步骤(3)中宽带信号数字下变频处理和宽带信号数字上变频处理方式相同。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果
(1) 基于软件无线电思想，采用数字中频技术实现对宽带信号的抽取、内 插、混频和滤波处理，摒弃了模拟直放站系统中利用SAW滤波的处理方法，减 少了模拟器件的使用，提高了系统性能的一致性，便于系统调试和生产。
(2) 采用数字滤波的方法，滤波器的带内波动可以做的很小，带外抑制可 以做的很高，提高了信号滤波的性能；数字滤波器的相位具有很好的线性特性， 避免了 SAW的相位非线性对系统性能的影响。
(3) 可以在保持硬件平台不变的情况下，可以根据要求，随意更改信号的 带宽；同时，只需要修改系统中的软件，就完全可以做到兼容任意制式的不同 带宽的数字选频无线直放站系统，系统具有很好的适用性和可扩展性。
(4) 易于实现宽带数字选频无线直放站系统的小型化和微型化。
(5) 本发明可应用于GSM、 CDMA、 DCS、 JDC、 TD-SCDMA、 WCDMA、 CDMA2000 等通信体制系统中，形成不同通信制式的宽带数字选频无线直放站系统。


图1为单载波或宽带模拟无线直放站原理示意图； 图2为本发明的宽带数字选频无线直放站系统的原理框图； 图3为本发明的下行宽带信号数字中频处理子系统或上行宽带信号数字中 频处理子系统结构框图4是本发明的宽带信号数字下变频子系统示意图； 图5是本发明的宽带信号数字上变频子系统示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。 实施例
如图2所示，宽带数字选频无线直放站系统包括上行链路、下行链路、直 放站电源子系统及直放站监控子系统，所述上行链路、下行链路包括施主终端 双工器、移动终端双工器、施主天线、重发天线，所述下行链路还包括下行射 频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统， 所述施主天线输出端依次通过双工器、下行射频接收机子系统、下行宽带信号 数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、施主终端双工器、移动终端双 工器与重发天线输入端连接；所述上行链路还包括上行射频接收机子系统、上 行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，所述重发天线输出 端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频 处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接； 所述直放站电源子系统及直放站监控子系统分别同时与下行射频接收机子系 统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接 收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统连接。
所述下行射频接收机子系统包括下行低噪声放大器、下行射频下变频子系 统；所述下行低噪声放大器的输出端与下行射频下变频子系统输入端连接，所 述下行低噪声放大器输入端与施主终端双工器的输出端连接，所述下行射频下 变频子系统输出端与下行宽带信号数字中频处理子系统的输入端连接；
所述下行射频发射机子系统包括下行射频上变频子系统、下行功率放大器； 所述下行射频上变频子系统输出端与下行功率放大器输入端连接，所述下行射 频上变频子系统的输入端与下行宽带信号数字中频处理子系统输出端连接，所 述下行功率放大器的输出端与移动终端双工器输入端连接；
所述上行射频接收机子系统包括上行低噪声放大器、上行射频下变频子系 统；所述上行低噪声放大器的输出端与上行射频下变频子系统输入端连接，所 述上行低噪声放大器的输入端与移动终端双工器的输出端连接，所述上行射频 下变频子系统的输出端与上行宽带信号数字中频处理子系统的输入端连接；
所述上行射频发射机子系统包括上行功率放大器、上行射频上变频子系统； 所述上行射频上变频子系统的输出端与上行功率放大器的输入端连接，所述上
12行射频上变频子系统的输入端与上行宽带信号数字中频处理子系统的输出端连 接，所述上行功率放大器的输出端与施主终端双工器的输入端连接。
所述直放站电源子系统为下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频 处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行宽带信号 数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统提供电源。
