專利名稱：無(wú)線覆蓋整體解決方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)多普勒頻移中繼 裝置和相應(yīng)的中繼方法，進(jìn)而提出一種高速列車無(wú)線覆蓋系統(tǒng)、方案，以適用于高速移動(dòng)載 體上的移動(dòng)通信應(yīng)用。
技術(shù)背景在高速鐵路移動(dòng)通信環(huán)境中，若采用基站對(duì)鐵路區(qū)域直接進(jìn)行無(wú)線覆蓋，為了避 免頻繁的越區(qū)切換，每個(gè)基站的覆蓋半徑需要達(dá)到十公里以上，對(duì)于線狀的鐵路區(qū)域來(lái)說(shuō)， 這種基站直接覆蓋方式的效率很低。為了提高覆蓋效率，可以采用基站加射頻拉遠(yuǎn)單元的 方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋。一個(gè)基站可以配置多個(gè)射頻拉遠(yuǎn)單元，沿鐵路一字排開(kāi)。相對(duì)于基站 的覆蓋半徑而言，每個(gè)射頻拉遠(yuǎn)單元的覆蓋半徑都不大，因此可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)十公里以 上的線狀鐵路區(qū)域的有效覆蓋。由于一個(gè)基站配置了多個(gè)射頻拉遠(yuǎn)單元，因此在兩個(gè)射頻拉遠(yuǎn)單元的重疊覆蓋區(qū) 中，列車車廂內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)將收到來(lái)自兩個(gè)不同方向射頻拉遠(yuǎn)單元發(fā)送的同一個(gè)基站的信 號(hào)。如果移動(dòng)臺(tái)無(wú)法區(qū)分這兩個(gè)方向的信號(hào)，那么這兩個(gè)信號(hào)相互之間便構(gòu)成了人為的多 徑干擾，使通信質(zhì)量嚴(yán)重下降。(注在以基站加射頻拉遠(yuǎn)單元覆蓋的高速鐵路移動(dòng)通信環(huán) 境中，信號(hào)從射頻拉遠(yuǎn)單元到列車之間有很強(qiáng)的直達(dá)路徑，因此自然多徑干擾要比人為多 徑干擾弱得多，故這里主要考慮人為多徑干擾。)假設(shè)移動(dòng)臺(tái)可以區(qū)分這兩個(gè)方向的人為多徑信號(hào)，那么就可以使用多徑分集合并 的方法來(lái)利用這些信號(hào)。由于在高速移動(dòng)的環(huán)境下，這兩個(gè)方向的信號(hào)都引入了很大的多 普勒頻移，且頻移的方向相反，因此在合并之前需要分別消除這兩個(gè)方向信號(hào)各自的多普 勒頻移。綜上所述，為了提高高速鐵路移動(dòng)通信環(huán)境中通信的質(zhì)量，需要有效地解決以下 問(wèn)題，即1、區(qū)分不同方向的信號(hào)。2、消除不同方向信號(hào)各自的多普勒頻移。3、合并不同方向的信號(hào)，從而消除人為多徑干擾。為了消除多普勒頻移，提高高速移動(dòng)交通工具中移動(dòng)臺(tái)與固定基站或射頻拉遠(yuǎn)單 元之間的通信質(zhì)量，有如下方式可供參考其一是在基站中引入多普勒頻移校正功能，這種方式中，基站需要面對(duì)多個(gè)不同 移動(dòng)方向和移動(dòng)速率的移動(dòng)臺(tái)，因此需要針對(duì)不同移動(dòng)臺(tái)多普勒頻移的方向和大小分別進(jìn) 行跟蹤和抵消，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜；其二是在移動(dòng)臺(tái)中引入多普勒頻移校正功能，考慮到移動(dòng)臺(tái)的成本、體積、功耗、 散熱等因素，以及當(dāng)移動(dòng)臺(tái)置于高速移動(dòng)交通工具中被交通工具屏蔽作用所影響從而影響 校正精度等，故其可行性相對(duì)不高；再者，作為本發(fā)明被提出的基礎(chǔ)，可以在交通工具上放置一個(gè)直放站作為中繼裝置，將固定基站或射頻拉遠(yuǎn)單元的信號(hào)直放后對(duì)交通工具內(nèi)部進(jìn)行覆蓋。此時(shí)，直放站相對(duì) 于交通工具內(nèi)部的移動(dòng)臺(tái)而言是靜止或低速移動(dòng)的，但是相對(duì)于基站或射頻拉遠(yuǎn)單元而言 卻是高速移動(dòng)的。這種移動(dòng)直放站與傳統(tǒng)的固定直放站的根本區(qū)別就在于移動(dòng)直放站需要具備區(qū) 分信號(hào)、消除多普勒頻移及合并信號(hào)的功能，為固定基站或射頻拉遠(yuǎn)單元與高速移動(dòng)交通 工具中移動(dòng)臺(tái)之間的通信提供一個(gè)無(wú)多普勒頻移的無(wú)線覆蓋環(huán)境。其中消除多普勒頻移功 能的實(shí)現(xiàn)，是本發(fā)明的重點(diǎn)所在。

