数字直放站原理及应用课件.ppt

1、 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 1 数字直放站原理及应用数字直放站原理及应用武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司二零零八年三月二零零八年三月 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 2 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 3 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 4 数字光纤直放站的研制开始于上世纪90年代中期自2000年开始，数字光纤直放站在韩国移动通信运营商KTF和SKT的3G系统中得到应用 韩国MTI公司、美国CSI公司、韩国Kisan电信等公司均推出了相应

2、的产品 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 5 射频和光在传输过程中是独立的：信号传输和光传输之间没有相互影响，调试变得简单。信号不随光信号的衰减而衰减：在长距离和多路分路传输系统中保持动保持动态范围和服务质量不变，使网络设计更加灵活。信号的分路和合路通过数字的方法实现：下行分路通过数字比特流的复制实现，上行和路通过数字和实现，数字分路和路对信号都不会有任何损耗；数字光器件的可靠性比模拟光器件高：减少了维护费用；数字传输的时延可以计算和校正：为移动通信的精确定位带来方便。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 6 武汉邮电科学研究院武汉邮电科

3、学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 7 近端机通过耦合基站信号，经双工器、RF模块，由下变频器将其下变频到基带I/Q信号或中频信号，然后经A/D变换器变换为数字基带或数字中频信号，由基带处理单元将其经过数字信号处理后，按一定帧格式打包成串行数据，再经光收发器由光纤传输到远端机。远端机，经光收发器，由基带处理单元解帧后，由D/A变换器将其恢复为I/Q或中频信号，再经上变频器将其上变频到射频，最后经发射机、双工器以及天线发射至覆盖区域 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 8 数字光纤直放站系统主要由直放站设备（Digital OpticalRepeater）和操作维护中

4、心（OMC）两部分构成，直放站完成无线信号透明传输的功能，OMC主要完成对直放站等系统设备的监控功能。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 9 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 10 LIM（Local Interface Module）本地接口模块，简称近端 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 11 RRH（Remote Radio Head）远端射频模块，简称远端 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 12 LIM通过耦合器将来自基站主天线的移动通信下行信号馈送入双工器，经RF模块

5、，由下变频器将其下变频到中频信号，然后经A/D变换器变换为数字中频信号，由数字信号处理单元将其经过数字信号处理后，按一定帧格式打包成串行数据，再经光收发器由光纤传输到RRH。在RRH，经光收发器，由数字信号处理单元解帧后，进行数字信号处理后，由D/A变换器将其恢复为中频信号，再经上变频器将其上变频到射频，最后经发射机、双工器以及天线发射至覆盖区域。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 13 来自移动终端的上行信号经RF模块，由下变频器将其下变频到中频信号，然后经A/D变换器变换为数字中频信号，由数字信号处理单元将其经过数字信号处理后，按一定帧格式打包成串行数据，再经光

6、收发器由光纤传输到LIM。在LIM，经光收发器，由数字信号处理单元解帧后，进行数字信号处理后，由D/A变换器将其恢复为中频信号，再经上变频器将其上变频到射频，最后经发射机、双工器以及耦合器送给基站。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 14 序号项目指标1光波长1310nm，1550nm2光功率-30dBm3工作频率880915MHz&925960MHz4系统传输时延Max 10us5时延校正设置范围080us6时延校正步长2us 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 15 序号项目指标7时延校正精度1us8最大增益50dB9增益调节范围03

7、0dB10增益调节步长1dB11带内波动Max 3dBp-p12噪声系数4dB13频率稳定度0.01ppm 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 16 采用采用CPRI标准传输接口，并应用数字光传输技术标准传输接口，并应用数字光传输技术射频信号不随光信号的衰减而衰减，在长距离和多路分路传输系统中保持动态范围不变采用数字传输，信号可以多次再生采用软件无线电技术，将采用软件无线电技术，将RF信号数字化，在数字域对信号进行处理，极信号数字化，在数字域对信号进行处理，极大增强设备对信号的处理和控制能力大增强设备对信号的处理和控制能力数字滤波器具有比声表滤波器更佳的滤波特性带外