所述直放站监控子系统监测和控制下行射频接收机子系统、下行宽带信号 数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行 宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，并对出现异常的子系 统进行告警处理等。在电路设计方面，直放站监控子系统可以提供以下设备参 数的监测和告警电源掉电告警、电源故障告警、上行输出功率指示、上行增 益告警、上行输出驻波比告警、上行锁相源失锁告警、下行输出功率指示、下 行增益告警、下行过功率告警、下行过温度告警、下行输出驻波比告警和下行 锁相源失锁告警等。监控子系统还能完成对系统如下参量的控制功能上行输 出自动电平控制、下行输出自动电平控tk载波开关功能、载波频点设置功能、 载波增益分配等功能。
如图3所示，下行宽带信号数字中频处理子系统或上行宽带信号数字中频 处理子系统包括A/D转换器、宽带信号数字下变频子系统、宽带信号数字上变
频子系统、D/A转换器，所述A/D转换器输出端依次通过宽带信号数字下变频子 系统、宽带信号数字上变频子系统与D/A转换器输入端连接。
所述宽带信号数字下变频子系统主要是对宽带数字中频信号进行数字混 频、抽取和数字滤波等处理，把中频信号搬移到零中频，将高速率的数字信号 抽取为低速率的基带数字信号。本发明中宽带信号数字下变频子系统的功能结 构图，如图4所示。宽带信号数字下变频子系统主要由混频模块、NC0生成模块、 DDC自适应判决器、倍数可变抽取滤波器和基带成型滤波器组成。所述DDC子模 块中的NC0生成模块与混频模块的一端相连接，混频模块的另一端和A/D转换 模块的输出端相连接；所述混频模块的输出端与DDC自适应判决器的输入端相 连接；所述DDC自适应判决器的输出端与倍数可变抽取滤波器的输入端相连接; 所述倍数可变抽取滤波器的输出端与基带成型滤波器的输入端相连接。
宽带信号数字下变频子系统信号处理流程如下宽带信号数字下变频子系 统接收来自A/D转换模块的输出的数字中频信号，数字中频信号与NCO生成模 块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中，输出经过混频处理后的零中频I、 Q信号。混频模块输出的零中频I、 Q信号输入到DDC自适应判决器中， DDC自适应判决器根据I、 Q信号的特性信息，如数据速率、处理带宽等信息， 自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据抽取倍数以及滤波器系数。所述倍 数可变抽取滤波器接收来自DDC自适应判决器的输出信息以及I、 Q信号，并根 据DDC自适应判决器提供的信息，进行数据的抽取和滤波处理，输出经过合适 抽取滤波处理后的I、 Q信号。倍数可变抽取滤波器输出的I、 Q信号，由于信 号的带内选择和带外抑制信号常常不符合数字选频模块的要求，需要对抽取滤 波后的I、 Q信号进行带内补偿和带外抑制处理，因此，需要采用基带成型滤波 器进行成型滤波处理，基带成型滤波器根据数字选频模块的需求，采用一定的 策略，实现对通带内信号的补偿处理，同时，提高带外抑制能力，改善数字选 频模块的性能。可变倍数抽取滤波器和基带成型滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波器或其它形式的滤波器。所述宽带信号数字下变频子系统可以利用CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。
所述宽，，字上变频子系统主要是对宽带的基带数据进行内插、数字 滤波和数字混频等处理，把信号调制到预定的中频，将低速率的数字信号内插 为满足中频Nyquist采样定理的数字信号。本发明中宽带信号数字上变频子系 统的功能结构图，如图5所示。所述宽带信号数字上变频子系统主要由DUC自 适应判决器、倍数可变内插滤波器组以及I、 Q信号多级调制模块组成。所述DUC 子模块中的DUC自适应判决器的输出端与DUC子模块中的倍数可变内插滤波器 组的输入端相连接；所述DUC子模块中的倍数可变内插滤波器组的输出端与DUC 子模块中的I、 Q信号多级调制模块的输入端相连接。