發(fā)明內(nèi)容與前述相呼應(yīng)，本發(fā)明的首要目的就是要提供一種無(wú)多普勒頻移中繼裝置，使由 其實(shí)現(xiàn)中繼的兩端的設(shè)備間的信號(hào)能去除因高速移動(dòng)或其它原因所產(chǎn)生的多普勒頻率偏 移因素，保證信號(hào)的正常通信質(zhì)量。本發(fā)明的另一目的在于提供一種無(wú)多普勒頻移中繼方法，在相互通信的信號(hào)路徑 中去除因高速移動(dòng)或其它原因所引起的信號(hào)的多普勒頻移，保障通信質(zhì)量。本發(fā)明的再一目的在于提供一種高速列車無(wú)線覆蓋系統(tǒng)，使高速列車內(nèi)的移動(dòng)臺(tái) 與車外移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之間的信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)多普勒頻移傳輸，保證移動(dòng)臺(tái)的通信質(zhì)量。本發(fā)明的再一目的在于提供一種高速列車無(wú)線覆蓋方案，以圖適用高鐵發(fā)展的需 要。本發(fā)明最后一個(gè)目的在于提供一種多普勒頻移跟蹤單元，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明產(chǎn)品的通 用性，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、安裝和維護(hù)。為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的一種多普勒頻移跟蹤單元，用于跟蹤中繼裝置的因高速運(yùn)動(dòng)而引起的信 號(hào)的多普勒頻率偏移，該跟蹤單元包括耦合器，用于在中繼裝置下行鏈路的射頻前端中耦合出一路下行信號(hào)；受控頻率源，在校正單元的控制下產(chǎn)生包含下行正向多普勒頻移因子的下行跟蹤 信號(hào)；下變頻通道，以受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)的頻率為基準(zhǔn)，將下行信號(hào)進(jìn)行 下變頻；參考單元，用于產(chǎn)生一供校正單元參照的參考信號(hào)；校正單元，用于求取下變頻后的下行信號(hào)所包含的下行導(dǎo)頻信號(hào)與所述參考信號(hào) 之間的頻率誤差函數(shù)，并調(diào)節(jié)受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)的頻率使該函數(shù)值維持為 零；變換單元，將該下行跟蹤信號(hào)變換為包含上行反向多普勒頻移因子的上行跟蹤信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所揭示，所述參考單元包括倍頻器和中繼裝置固有的基準(zhǔn)頻 率源，基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)倍頻器倍頻后成為所述參考信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所揭示，所述參考單元包括倍頻器和所述受控頻率源，受 控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)經(jīng)倍頻器倍頻后成為所述參考信號(hào)。對(duì)應(yīng)于校正單元工作在模擬域或數(shù)字域，所述受控頻率源為壓控晶體振蕩器(VCXO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)。所述受控頻率源與下變頻通道之間串接一倍頻器對(duì)受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤 信號(hào)進(jìn)行倍頻運(yùn)算。該跟蹤單元還包括濾波器，其串接于下變頻通道和校正單元之間，將下變頻后的 下行信號(hào)進(jìn)行濾波后傳輸給所述校正單元。