專利名稱：一種直放站及利用其處理下行射頻信號的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信領域，尤其涉及一種直放站及利用其處理下行射頻信號的方法。
背景技術：
隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路運輸系統(tǒng)承擔起越來越多的客流運送任務。2007年4月中國鐵道部進行了第6次列車提速，我國多條干線運行了中國高速列車CRH。由于CRH動車組列車結(jié)構(gòu)采用密閉式，因而對無線信號的衰減非常嚴重，使得車廂內(nèi)的移動電話用戶的通話質(zhì)量明顯下降。 在CRH車廂內(nèi)安裝車載直放站系統(tǒng)，便能繞開列車的車體損耗，降低車廂外的接收場強要求，鐵路沿線的基站建站密度將大大降低。車載直放站將施主天線安裝在CRH列車車廂外面，將網(wǎng)絡信號接收下來后通過放大，在列車車廂內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，以室外接收信號電平滿足-70dBm為例，則單個基站小區(qū)的覆蓋距離(天線掛高40米)可以達到2公里，在開闊的平原無遮擋的條件下，更是可以達到4公里，這樣將大降低鐵路沿線的建站密度，而且使的列車內(nèi)的信號覆蓋更為可靠。 另一方面，當發(fā)射源與接收體之間存在相對運動時，接收體接收的發(fā)射源發(fā)射信息的頻率與發(fā)射源發(fā)射信息的頻率不相同，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應，接收頻率與發(fā)射頻率之差稱為多普勒頻移。高速鐵路CRH列車時速可達到400公里/小時，根據(jù)多普勒效應，產(chǎn)生頻率偏移
;i c 丁 = 7 其中C是光速，V是相對移動速度，f。是發(fā)射信號的載波頻率。。 高鐵車速以400公里/小時計算，多普勒頻偏為 400 X 103/3600 X 3 X 108 = 0. 37ppm 此頻偏會極大地影響移動通信系統(tǒng)的通話質(zhì)量和數(shù)據(jù)速率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直放站，旨在解決現(xiàn)有技術提供的直放站不能很好地
去除多普勒效應產(chǎn)生的頻率偏移的問題。 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種直放站，包括第二雙工器、振蕩頻率產(chǎn)生器、與所述第
二雙工器依次順序連接的上行低噪聲放大器、上行信道模塊以及上行增益放大器，所述振
蕩頻率產(chǎn)生器與所述上行信道模塊連接，所述直放站還包括 第一雙工器，用于從射頻信號中分離出下行射頻信號； 下行低噪聲放大器，用于對所述下行射頻信號進行低噪聲功率放大； 下行信道模塊，用于將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號；
A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行數(shù)字中頻信號； 數(shù)字中頻板，與所述振蕩頻率產(chǎn)生器連接，用于根據(jù)所述下行數(shù)字中頻信號和所
述振蕩頻率產(chǎn)生器生成的參考振蕩頻率生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參
考時鐘信號； 所述下行信道模塊還用于根據(jù)所述參考時鐘信號的頻偏，調(diào)整所述放大后的下行射頻信號，輸出無頻偏的下行射頻信號； 下行增益放大器，用于對所述無頻偏的下行射頻信號進行放大并輸出至所述第二雙工器。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用如上所述的直放站處理下行射頻信號的方法，所述方法包括下述步驟 通過第一雙工器從射頻信號中分離出下行射頻信號； 通過下行低噪聲放大器對所述下行射頻信號進行低噪聲功率放大； 通過下行信道模塊的下變頻器在第一鎖相環(huán)的控制下，將放大后的下行射頻信號
轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號； 中頻濾波器對所述下行模擬中頻信號進行中頻濾波； 通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將中頻濾波后的下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行數(shù)字中頻信號；
數(shù)字中頻板根據(jù)所述下行數(shù)字中頻信號和振蕩頻率產(chǎn)生器生成的參考振蕩頻率生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號； 所述下行信道模塊根據(jù)所述參考時鐘信號的頻偏，在第二鎖相環(huán)的控制下，通過
上變頻器調(diào)整所述放大后的下行射頻信號，輸出無頻偏的下行射頻信號； 下行增益放大器對所述無頻偏的下行射頻信號進行放大并輸出至所述第二雙工器。 在本發(fā)明中，下行射頻信號經(jīng)過放大以后，進入下行信道模塊進行下變頻處理，得到的模擬中頻信號的一個支路送入數(shù)字中頻板進行數(shù)字化處理，數(shù)字中頻板檢測出射頻信號的頻偏方向和頻偏大小后，對下行信道模塊中上變頻的鎖相環(huán)進行控制，通過這個閉環(huán)控制，調(diào)整射頻信號的頻偏，從而達到頻率校正的效果。