8、抑制优于声表滤波器带内波动小于声表滤波器相位线性 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 17 时延调整功能时延调整功能 实时测量各个RRH与LIM之间的时延 自动或手动调整各个RRH与LIM之间的时延，使不同的RRH与LIM之间的时延相等 消除同扇区不同RRH之间重叠覆盖区域的时延色散干扰上行噪声抑制上行噪声抑制对各个RRH的上行噪声进行控制，极大减少各个RRH之间上行噪声相互干扰 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 18 话务统计功能话务统计功能 针对每个载频每个时隙进行话务统计 针对每个RRH进行独立话务统计 了解话务分布情况，提高设备

9、的投资利用率自动载波调度功能自动载波调度功能 按预先设定的时间进行载波调度 按RRH检测到的实际话务量进行载波调度 按检测到施主基站的实际话务量进行载波调度 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 19 传统直放站传统直放站噪声叠加严重，不支持远端级联组网方式固定对光纤资源利用率低无法补偿各个远端站之间的时延，无法抑制多径，各个覆盖区之间存在干扰 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 20 数字光纤直放站数字光纤直放站抑制噪声叠加，信号可多次再生，支持远端站级联组网方式灵活对光纤资源利用率高可以通过自动或者手动调整时延，消除各个覆盖区之间的干扰

10、 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 21 结构，即一台中继端直接带多个远端（数目暂定为一拖六）结构，即一台中继端直接带多个远端（数目暂定为一拖六）武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 22 此种方式特别适用于铁路、地铁、隧道等的覆盖此种方式特别适用于铁路、地铁、隧道等的覆盖 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 23 具有网络自愈能力，在一段光纤出现故障时可以进具有网络自愈能力，在一段光纤出现故障时可以进行链路倒换行链路倒换 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 24 武汉邮电科学研究院

11、武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 25 对于铁路、高速公路、海岸线等窄长地形，可采用基站加数字光纤直放站进行远距离覆盖。数字光纤系统可根据需要进行一拖一或一拖多的连接方式，并采用定向天线加以覆盖。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 26 铁路试点覆盖前路测图 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 27 铁路试点覆盖后路测图 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 28 数字光纤直放站作为3G时代的新产品，具有覆盖广、组网灵活、对基站底部噪声抬升小等优点。3G发牌在即，数字光纤直放站应列入重要手段统一网络规

12、划，以达预期的良好效果。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 29 三、三、ICSICS直放站原理及应用直放站原理及应用 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 30 ICS干扰消除系统，其中干扰主要指从直放站的施主天线引入的非基站覆盖信号。包括来自直放站重发天线的反馈干扰信号,以及空间多径反射的干扰信号。干扰消除技术”消除的是自身的自激信号，而不是别的干扰源发出的信号，也就是“自激对消”技术。这一技术主要是解决无线直放站在具体应用时隔离度不够的问题（要求的隔离度系统增益10dB）。这一技术可以使直放站自身对隔离度的要求系统增益xxdB。有了这

13、一技术，无线直放站以及收发天线甚至可以安装在同一根抱杆上，非常方便，扩展了应用环境。具体的实现方式主要是建立负反馈环路，采用DSP作为硬件的自适应滤波技术（涉及信号相关性及矩阵计算）。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 31 施主天线接收到的信号包括：基站无线覆盖信号重发天线反馈信号 建筑物、树木、车辆等反射 的无线通信信号。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 32 当信号里面混有我们不需要的部分的时候，我们通常的解决思路是将其滤除，但是传统的双工器或者滤波器只能对其工作频带外的信号进行滤除，分析上图提到的情况，在任一时刻 t，直放站施主

