本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种支持全频段的分布式天线系统远端单元及实现方法。
背景技术：
当前，分布式天线系统系统主要用于解决大型建筑物的室内信号覆盖问题，如(商场、体育馆、大型写字楼等)。随着室内业务量的提升，分布式天线系统系统需要不断升级和扩容，以满足新增的需求；同时，5g即将商用，现有的分布式天线系统系统需要重新改造来实现对5g频段的支持。
现有的分布式天线系统远端单元是基于频率定制的系统，如图1所示，现有的分布式天线系统收发链路中存在固定频率的滤波器和双工器，只能支持特定的频率范围。在系统升级或扩容的过程中，如果需要支持不同的频段，或者新增频段，只能通过更换设备的方式进行。例如，5g移动通信室内覆盖普遍采用3.5ghz频段，而现有的2g/3g/4g集中在700m～2700mhz频段，升级到支持5g必须更换硬件系统，这样就造成了设备的重复投资，同时更换硬件需要大量的人力成本，系统总体造价高昂。
如果分布式天线系统设备要支持所有的射频频段，那么射频收发链路上不能有射频滤波器、双工器等频率部件并且链路上的所有器件需支持全频率范围。当前，已有芯片厂商推出支持0到6ghz全频率范围的射频器件，设计全频率范围的分布式天线系统系统理论上已经可行。但是，由于收发链路上没有射频滤波器件，发射通道对接收通道的干扰问题不可忽视，严重时甚至会导致系统瘫痪。发射通道对接收通道的干扰来自于2个方面：一方面是发射信号被接收天线接收，导致接收链路的器件饱和，产生严重的非线性；另一方面，发射链路功率放大器产生的信号互调分量，有可能落在上行频率范围内，影响上行信号质量。正常情况下，由收发天线的空间隔离度来保证下行信号不干扰上行，但由于设备或天线附近的电磁环境改变，如空间新增金属档板等，导致收发天线的隔离度发生变化，可能导致系统性能恶化，甚至无法工作。
技术实现要素：
针对上述技术存在的不足，本发明提出了一种支持全频段的分布式天线系统远端单元及实现方法，其中，一种支持全频段的分布式天线系统远端单元，主要包括：可编程的逻辑处理单元fpga、可编程的射频发射链路、可编程的射频接收链路以及收发天线。
其中，所述可编程逻辑处理单元fpga的功能，(1)用于实现与分布式天线系统近端机的通信，接收下行信号并将上行信号发送到近端机；(2)用于接收从分布式天线系统近端机来的数字信号，进行数字滤波和数字上变频以及数字预失真dpd、正交调制器校正qmc等处理，发送到所述可编程的射频发射链路；(3)用于接收从所述可编程的射频接收链路来的数字信号，进行数字下变频和数字滤波，发送到分布式天线系统近端机；(4)用于与可编程的射频链路配合实现所述收发天线的隔离度的监控，以及对分布式天线系统进行自适应调整。
所述可编程射频发射链路，主要包括数模转换器、可编程的本振发生器、正交调制器、可变增益放大器、高功率放大器、监控通道a。
所述可编程射频发射链路，用于接收所述可编程逻辑处理单元fpga的数字信号，进行数模转换后得到模拟信号s1，根据本振信号的软件配置，将信号s1调制到需要发射的射频频率，通过可变增益放大器以及高功率增益放大器进行放大。所述可变增益放大器用于输出功率调节以及收发天线的隔离度变化时系统的自动调节。
所述可编程射频发射链路的监控通道a，主要包括射频耦合器、下混频器和模数转换器，用于可编程逻辑处理单元fpga获取所述可编程射频发射链路的信号互调分量，以及数字预失真dpd和正交调制器校正qmc的反馈链路。
所述可编程射频接收链路，主要包括可调衰减器、低噪声放大器、可编程的本振发生器、正交解调器、可编程低通滤波器、可变增益放大器、模数转换器，以及监控通道b。
所述可编程射频接收链路，用于接收从天线来的上行信号，经过放大后，根据本振信号的软件配置，将特定的射频频率解调到基带，然后经过低通滤波和模数转换器采样后，送到可编程逻辑处理单元fpga。