圖1是本發(fā)明實施例提供的直放站的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2示出了本發(fā)明實施例提供的下行信道模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3示出了本發(fā)明實施例提供的數(shù)字中頻板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明提供的利用如圖1所示的直放站處理下行射頻信號的方法的流程框圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。 在本發(fā)明實施例中，下行射頻信號經(jīng)過放大以后，進入下行信道模塊進行下變頻處理，得到的模擬中頻信號的一個支路送入數(shù)字中頻板進行數(shù)字化處理，數(shù)字中頻板檢測出射頻信號的頻偏方向和頻偏大小后，對下行信道模塊中上變頻的鎖相環(huán)進行控制，通過這個閉環(huán)控制，調(diào)整射頻信號的頻偏，從而達到頻率校正的效果。 圖l為本發(fā)明實施例提供的直放站的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了本發(fā)明實施例相關的部分。該直放站包括第一雙工器11、下行低噪聲放大器12、下行信道模塊13、下行增益放大器14、振蕩頻率產(chǎn)生器15、數(shù)字中頻板16、第二雙工器17、上行低噪聲放大器18、上行信道模塊19、上行增益放大器20、 A/D轉(zhuǎn)換模塊21。 由于列車處在高速運動中，接收到的來自基站的信號會產(chǎn)生多普勒頻移。另外在系統(tǒng)中由于基站端對于多普勒頻移有較好的處理，因此上行鏈路無需進行頻率校正，僅在下行鏈路進行頻率校正。 具體的過程詳述如下射頻信號經(jīng)過第一雙工器11分離出下行射頻信號，再通過下行低噪聲放大器12對所述下行射頻信號進行低噪聲放大，送入下行信道模塊13進行下變頻處理、中頻濾波，去除帶外信號，再將得出的中頻信號的一個支路經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊21轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信號后送入數(shù)字中頻板16，數(shù)字中頻板16根據(jù)振蕩頻率產(chǎn)生器15產(chǎn)生的時鐘作為參考時鐘，獲取所述數(shù)字中頻信號的多普勒頻偏方向和頻偏大小，輸出具有與所述數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號給下行信道模塊13作為下行信道模塊13的參考時鐘，所述參考時鐘與振蕩頻率產(chǎn)生器15產(chǎn)生的參考時鐘對下行信道模塊13進行控制，從而調(diào)整輸入下行信道模塊13的下行射頻信號的頻偏，達到頻率校正的目的。
圖2示出了本發(fā)明實施例提供的下行信道模塊的結(jié)構(gòu)，所述下行信道模塊包括與所述振蕩頻率產(chǎn)生器15連接的第一鎖相環(huán)21 ;與所述第一鎖相環(huán)21連接，用于將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號的下變頻器22 ;用于對所述下行模擬中頻信號進行中頻濾波的中頻濾波器23 ;與所述中頻濾波器23連接的耦合器24 ;與所述耦合器24連接，用于將所述耦合器24耦合出的中頻濾波后的下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行射頻信號的上變頻器25 ;連接于所述上變頻器25和所述數(shù)字中頻板之間的第二鎖相環(huán)26。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，該下行信道模塊還包括晶振，與所述第一鎖相環(huán)21和所述第二鎖相環(huán)26分別連接，用于提供第一鎖相環(huán)21和所述第二鎖相環(huán)26的鎖定時鐘，在本實施例中，晶振是900M晶振。 圖3示出了本發(fā)明實施例提供的數(shù)字中頻板的結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字中頻板包括頻率搜索器31、科斯塔斯環(huán)32和正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33。 頻率搜索器31用于獲取所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率，可以通過頻譜譜峰查找來實現(xiàn)，即將輸入的數(shù)字中頻信號進行FFT變換得到頻譜，在頻譜中搜索某一門限之上的譜峰對應的頻率即為需要跟蹤的載波頻率?？扑顾弓h(huán)32用于跟蹤所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率，獲取多普勒頻偏信息。正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33用于根據(jù)所述多普勒頻偏信息生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，該數(shù)字中頻板還包括變頻器和采樣器。變頻器用于將輸入的下行數(shù)字中頻信號變頻到lMHz ;采樣器用于將變頻到lMHz的下行數(shù)字中頻信號進行采樣，抽取到9. 6MHz的采樣率。具體過程為變頻器將頻率搜索器31搜索到的各頻點分別變頻到lMHz，再通過采樣器進行抽取，采樣率為9. 6MHz (以上參數(shù)均為matlab仿真得到的最優(yōu)參數(shù))，再經(jīng)過科斯塔斯環(huán)32得到正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的控制字d(包含多普勒頻偏信息)。設10MHz的正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的控制字為dlOm， 1MHz的正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的控制字為dlm，通 過式(dlOm+(dlm-d)/N)計算出10MHz處包含了多普勒頻偏的正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的數(shù) 據(jù)控制字，其中N為鎖相環(huán)的分頻比，在此處為900M/10M = 90。最后控制正弦數(shù)字信號產(chǎn) 生器33輸出給下行信道模塊13作參考。 圖4是本發(fā)明提供的利用如圖1所示的直放站處理下行射頻信號的方法的流程框 圖，詳述如下 在步驟401中，通過第一雙工器從射頻信號中分離出下行射頻信號。 在步驟402中，通過下行低噪聲放大器對所述下行射頻信號進行低噪聲功率放大。 在步驟403中，通過下行信道模塊的下變頻器在第一鎖相環(huán)的控制下，將放大后 的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號。 在步驟404中，中頻濾波器對所述下行模擬中頻信號進行中頻濾波。 在步驟405中，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將中頻濾波后的下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行