14、天线的接收信号可表示为：其中基站信号SBS(t)和反馈干扰信号SF(t)的频率是相同的（都在直放站工作频带范围内），所以没有办法通过传统的射频滤波方法在频域上解决这个问题。ICS技术就是对这种情况的一种解决方案，通过数字处理技术，解决传统直放站无法解决的问题。S(t)=SBS(t)+SF(t)武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 33 在自适应噪声抵消器中，是利用干扰源的输出，通过一个数字滤波器，最佳地估计出干扰值，从而从混有干扰的输入中减去干扰估值，实现了干扰与信号相当完善的分离。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 34 自适应滤波器最重

15、要特性：能有效地在未知环境中跟踪时变的输入信号，使输出信号达到最优。信号源噪声源自适应滤波+-)(ne)(ns)(0nV)(1nV)()(0nVnS原始输入 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 35 要想达到理想的干扰消除的效果，最重要的是自适应算法的设计。0ny Adaptive FilterAdaptive algorithmse 参考信号参考信号输出输出输入信号输入信号（信号（信号S噪声噪声n0）W 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 36 ICS系统在高增益（95dB）和高输出（20W、40W）的情况下能够满足所有的RF指标；IC

16、S系统对多径反馈信号的消除最高可达30dB；即使反馈干扰信号比基站信号大的情况下，ICS系统仍然能够保持覆盖信号质量；ICS系统提供的链路裕量可以使得系统工作在高增益(100dBmax)的状态下，所以即使是极微弱的信号也能够得到放大；ICS系统消除了由重发天线到施主天线的反馈干扰引起的一些问题，例如系统自激以及信号质量恶化。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 37 ICS模块集成了低噪放，选频器，数字滤波器，如果采用ICS模块，则有源模块部分只需要再外加功放就可以完成射频链路，结构上简化了很多。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 38 与

17、无线直放站的对比与无线直放站的对比 无线直放站系统建设的难度就是在于施主天线和用户天线需要提供高的前后比，才能满足放大器在较高增益条件下的隔离度的要求。如果隔离度不满足，放大器产生自激，就会造成严重干扰。解决隔离度问题采用的措施 提高收发天线间距离20米以上 水平安装时，采用角反射天线或背射天线拉大距离 采用移频直放站 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 39 选址安装 馈线、附件、隔离网等器件 安装、维护 物业协调 结果是整个直放站系统造价大大升高。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 40 Gain Margin（GM，增益富余）=隔离

18、度 增益 GM0时，直放站易发生自激 GM小于系统的信噪比要求时，直放站只是个噪声发生器 通常应用条件下，选择直放站的GM=15使用ICS直放站可以:允许GM0，干扰信号可以比基站信号大15个dB 对天线的隔离度要求降低,使得工程安装更简便 相同的天线隔离度条件下,可以实现更大的增益以及输出 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 41 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 42 与光纤直放站对比：不需要依赖光纤资源；没有远端设备，减少了故障发生率；不需要为远端设备的安装进行物业协调。与移频直放站对比：没有远端设备，减少故障发生率；避免了恒温晶

19、振老化的问题；工作在同一频段。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 43 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 44 性能上：能够有效防止自激。相同的天线隔离度应用条件下，可以将直放站增益增大20dB，进而提供更大功率的输出。延伸覆盖区范围，提高覆盖质量；经济上：由于对天线隔离度要求降低带来的低安装费用、运维费用，也可以避免由于选址或使用光纤链路带来的额外费用增加；易用性：可适用于全气候环境，有电源接入，满足视距传输即可应用，对于天线隔离度的要求也更宽松。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 45 总的来说，最大的优

20、点在于适应性强，可以方便地应用于各种无线环境；可以提供更好的性能以及更加易于维护。同样也由于适应性强的特点，可以减少很多附加成本。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 46 抗干扰能力强，适应性好，适合用于无线环境复杂的区域；设备要求隔离度小，安装维护方便；物业协调难度小；更大的增益以及输出，吸收室内的话务量。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 47 适应性强，安装方便，集中维护；可以实现更大的增益以及输出，覆盖面积更广，提高基站的利用率，节约成本。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 48 目前ICS 技术在国内