所述變換單元包括倍頻器，用于對(duì)中繼裝置既有的基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行預(yù)設(shè)倍數(shù)的倍頻運(yùn) 算；混頻器，利用該倍頻器的運(yùn)算結(jié)果與下行跟蹤信號(hào)進(jìn)行混頻從而產(chǎn)生所述上行跟 蹤信號(hào)；濾波器，用于對(duì)所述上行跟蹤信號(hào)進(jìn)行濾波后輸出。本發(fā)明的一種無(wú)多普勒頻移中繼裝置，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼并消除因高速運(yùn)動(dòng)而引 起的信號(hào)的多普勒頻率偏移，其包括下行鏈路和上行鏈路，還包括前述的多普勒頻移跟蹤單元；下行鏈路中的下變頻通道，以該跟蹤單元輸出的下行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)下行鏈路 中的下行信號(hào)進(jìn)行混頻以消除下行信號(hào)中的正向多普勒頻移；上行鏈路中的上變頻通道，以該跟蹤單元輸出的上行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)上行鏈路 中的上行信號(hào)進(jìn)行混頻以在上行信號(hào)中預(yù)置反向多普勒頻移。該裝置包括施主天線和受主天線，施主天線用于與基站或射頻拉遠(yuǎn)單元無(wú)線電性 連接，受主天線用于與移動(dòng)臺(tái)無(wú)線電性連接。所述施主天線采用全向或定向天線，所述受主 天線采用一體縱長(zhǎng)的泄漏電纜。所述基準(zhǔn)頻率源采用穩(wěn)定度優(yōu)于士0. Olppm的晶體振蕩器。本發(fā)明的一種無(wú)多普勒頻移中繼方法，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼并消除信號(hào)中因高速運(yùn) 動(dòng)而引起的多普勒頻率偏移，其包括如下步驟1)從下行鏈路射頻前端中耦合出一路下行信號(hào)；2)產(chǎn)生一下行跟蹤信號(hào)；3)以下行跟蹤信號(hào)為基準(zhǔn)將該射頻下行信號(hào)下變頻至中頻或零中頻域；4)求取該中頻或零中頻域下行信號(hào)所包含的下行導(dǎo)頻信號(hào)與一個(gè)供參照的參考 信號(hào)之間的頻率誤差函數(shù)，并調(diào)節(jié)步驟3)中產(chǎn)生下行跟蹤信號(hào)的頻率，以使該函數(shù)值維持 為零；5)對(duì)于下行鏈路，以該下行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行混頻以消除下行信號(hào) 中的正向多普勒頻移；6)對(duì)于上行鏈路，先將該下行跟蹤信號(hào)變換為預(yù)置反向多普勒頻移的上行跟蹤信 號(hào)，再以該上行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行上變頻，以在上行信號(hào)中預(yù)置反向的多普 勒頻移。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所揭示，所述步驟4)中的參考信號(hào)由一基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的 信號(hào)經(jīng)倍頻運(yùn)算后獲得。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所揭示，所述步驟4)中的參考信號(hào)由所述步驟2)的下行 跟蹤信號(hào)經(jīng)倍頻運(yùn)算后獲得。
步驟4)若采用模擬方式執(zhí)行，所述下行跟蹤信號(hào)由一受控的壓控晶體振蕩器 (VCXO)產(chǎn)生，若采用數(shù)字方式執(zhí)行，則由數(shù)字控制振蕩器產(chǎn)生(NCO)。所述步驟3)中的下行跟蹤信號(hào)已經(jīng)過(guò)倍頻運(yùn)算。所述步驟4)中的中頻域或零中頻域下行信號(hào)已經(jīng)過(guò)濾波。步驟6)中，所述上行跟蹤信號(hào)由所述下行跟蹤信號(hào)與一基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào) 的倍頻運(yùn)算結(jié)果混頻后濾波而得。