宽带信号数字上变频信号处理流程如下经过宽带信号数字下变频子系统 混频、抽取和滤波后的基带I、 Q数据，输入到宽带信号数字上变频子系统中的 DUC自适应判决器中去。DUC自适应判决器根据基带I、 Q数据的数据速率、带 宽等特征信息，并结合数字中频系统所要求输出的数据速率、带宽等要求，自 适应的选择符合速率、带宽等要求的数据内插倍数，并根据倍数确定选择一级 内插处理还是多级内插处理，并根据每一级内插处理的要求，合理的选择内插 滤波器的系数等。所述倍数可变内插滤波器组接收来自DUC自适应判决器的输 出信息以及I、 Q信号，并根据DUC自适应判决器提供的信息，进行数据的内插 和滤波处理，输出经过合适内插滤波处理后的I、 Q信号。该倍数可变内插滤波 器组可以由一级内插滤波器组成，也可以由多级内插滤波器组组成， 一般情况
14下，只需要使用1 2级内插滤波器即可。经过倍数可变内插滤波器组的内插和 滤波处理后的I、 Q信号输入到I、 Q信号多级调制模块中去，经过I、 Q信号多 级调制模块的多级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、 Q信号。I、 Q信号 多级调制模块一般由1 2级混频调制模块组成，如果后续的DAC子模块中，带 有一级混频调制处理，则I、 Q信号多级调制模块可以省略一级混频调制处理。 所述倍数可变内插滤波器组中的滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波器或其 它形式的滤波器。所述宽带信号数字上变频子系统可以利用CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。
结合图2、图3、图4及图5，基于宽带数字选频无线直放站系统的宽带信 号数字选频方法，包括下行信号的传输和上行信号的传输；
所述下行信号的传输，包括以下步骤
(1) 施主天线接收来自基站的下行信号，通过施主终端双工器，输入到下 行射频接收机子系统；
(2) 下行射频接收机子系统的下行低噪声放大器对来自施主终端双工器的 下行信号进行放大处理，并通过下行射频接收机子系统的下行射频下变频子系 统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；中频 频率一般在50MHz 300腿z左右；
(3) 下行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到下行宽带信号数字 中频处理子系统，下行宽带信号数字中频处理子系统对模拟中频信号进行A/D 采样、宽带信号数字下变频、宽带信号数字上变频以及D/A转换处理，输出模 拟中频信号；
(4) 下行宽带信号数字中频处理子系统输出的模拟中频信号，输入到下行 射频发射机子系统，下行射频发射机子系统的下行射频上变频子系统实现对模 拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，下行射频上变频子 系统输出的射频信号通过下行功率放大器得到进一步的功率放大处理；
(5) 经过功率放大处理的射频信号，通过移动终端双工器和重发天线，实 现对特定区域的信号覆盖。
所述上行信号的传输，包括以下步骤
(A) 重发天线接收到覆盖区域的上行信号，通过移动终端双工器，输入到 上行射频接收机子系统；
(B) 上行射频接收机子系统的上行低噪声放大器对来自移动终端双工器的上行信号进行放大处理，并通过上行射频接收机子系统的上行射频下变频子系
统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；
(C) 上行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到上行宽带信号数字 中频处理子系统，宽带信号数字中频处理子系统对模拟中频信号进行A/D采样、 宽带信号数字下变频、宽带信号数字上变频以及D/A转换处理，输出模拟中频 信号；
(D) 上行宽带信号数字中频处理子系统输出的模拟中频信号，输入到上行 射频发射机子系统，上行射频发射机子系统的上行射频上变频子系统实现对模 拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，上行射频上变频子 系统输出的射频信号通过上行功率放大器得到进一步的功率放大处理；
(E) 经过上行功率放大处理的射频信号，通过施主终端双工器和施主天线， 实现用户信号与基站的相连接。