21、还属推广阶段。由于同时具有高增益，高功率和高稳定性和易维护性，ICS直放站有机会取代一部分基站的市场份额。在国内我公司为首批ICS直放站产品的生产厂家。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 49 工程易开通，选址容易，不依赖光纤资源，不必要一定使用移频直放站，开通之后不易受干扰，即使工程环境现场条件变化频繁或者恶劣也有一定的承受能力。采用ICS技术的直放站在一定程度上可以取代光纤、移频、无线直放站。u 减少招标次数；u 复杂的型号管理；u 繁琐的维护工作；u 减少工程开通带来的附加费用。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 50 江苏淮安江苏

22、淮安ICSICS直放站直放站G G网试点网试点 江西南昌江西南昌ICSICS直放站直放站C C网试点网试点 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 51 工程站点位于淮安市楚州溪河镇，GZF900-V设备与ICS设备都安装于楼顶墙沿处，施主天线采用八木天线HXTDJ2-0012-07H，重发天线采用板型天线HXTDJSA2-0012-18-065；GZF900-V设备下行增益均为100，满功率输出43dBm；ICS设备下行增益均为101，满功率输出35dBm。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 52 GZF900-V无线直放站在本工程中下行最

23、大输出功率为20.9dBm（设备标称最大输出功率为43dBm），同等条件下，ICS直放站可以开通到32.3dBm（该设备标称最大输出功率为35dBm）。ICS直放站对开通条件的要求更低，增益可以大于隔离度20dB左右。ICS直放站在设备开通时更方便，施主信源可以直接通过监控软件来进行测量，设备上下行增益可以手动或自动调节，监测值比较准确。ICS直放站在提高了隔离度的同时，整体系统性能指标同样满足要求 项目（平均值）GZF900-VICSRxLevelFull-72.46dBm-56.42dBmRxQualFull3.323.28BCCHLevel-62.09dBm-48.85dBmTA6.41

24、8.23TxPower_G7.048.77 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 53 试点工程位于南昌市郊的厚田镇，联通公司机房位于厚田镇电信营业厅顶层四楼，普通800-V设备与ICS设备都位于机房内，施主天线采用短背射天HXTDJ2-0012-14-06，重发天线采用板型天线HXTDJSA2-0012-12-065，施主与重发天线相隔距离垂直与水平距离均在4米左右。800-V设备与ICS设备的下行增益均为100，满功率输出为43dBm。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 54 为了验证ICS直放站不受隔离度限制的特性，将设备的施主与重发

25、天线固定在同一根杆上，此时空间隔离度约为80dB，将ICS设备下行增益设置为87，设备下行输出功率约为3940dBm，上行增益设置为74，对基站不造成干扰覆盖效果最好无直放站800-v 27dbmICS32dbmICS37dbmICS43dbmICS39dbm共杆Parameter ValueValueValueValueValueValueFER(%)1.361.060.710.880.930.86Ec/Io Sum(dB)-5.57-5.01-5.08-5.4-5.47-5.04Rx Power(dBm)-83.58-76.48-76.04-76.06-70.2-74.36Tx Power(dBm)-4.41-10.25-10.36-6.94-5.29-10.9Tx Adjust(dBm)-14.86-13.05-12.76-10.78-3.37-11.26 武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 55 在本次试点工程中，受限于隔离度，普通800-V 20W直放站，只能保证在0.5W输出的时候可以稳定工作，而ICS直放站可以达到20W满功率输出稳定工作。可见在干扰消除方面，ICS直放站具有良好的性能，在隔离度条件有限制的情况下能够实现较大的增益，较大的输出功率。武汉邮电科学研究院武汉邮电科学研究院 烽火科技集团烽火科技集团 56 谢谢大家！谢谢大家！