本發(fā)明的一種高速列車無(wú)線覆蓋系統(tǒng)，其采用前述的無(wú)多普勒頻移中繼裝置，其 施主天線外置于高速列車頂部，其受主天線沿高速列車的車廂一體縱長(zhǎng)布設(shè)。本發(fā)明的一種高速列車無(wú)線覆蓋方案，適用于相對(duì)無(wú)線中繼站高速移動(dòng)的列車， 其包括如下步驟1)在高速列車上裝設(shè)直放站，并設(shè)置該直放站在任意時(shí)刻只接收一個(gè)方向的基站 或射頻拉遠(yuǎn)單元信號(hào)，忽略其它方向的信號(hào)；2)為該直放站的下行鏈路提供能夠跟蹤正向多普勒頻移的下行跟蹤信號(hào)，為該直 放站的上行鏈路提供預(yù)置了反向多普勒頻移的上行跟蹤信號(hào)。3)將下行跟蹤信號(hào)用于該直放站下行鏈路的下變頻通道和上變頻通道中，消除因 列車相對(duì)移動(dòng)而在下行信號(hào)中引入的多普勒頻移，以便列車內(nèi)移動(dòng)臺(tái)接收到無(wú)多普勒頻移 的下行信號(hào)；4)將上行跟蹤信號(hào)用于該直放站的上行鏈路的下變頻通道和上變頻通道中，在上 行信號(hào)中預(yù)置反向的多普勒頻移，以便無(wú)線中繼站接收到無(wú)多普勒頻移的上行信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明在中繼裝置上實(shí)現(xiàn)了多普勒頻移校正功能，適用于 諸如選頻、移頻、寬頻之類的直放站，對(duì)基站或射頻拉遠(yuǎn)單元等無(wú)線中繼站和移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有任 何影響，因此可以直接應(yīng)用于任何現(xiàn)有的和計(jì)劃建造的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，也即其具有較高 的可移植性和應(yīng)用可行性。相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)在基站及射頻拉遠(yuǎn)單元或移動(dòng)臺(tái)中消除多普勒頻 移的技術(shù)而言，其具有明顯的進(jìn)步性，具體表現(xiàn)在其一，在中繼裝置中引入多普勒頻移校正功能與在基站(或射頻拉遠(yuǎn)單元)中引 入該功能相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)1、基站需要面對(duì)多個(gè)不同移動(dòng)方向和移動(dòng)速率的移動(dòng)臺(tái)，因此需要針對(duì)不同移動(dòng) 臺(tái)多普勒頻移的方向和大小分別進(jìn)行跟蹤和抵消，實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜；而中繼裝置(移動(dòng)直放 站)只需面對(duì)一個(gè)方向的基站或射頻拉遠(yuǎn)單元，因此只需跟蹤和抵消一個(gè)方向和大小的多 普勒頻移，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單；2、中繼裝置(移動(dòng)直放站)可以充分利用下行導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行多普勒頻移的校正； 而在基站中，若上行信號(hào)中沒(méi)有導(dǎo)頻信號(hào)，則無(wú)法做到這一點(diǎn)，造成技術(shù)實(shí)現(xiàn)上無(wú)法克服的 先天性缺陷。其二，在中繼裝置(移動(dòng)直放站)中引入多普勒頻移校正功能與在移動(dòng)臺(tái)中引入 該功能相比則優(yōu)勢(shì)更加明顯1、移動(dòng)臺(tái)對(duì)成本、體積和功耗有著苛刻的要求，而對(duì)于移動(dòng)直放站則寬松得多。移 動(dòng)直放站相當(dāng)于為交通工具內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)提供了一個(gè)公共的射頻前端，將每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的多 普勒頻移校正功能集中到一個(gè)移動(dòng)直放站中實(shí)現(xiàn)，比分散在各個(gè)移動(dòng)臺(tái)中實(shí)現(xiàn)更為合理；2、移動(dòng)直放站可以使用置于交通工具之外的定向跟蹤天線(主要是指其施主天線)以及高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率源，消除交通工具的屏蔽作用，提高多普勒頻移校正的精度； 而在移動(dòng)臺(tái)中，這些都是難以實(shí)現(xiàn)的。