所述步骤(3)中的宽带信号数字下变频信号处理流程如下宽带信号数字 下变频子系统碧收来自A/D转换模熟的输出的数字中频信号，数字中频信号与 NC0生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中，输出经过混频处理 后的零中频I、 Q信号。混频模块输出的零中频I、 Q信号输入到DDC自适应判 决器中，DDC自适应判决器根据I、 Q信号的特性信息，如数据速率、处理带宽 等信息，自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据抽取倍数以及滤波器系数。 所述倍数可变抽取滤波器接收来自DDC自适应判决器的输出信息以及1、Q信号， 并根据DDC自适应判决器提供的信息，进行数据的抽取和滤波处理，输出经过 合适抽取滤波处理后的I、 Q信号。倍数可变抽取滤波器输出的I、 Q信号，由 于信号的带内选择和带外抑制信号常常不符合数字选频模块的要求，需要对抽 取滤波后的I、 Q信号进行带内补偿和带外抑制处理，因此，需要采用基带成型 滤波器进行成型滤波处理，基带成型滤波器根据数字选频模块的需求，采用一 定的策略，实现对通带内信号的补偿处理，同时，提高带外抑制能力，改善数 字选频模块的性能。可变倍数抽取滤波器和基带成型滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波器或其它形式的滤波器。所述宽带信号数字下变频子系统可以利用 CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来 实现。
所述步骤(3)中的宽带信号数字上变频信号处理流程如下经过宽带信号 数字下变频子系统的混频、抽取和滤波后的基带I、 Q数据，输入到宽带信号数字上变频子系统中的DUC自适应判决器中去。DUC自适应判决器根据基带I、 Q 数据的数据速率、带宽等特征信息，并结合数字中频系统所要求输出的数据速 率、带宽等要求，自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据内插倍数，并根 据倍数确定选择一级内插处理还是多级内插处理，并根据每一级内插处理的要 求，合理的选择内插滤波器的系数等。所述倍数可变内插滤波器组接收来自DUC 自适应判决器的输出信息以及I、Q信号，并根据DUC自适应判决器提供的信息， 进行数据的内插和滤波处理，输出经过合适内插滤波处理后的I、 Q信号。该倍 数可变内插滤波器组可以由一级内插滤波器组成，也可以由多级内插滤波器组 组成， 一般情况下，只需要使用1 2级内插滤波器即可。经过倍数可变内插滤 波器组的内插和滤波处理后的I、 Q信号输入到I、 Q信号多级调制模块中去， 经过I、 Q信号多级调制模块的多级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、 Q 信号。I、 Q信号多级调制模块一般由1 2级混频调制模块组成，如果后续的 DAC子模块中，带有一级混频调制处理，则I、 Q信号多级调制模块可以省略一 级混频调制处理。所述倍数可变内插滤波器组中的滤波器可以为FIRiIIR、 CIC、 HB滤波器或其它形式的滤波器。所述宽带信号数字上变频子系统可以利用CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP等可编程逻辑器件来实现，也可使用专用ASIC芯片来实现。
上述步骤(C)中宽带信号数字下变频处理和宽带信号数字上变频处理方式 与步骤(3)中宽带信号数字下变频处理和宽带信号数字上变频处理方式相同。
所述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、宽带数字选频无线直放站系统，包括上行链路、下行链路、直放站电源子系统及直放站监控子系统，所述上行链路、下行链路包括施主终端双工器、移动终端双工器、施主天线、重发天线，其特征在于所述下行链路还包括下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统，所述施主天线输出端依次通过施主终端双工器、下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、移动终端双工器与重发天线输入端连接；所述上行链路还包括上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统，所述重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接；所述直放站电源子系统及直放站监控子系统分别同时与下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统连接。