所述可编程射频接收链路中的可调衰减器和可变增益放大器，用于系统隔离度变化时调整链路增益分配。
所述接收链路的监控通道b，主要包括射频耦合器、本振发生器、下混频器、可编程低通滤波器以及功率检测电路，用于测量发射信号到达所述可编程射频接收链路的功率，计算收发天线之间的隔离度。
本发明还提供一种支持全频段的分布式天线系统远端单元的实现方法，通过所述方法可实现所述收发天线的隔离度的监控、自适应调整。
其中，所述收发天线之间的隔离度计算方法包括：
步骤(1)：通过所述监控通道a获取所述可编程的发射链路的输出功率pout。假设监控通道a的增益为ct，所述可编程逻辑处理单元fpga检测到的监控通道a输出功率为pt，pout＝pt|ct。
步骤(2)，配置监控通道b的本振发生器和可编程低通滤波器的带宽，使发射信号的频谱处于可编程低通滤波器的通带内，功率检测电路的输出功率pr为接收到的发射功率。假设接收天线口到监控通道b功率检测电路的增益为gr，对应到接收天线口的功率pin，pin＝pr+gr。
所述收发天线之间的隔离度g，g＝pin-pout。
所述分布式天线系统的自适应调整方法，包括：
若监控通道b检测到的功率pin大于所述可编程的射频接收链路可承受的最大输入功率门限pthd，通过调整所述可编程的射频接收链路中的可调衰减器的值，使进入所述可编程的射频接收链路中的lna的功率不超过pthd。通过增大所述可编程的射频接收链路中的可变增益放大器的增益，维持所述可编程的射频接收链路的增益不变。
当外部环境变化导致所述收发天线隔离度的变大，若监控通道b检测到的功率pin小于所述可编程的射频接收链路可承受的最大输入功率门限pthd，则自动调整可调衰减器和可变增益放大器的值，用于改善所述可编程的射频接收链路的噪声系数。
所述分布式天线系统的自适应调整方法，还包括：
可编程逻辑处理单元fpga采用数字滤波器对监控通道a收到的信号进行滤波，获取发射信号的互调分量位于接收频段内的功率pimd，互调分量到达接收天线的功率pimband＝pimd|g。定义所述可编程的射频接收链路的干扰信号允许的最高门限为
本发明的有益效果：在不需要更换硬件系统的前提下，仅通过软件配置即可支持所有的2g/3g/4g频段，并支持向5g的平滑升级，使用方便，系统总体成本较现有产品大大降低。
附图说明
图1是传统的分布式天线系统远端单元示意图；
图2是本发明的分布式天线系统远端单元示意图；
图3是本发明分布式天线系统的自适应调整方法1的流程图；
图4是本发明分布式天线系统的自适应调整方法2的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明。
若图1所示，传统的分布式天线系统远端单元，其射频收发链路通常包含射频滤波器、双工器等频率定制器件，无法支持全频段的应用。
图2是本发明本发明的分布式天线系统远端单元，可编程的射频发射链路主要包括顺序连接的数模转换器、本振发生器、正交调制器、可变增益放大器、高功率增益放大器、监控通道a，实现下行信号的发射功能。
其中，射频调制采用零中频调制方案，以避免调制器的镜像和本振泄漏产生带外杂散。因为发射链路监控通道a的存在，可编程逻辑处理单元fpga可以通过实时的正交调制器校正qmc算法对正交调制器进行校正。正交调制器校正qmc算法是业界通用算法，在此不再赘述。
如图2所示，可编程的射频发射链路中的可变增益放大器可用于动态调节输出功率，可用于在收发天线隔离度变化时对系统增益进行自适应调整，见下文所述。
如图2所示，监控通道a从高功率增益放大器后耦合射频信号，经过下变频后，由模数转换器采样，将采样后的数字信号送到可编程逻辑处理单。该监控通道a有3个作用：一是作为数字预失真dpd和正交调制器校正qmc的观测通道，二是获取高功率增益放大器的输出功率，三是提取发射信号的互调分量，用于衡量该互调是否会对上行信号存在干扰。
如图2所示，可编程的射频接收链路主要包括顺序连接的可调衰减器、低噪声放大器、本振发生器、正交解调器、可编程低通滤波器、可变增益放大器、模数转换器、监控通道b，实现射频信号的接收功能。