圖1是本發(fā)明無(wú)多普勒頻移中繼裝置應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中無(wú)多普勒頻移中繼裝置的原理框圖，該實(shí)施例適用于 中頻方案。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中多普勒頻移跟蹤單元的原理框圖。圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例中無(wú)多普勒頻移中繼裝置的原理框圖，該實(shí)施例適用于 零中頻方案。圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例中多普勒頻移跟蹤單元的原理框圖。圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例中無(wú)多普勒頻移中繼裝置的原理框圖，其由第一實(shí)施例 的中頻方案派生出一統(tǒng)一中頻方案。圖7是本發(fā)明第四實(shí)施例中無(wú)多普勒頻移中繼裝置的原理框圖，其由第二實(shí)施例 的零中頻方案派生出一統(tǒng)一零中頻方案。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明作為一個(gè)綜合的高速列車無(wú)線覆蓋方案，其具體應(yīng)用即本發(fā)明的高速列車無(wú)線覆 蓋系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景如圖1所示。在高速移動(dòng)的載體(以高速鐵路的列車之類的交通工具為 例)101上，安裝兩個(gè)移動(dòng)直放站111、112，兩個(gè)移動(dòng)直放站111、112由本發(fā)明后述的無(wú)多普 勒頻移中繼裝置實(shí)現(xiàn)。每個(gè)移動(dòng)直放站各有一個(gè)具備定向跟蹤能力的施主天線或共享一個(gè) 全向施主天線，分別接收前、后兩個(gè)最近的基站或射頻拉遠(yuǎn)單元122、121的信號(hào)，與基站或 射頻拉遠(yuǎn)單元無(wú)線電性連接實(shí)現(xiàn)通信。兩個(gè)移動(dòng)直放站通過(guò)合路器(未示出)共用一個(gè)受 主天線(即與移動(dòng)臺(tái)無(wú)線電性連接實(shí)現(xiàn)通信的天線)，這個(gè)受主天線采用一條覆蓋載體內(nèi) 部即沿列車車廂縱長(zhǎng)方向一體縱長(zhǎng)布設(shè)的泄漏電纜。無(wú)論采用定向跟蹤還是全向施主天線，都要保證每個(gè)移動(dòng)直放站只能收到列車 前、后兩個(gè)方向中一個(gè)方向的基站或射頻拉遠(yuǎn)單元信號(hào)，其它方向的信號(hào)小到可以忽略。前 者是靠空分復(fù)用來(lái)保證，后者則是靠頻分、時(shí)分或碼分復(fù)用來(lái)保證。因此可以近似認(rèn)為每個(gè) 移動(dòng)直放站只引入了一個(gè)方向的多普勒頻移，每個(gè)移動(dòng)直放站一旦消除了多普勒頻移，高 速列車上的無(wú)線覆蓋環(huán)境即視為無(wú)多普勒頻移的無(wú)線覆蓋環(huán)境。如前所述，移動(dòng)直放站，包括選頻直放站、移頻直放站及寬頻直放站等，采用本發(fā) 明的無(wú)多普勒頻移中繼裝置實(shí)現(xiàn)。該中繼裝置用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼，并且消除被中繼的信號(hào) 的多普勒頻移，消除多普勒頻移的關(guān)鍵在于跟蹤多普勒頻移因子，跟蹤多普勒頻移因子的 過(guò)程通過(guò)一多普勒頻移跟蹤單元實(shí)現(xiàn)，有兩種實(shí)現(xiàn)方案，其一是對(duì)中頻域下行信號(hào)進(jìn)行跟 蹤，稱中頻方案，另一則是對(duì)零中頻域下行信號(hào)進(jìn)行跟蹤，稱零中頻方案。本發(fā)明中，兩種方 案分別以第一和第二實(shí)施例進(jìn)行具體說(shuō)明。