2、 根据权利要求1所述的宽带数字选频无线直放站系统，其特征在于所 述下行射频接收机子系统包括下行低噪声放大器、下行射频下变频子系统；所 述下行低噪声放大器的输出端与下行射频下变频子系统输入端连接，所述下行 低噪声放大器输入端与施主终端双工器的输出端连接，所述下行射频下变频子 系统输出端与下行宽带信号数字中频处理子系统的输入端连接；所述下行射频发射机子系统包括下行射频上变频子系统、下行功率放大器； 所述下行射频上变频子系统输出端与下行功率放大器输入端连接，所述下行射 频上变频子系统的输入端与下行宽带信号数字中频处理子系统输出端连接，所 述下行功率放大器的输出端与移动终端双工器输入端连接；所述上行射频接收机子系统包括上行低噪声放大器、上行射频下变频子系 统；所述上行低噪声放大器的输出端与上行射频下变频子系统输入端连接，所 述上行低噪声放大器的输入端与移动终端双工器的输出端连接，所述上行射频 下变频子系统的输出端与上行宽带信号数字中频处理子系统的输入端连接；所述上行射频发射机子系统包括上行功率放大器、上行射频上变频子系统； 所述上行射频上变频子系统的输出端与上行功率放大器的输入端连接，所述上 行射频上变频子系统的输入端与上行宽带信号数字中频处理子系统的输出端连接，所述上行功率放大器的输出端与施主终端双工器的输入端连接。
3、 根据权利要求1或2任一项所述的宽带数字选频无线直放站系统，其特征在于所述下行宽带信号数字中频处理子系统及上行宽带信号数字中频处理子系统分别包括A/D转换器、宽带信号数字下变频子系统、宽带信号数字上变 频子系统、D/A转换器，所述A/D转换器输出端依次通过宽带信号数字下变频子 系统、宽带信号数字上变频子系统与D/A转换器输入端连接。
4、 根据权利要求3所述的宽带数字选频无线直放站系统，其特征在于所 述宽带信号数字下变频子系统包括混频模块、NCO生成模块、DDC自适应判决器、 倍数可变抽取滤波器和基带成型滤波器；所述NC0生成模块与混频模块的一端 相连接，混频模块的另一端和A/D转换模块的输出端相连接；所述混频模块的 输出端与DDC自适应判决器的输入端相连接；所述DDC自适应判决器的输出端 与倍数可变抽取滤波器的输入端相连接；所述倍数可变抽取滤波器的输出端与 基带成型滤波器的输入端相连接；—所述宽带信号数字上变频子系统包括DUC自适应判决器、倍数可变内插滤 波器组以及I、 Q信号多级调制模块；所述宽带信号数字上变频子系统中的DUC 自适应判决器的输出端与DUC子模块中的倍数可变内插滤波器组的输入端相连 接；所述DUC子模块中的倍数可变内插滤波器组的输出端与DUC子模块中的I、 Q信号多级调制模块的输入端相连接。
5、 基于权利要求4所述宽带数字选频无线直放站系统的宽带信号数字选频 方法，其特征在于包括下行信号的传输和上行信号的传输；其中，所述下行 信号的传输，包括以下步骤(1) 施主天线接收来自基站的下行信号，通过施主终端双工器，输入到下 行射频接收机子系统；(2) 下行射频接收机子系统的下行低噪声放大器对来自施主终端双工器的 下行信号进行放大处理，并通过下行射频接收机子系统的下行射频下变频子系 统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；(3) 下行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到下行宽带信号数字 中频处理子系统，宽带信号数字中频处理子系统对模拟中频信号进行A/D采样、 宽带信号数字下变频、宽带信号数字上变频以及D/A转换处理，输出模拟中频 信号；(4) 下行宽带信号数字中频处理子系统输出的模拟中频信号，输入到下行射频发射机子系统，下行射频发射机子系统的下行射频上变频子系统实现对模 拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，下行射频上变频子系统输出的射频信号通过下行功率放大器得到进一步的功率放大处理；(5)经过功率放大处理的射频信号，通过移动终端双工器和重发天线，实 现对特定区域的信号覆盖；所述上行信号的传输，包括以下步骤(A) 重发天线接收到覆盖区域的上行信号，通过移动终端双工器，输入到 上行射频接收机子系统；(B) 上行射频接收机子系统的上行低噪声放大器对来自移动终端双工器的 上行信号进行放大处理，并通过上行射频接收机子系统的上行射频下变频子系 统，实现对射频信号的混频、滤波的下变频处理，输出模拟低中频信号；(C) 上行射频接收机子系统输出的模拟中频信号输入到上行宽带信号数字 中频处理子系统，宽带信号数字中频处理子系统对模拟中频信号进行A/D采样、 宽带信号数f下变频、宽带信号数字上变频以^D/A转,理，输出模拟中频 ￥^(D) 上行宽带信号数字中频处理子系统输出的模拟中频信号，输入到上行 射频发射机子系统，上行射频发射机子系统的上行射频上变频子系统实现对模 拟中频信号的混频、滤波的上变频处理，并输出射频信号，上行射频上变频子 系统输出的射频信号通过上行功率放大器得到进一步的功率放大处理；(E) 经过上行功率放大处理的射频信号，通过施主终端双工器和施主天线， 实现用户信号与基站的相连接。