其中，可调衰减器和可变增益放大器可以动态调整链路的增益分配，用于在收发天线隔离度变化时对系统增益进行自适应调整，见下文所述。
如图2所示，监控通道b从低噪声放大器后耦合信号，下变频后由可编程滤波器滤除不需要的频率分量，然后进入功率检测电路。检出的功率值送到可编程逻辑处理单元fpga，用于计算系统收发天线的隔离度。
如图2所示，可编程逻辑处理单元fpga，主要用于实现与分布式天线系统近端机的通信和数字信号处理功能，包括数字滤波、数字上变频、数字下变频、数字预失真dpd、正交调制器校正qmc等。同时，可编程逻辑处理单元fpga用于监控收发天线之间的隔离度，并根据隔离度的变化自适应调整系统的增益，使其能稳定工作。
根据上文所述，可编程的射频发射链路对可编程的射频接收链路的干扰主要来自于2个方面。其中，发射信号直接被接收天线接收，如果隔离度太差，可能导致可编程的射频接收链路的饱和。
收发天线之间的隔离度计算方法如下：
首先，通过监控通道a获取发射链路的输出功率pout。假设监控通道a的增益为gt，可编程逻辑处理单元fpga检测到的监控通道a输出功率为pt，那么pout＝pt|gr。
配置监控通道b的本振和可编程低通滤波器的带宽，使发射信号的频谱处于低通滤波器的通带内，此时检波器的输出功率pr为接收到的发射功率。假设接收天线口到监控通道b检波器的增益为cr，那么对应到接收天线口的功率为pin＝pr|gr。由此可以得出收发天线之间的隔离度g为：
g＝pin-pout
根据上文所述，可编程的射频发射链路对可编程的射频接收链路的干扰主要来自于2个方面。其中，发射信号直接被接收天线接收，如果隔离度太差，可能导致可编程的射频接收链路的的饱和。针对该情况的自适应调整方法如下：
如果监控通道b检测到的功率pin大于接收机可承受的最大输入功率门限pthd，那么调整低噪声放大器前的可调衰减器的值，使进入低噪声放大器的功率不超过pthd。同时，该干扰信号会被低通滤波器滤除，所以可以增大滤波器后的可变增益放大器的增益，来维持整个接收机的增益不变。当外部环境变化导致收发天线隔离度变大，pin＜pthd，则自动调整可调衰减器和可变增益放大器的值，以改善接收机的噪声系数。所述调整流程如图3所示。
根据上文所述，由于可编程的射频发射链路器件的非线性产生的信号互调分量，可能会对上行信号造成干扰。例如，3gppband3，其下行频率范围是1805mhz到1880mhz，上行频率范围为1710mhz到1785mhz。由于上下行频率间隔很小，下行信号的互调分量正好处于上行频段内，如果天线的收发隔离度比较小，可能会对上行信号造成阻塞。针对该情况的调整方法如下：
首先，根据上文所述方法计算收发天线的隔离度g。然后，可编程逻辑处理单元fpga采用数字滤波器对监控通道a收到的信号进行滤波，获取发射信号的互调分量位于接收频段内的功率pimd。由此可以计算出该互调分量到达接收天线的功率pmband-pimd|g。定义接可编程的射频接收链路的干扰信号允许的最高门限为
根据上文所述，当收发天线隔离度变差后，分布式天线系统经过自动调整能稳定工作。但由于调整了接收机的增益分配或发射机的输出功率，会导致上行噪声系数增大或下行输出功率减小，会相应的减小分布式天线系统的覆盖范围。因此，系统在自动调整的同时，还产生用户告警信号，以提示网络维护人员检查设备周边电磁环境。待网络维护人员消除了导致天线收发隔离度变差的因素后，系统会自动恢复到最佳工作状态。
由上可知，本发明提供一种支持全频段的分布式天线系统远端单元，可通过软件配置支持任意2g/3g/4g频段，并支持向5g的平滑演进，无需更换任何硬件设备。
最后需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的相关技术人员根据本方案对以上实施例的修改或者对部分功能单元的等同替换，均不脱离本发明的保护范围。