數(shù)字中頻信號。 在步驟406中，數(shù)字中頻板根據(jù)所述下行數(shù)字中頻信號和振蕩頻率產(chǎn)生器生成的 參考振蕩頻率生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號。
作為本發(fā)明的一個實施例，頻率搜索器獲取所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率， 可以通過頻譜譜峰查找來實現(xiàn)，即將輸入的數(shù)字中頻信號進行FFT變換得到頻譜，在頻譜 中搜索某一門限之上的譜峰對應的頻率即為需要跟蹤的載波頻率，再通過科斯塔斯環(huán)跟蹤 所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率，獲取多普勒頻偏信息，最后通過正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器 根據(jù)所述多普勒頻偏信息生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號。作 為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，在通過頻率搜索器搜索到下行數(shù)字中頻信號的各個頻點后， 通過變頻器將輸入的下行數(shù)字中頻信號變頻到lMHz，再通過采樣器將變頻到lMHz的下行 數(shù)字中頻信號進行采樣，抽取到9. 6MHz的采樣率。具體過程為變頻器將頻率搜索器搜 索到的各頻點分別變頻到lMHz，再通過采樣器進行抽取，采樣率為9. 6MHz(以上參數(shù)均為 matlab仿真得到的最優(yōu)參數(shù))，再經(jīng)過科斯塔斯環(huán)32得到正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的控制 字d(包含多普勒頻偏信息)。設10腿z的正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的控制字為dlOm， l腿z 的正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的控制字為dlm，通過式(dlOm+(dlm-d)/N)計算出lOMHz處包含 了多普勒頻偏的正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33的數(shù)據(jù)控制字，其中N為鎖相環(huán)的分頻比，在此處 為900M/10M = 90。最后控制正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器33輸出給下行信道模塊13作參考。
在步驟407中，所述下行信道模塊根據(jù)所述參考時鐘信號的頻偏，在第二鎖相環(huán) 的控制下，通過上變頻器調(diào)整所述放大后的下行射頻信號，輸出無頻偏的下行射頻信號。
在步驟408中，下行增益放大器對所述無頻偏的下行射頻信號進行放大并輸出至 所述第二雙工器。 在本發(fā)明實施例中，下行射頻信號經(jīng)過放大以后，進入下行信道模塊進行下變頻 處理，得到的模擬中頻信號的一個支路送入數(shù)字中頻板進行數(shù)字化處理，數(shù)字中頻板檢測 出射頻信號的頻偏方向和頻偏大小后，對下行信道模塊中上變頻的鎖相環(huán)進行控制，通過 這個閉環(huán)控制，調(diào)整射頻信號的頻偏，從而達到頻率校正的效果。該直放站可以應用于高速 鐵路CRH列車中，在時速可達到400公里/小時，可有效的糾正多普勒效應所產(chǎn)生的頻偏，大大提高移動通信系統(tǒng)的通話質(zhì)量和數(shù)據(jù)效率。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種直放站，包括第二雙工器、振蕩頻率產(chǎn)生器、與所述第二雙工器依次順序連接的上行低噪聲放大器、上行信道模塊以及上行增益放大器，所述振蕩頻率產(chǎn)生器與所述上行信道模塊連接，其特征在于，所述直放站還包括第一雙工器，用于從射頻信號中分離出下行射頻信號；下行低噪聲放大器，用于對所述下行射頻信號進行低噪聲功率放大；下行信道模塊，用于將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號；A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行數(shù)字中頻信號；數(shù)字中頻板，與所述振蕩頻率產(chǎn)生器連接，用于根據(jù)所述下行數(shù)字中頻信號和所述振蕩頻率產(chǎn)生器生成的參考振蕩頻率生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號；所述下行信道模塊還用于根據(jù)所述參考時鐘信號的頻偏，調(diào)整所述放大后的下行射頻信號，輸出無頻偏的下行射頻信號；下行增益放大器，用于對所述無頻偏的下行射頻信號進行放大并輸出至所述第二雙工器。