6、根据权利要求5所述的宽带信号数字选频方法，其特征在于所述步骤 (3)或(C)中的宽带信号数字下变频信号处理流程如下宽带信号数字下变 频子系统接收来自A/D转换模块的输出的数字中频信号，数字中频信号与NCO 生成模块产生的cos和sin信号同时输入到混频模块中，输出经过混频处理后 的零中频I、 Q信号；混频模块输出的零中频I、 Q信号输入到DDC自适应判决 器中，DDC自适应判决器根据I、 Q信号的特性信息，所述特性信息包括数据速 率、处理带宽，自适应地选择符合数据速率、处理带宽要求的数据抽取倍数以 及滤波器系数；所述倍数可变抽取滤波器接收来自DDC自适应判决器的输出信 息以及I、 Q信号，并根据DDC自适应判决器提供的信息，进行数据的抽取和滤 波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、 Q信号；基带成型滤波器对抽取滤波后的I、 Q信号进行带内补偿和带外抑制处理，输出基带I、 Q信号。
7、 根据权利要求5所述的宽带信号数字选频方法，其特征在于所述步骤(3)或(C)中的宽带信号数字上变频信号处理流程如下经过宽带信号数字下变频子系统的混频、抽取和滤波后的基带I、 Q信号，输入到宽带信号数字上 变频子系统中的DUC自适应判决器中去；DUC自适应判决器根据基带I、 Q数据 的特性信息，所述特性信息包括数据速率、处理带宽，自适应地选择符合数据 速率、处理带宽要求的数据内插倍数，并根据倍数确定选择一级内插处理还是 多级内插处理，并根据每一级内插处理的要求，合理的选择内插滤波器的系数； 所述倍数可变内插滤波器组接收来自DUC自适应判决器的输出信息以及I、 Q信 号，并根据DUC自适应判决器提供的信息，进行数据的内插和滤波处理，输出 经过合适内插滤波处理后的I、 Q信号；经过倍数可变内插滤波器组的内插和滤 波处理后的I、 Q信号输入到I、 Q信号多级调制模块中，经过I、 Q信号多级调 制模块的多级混频和调制处理，输出高速的数字中频I、 Q信号。
8、 根据权利要求6所述的宽带信号数字选频方法，其特征在于所述可变 倍数抽取滤波器和基带成型滤波器采用的滤波器包括FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波 器;所述宽带信号数字下变频子系统采用可编程逻辑器件包括CPLD、FPGA、EPLD、 DSP实现，或者采用专用ASIC芯片实现。
9、 根据权利要求7所述的宽带信号数字选频方法，其特征在于所述倍数 可变内插滤波器组由一级内插滤波器组成，或者由多级内插滤波器组组成；I、 Q信号多级调制模块由1 2级混频调制模块组成。
10、 根据权利要求7所述的宽带信号数字选频方法，其特征在于所述倍 数可变内插滤波器组中的滤波器采用的滤波器包括FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波器； 所述宽带信号数字上变频子系统采用可编程逻辑器件包括CPLD、 FPGA、 EPLD、 DSP实现，或者采用专用ASIC芯片实现。
全文摘要
本发明提供宽带数字选频无线直放站系统及宽带信号数字选频方法，本系统的施主天线输出端依次通过施主终端双工器、下行射频接收机子系统、下行宽带信号数字中频处理子系统、下行射频发射机子系统、移动终端双工器与重发天线输入端连接；重发天线输出端依次通过移动终端双工器、上行射频接收机子系统、上行宽带信号数字中频处理子系统、上行射频发射机子系统、施主终端双工器与施主天线输入端连接。本发明可应用与GSM、CDMA、DCS、JDC、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等通信体制系统中，形成不同通信制式、任意信号带宽的宽带数字选频无线直放站系统。
文档编号H04B7/14GK101521539SQ20081002645
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者张跃军, 张远见, 胡应添, 黄伯宁 申请人:京信通信系统(中国)有限公司