2. 如權(quán)利要求1所述的直放站，其特征在于，所述下行信道模塊包括 與所述振蕩頻率產(chǎn)生器連接的第一鎖相環(huán)；與所述第一鎖相環(huán)連接，用于將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號的下 變頻器；中頻濾波器，用于對所述下行模擬中頻信號進行中頻濾波。 與所述中頻濾波器連接的耦合器；與所述耦合器連接，用于將所述耦合器耦合出的中頻濾波后的下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換 成下行射頻信號的上變頻器；連接于所述上變頻器和所述數(shù)字中頻板之間的第二鎖相環(huán)。
3. 如權(quán)利要求2所述的直放站，其特征在于，所述下行信道模塊還包括 與所述第一鎖相環(huán)和所述第二鎖相環(huán)分別連接，用于提供所述第一鎖相環(huán)和所述第二鎖相環(huán)的鎖定時鐘的晶振。
4. 如權(quán)利要求1所述的直放站，其特征在于，所述數(shù)字中頻板包括 頻率搜索器，用于獲取所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率；科斯塔斯環(huán)，用于跟蹤所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率，獲取多普勒頻偏信息； 正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器，根據(jù)所述多普勒頻偏信息生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相 同頻偏的參考時鐘信號。
5. 如權(quán)利要求4所述的直放站，其特征在于，所述數(shù)字中頻板還包括 變頻器，用于將所述下行數(shù)字中頻信號變頻到lMHz ;采樣器，用于將變頻到lMHz的下行數(shù)字中頻信號進行采樣，抽取到9. 6MHz的采樣率。
6. —種利用如權(quán)利要求1至5任一項所述的直放站處理下行射頻信號的方法，其特征 在于，所述方法包括下述步驟通過第一雙工器從射頻信號中分離出下行射頻信號； 通過下行低噪聲放大器對所述下行射頻信號進行低噪聲功率放大； 通過下行信道模塊的下變頻器在第一鎖相環(huán)的控制下，將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號；中頻濾波器對所述下行模擬中頻信號進行中頻濾波；通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將中頻濾波后的下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行數(shù)字中頻信號；數(shù)字中頻板根據(jù)所述下行數(shù)字中頻信號和振蕩頻率產(chǎn)生器生成的參考振蕩頻率生成 具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號；所述下行信道模塊根據(jù)所述參考時鐘信號的頻偏，在第二鎖相環(huán)的控制下，通過上變 頻器調(diào)整所述放大后的下行射頻信號，輸出無頻偏的下行射頻信號；下行增益放大器對所述無頻偏的下行射頻信號進行放大并輸出至所述第二雙工器。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述通過下行信道模塊的下變頻器在第 一鎖相環(huán)的控制下，將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號的步驟之前，所述 方法還包括下述步驟通過晶振提供所述第一鎖相環(huán)和第二鎖相環(huán)的鎖定時鐘。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字中頻板根據(jù)所述下行數(shù)字中頻信 號和振蕩頻率產(chǎn)生器生成的參考振蕩頻率生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的 參考時鐘信號的步驟具體包括頻率搜索器獲取輸入的下行數(shù)字中頻信號的載波頻率； 科斯塔斯環(huán)跟蹤所述下行數(shù)字中頻信號的載波頻率，獲取多普勒頻偏信息； 正弦數(shù)字信號產(chǎn)生器根據(jù)所述多普勒頻偏信息生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相 同頻偏的參考時鐘信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述科斯塔斯環(huán)跟蹤所述下行數(shù)字中頻 信號的載波頻率，獲取多普勒頻偏信息的步驟之前，所述方法還包括下述步驟變頻器將輸入的下行數(shù)字中頻信號變頻到1MHz ;采樣器將變頻到1MHz的下行數(shù)字中頻信號進行采樣，抽取到9. 6MHz的采樣率。
全文摘要
本發(fā)明適用于通信領域，提供了一種直放站及利用其處理下行射頻信號的方法，所述直放站包括下行信道模塊，用于將放大后的下行射頻信號轉(zhuǎn)換成下行模擬中頻信號；A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將下行模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成下行數(shù)字中頻信號；數(shù)字中頻板，生成具有與所述下行數(shù)字中頻信號相同頻偏的參考時鐘信號；所述下行信道模塊還用于根據(jù)所述參考時鐘信號的頻偏，調(diào)整所述放大后的下行射頻信號，輸出無頻偏的下行射頻信號；下行增益放大器，用于對所述無頻偏的下行射頻信號進行放大并輸出至所述第二雙工器。本發(fā)明可有效的糾正多普勒效應所產(chǎn)生的頻偏，大大提高移動通信系統(tǒng)的通話質(zhì)量和數(shù)據(jù)效率。
文檔編號H04W88/00GK101699917SQ20091019034
公開日2010年4月28日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者孫慶新, 楊嗣環(huán), 王從剛, 郭勝, 陳守順, 韓玉龍 申請人:深圳市云海通訊股份有限公司