以下以圖2和圖3共同揭示本發(fā)明的采用中頻方案的第一實(shí)施例。本發(fā)明第一實(shí)施例的無(wú)多普勒頻移中繼裝置由施主天線201，受主天線202，雙工器 211、212，放大器 221、222、223、224、225、226、227、228，混頻器 231、232、233、234，中頻帶 通濾波器241、242，倍頻器251、252、253、254，基準(zhǔn)頻率源261，多普勒頻移跟蹤單元271， 以及耦合器281構(gòu)成。其中，放大器221、混頻器231、放大器222構(gòu)成移動(dòng)直放站的下行 下變頻通道；放大器225、混頻器233、放大器226構(gòu)成移動(dòng)直放站的下行上變頻通道。下 行下變頻通道、中頻帶通濾波器241、下行上變頻通道一起構(gòu)成移動(dòng)直放站的下行鏈路。放 大器228、混頻器234、放大器227構(gòu)成移動(dòng)直放站的上行下變頻通道；放大器224、混頻器 232、放大器223構(gòu)成移動(dòng)直放站的上行上變頻通道。上行下變頻通道、中頻帶通濾波器 242、上行上變頻通道一起構(gòu)成移動(dòng)直放站的上行鏈路。耦合器281、多普勒頻移跟蹤單元 271、基準(zhǔn)頻率源261、倍頻器251、252、253、254構(gòu)成移動(dòng)直放站的頻率合成器，簡(jiǎn)稱頻合 器。其中，多普勒頻移跟蹤單元271具有多普勒頻移跟蹤能力，為下行下變頻通道和上行上 變頻通道提供本振頻率源；而基準(zhǔn)頻率源261由高穩(wěn)定度的晶體振蕩器(例如穩(wěn)定度優(yōu)于 士0. Olppm的恒溫晶振TCX0)來(lái)?yè)?dān)任，為下行上變頻通道和上行下變頻通道提供本振頻率 源。來(lái)自基站或射頻拉遠(yuǎn)單元的下行射頻信號(hào)經(jīng)施主天線201和雙工器211之后送到 下行下變頻通道進(jìn)行下變頻。下變頻采用低本振下邊帶方案，得到的下行中頻信號(hào)經(jīng)中頻 帶通濾波器241之后送到下行上變頻通道進(jìn)行上變頻。上變頻使用低本振上邊帶方案，得 到的下行射頻信號(hào)經(jīng)雙工器212和受主天線202發(fā)送給車廂內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)。來(lái)自車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的上行射頻信號(hào)經(jīng)受主天線202和雙工器212之后送到上行下 變頻通道進(jìn)行下變頻，下變頻采用低本振下邊帶方案，得到的上行中頻信號(hào)經(jīng)中頻帶通濾 波器242之后送到上行上變頻通道進(jìn)行上變頻。上變頻采用低本振上邊帶方案，得到的上 行射頻信號(hào)經(jīng)雙工器211和施主天線201之后發(fā)送給基站或射頻拉遠(yuǎn)單元。本實(shí)施例的多普勒頻移跟蹤單元271采用本地基準(zhǔn)頻率源261產(chǎn)生的信號(hào)直接作 為內(nèi)部自動(dòng)頻率校正單元的參考信號(hào)，其原理框圖如圖3所示。多普勒頻移跟蹤單元271由 放大器421、422、混頻器431、432、中頻帶通濾波器441、442、自動(dòng)頻率校正(AFC)單元(下 稱校正單元)471、使用壓控晶體振蕩器(VCXO)充當(dāng)?shù)氖芸仡l率源461、倍頻器451、452、453 構(gòu)成。需要注意的是，其中的放大器421，422與混頻器431構(gòu)成了下變頻通道，耦合器281 與該下變頻通道以及該中頻帶通濾波器441可以將射頻域的下行信號(hào)進(jìn)行下變頻至中頻 域，從而提供給所述校正單元471使用。所述倍頻器453、混頻器432及濾波器442則共同 構(gòu)成了變換單元，用于變換信號(hào)中的多普勒頻移因子的方向。多普勒頻移跟蹤單元271有兩個(gè)輸入信號(hào)和兩個(gè)輸出信號(hào)。兩個(gè)輸入信號(hào)分別是 從下行鏈路射頻前端通過(guò)耦合器281耦合得到的含有下行導(dǎo)頻信號(hào)的下行射頻信號(hào)和由 基準(zhǔn)頻率源261提供的頻率為f；的基準(zhǔn)頻率信號(hào)；兩個(gè)輸出信號(hào)分別是能夠跟蹤下行正向 多普勒頻移的頻率為f'。的下行跟蹤信號(hào)和預(yù)置了上行反向多普勒頻移的頻率為f" J勺 上行跟蹤信號(hào)，上行跟蹤信號(hào)與下行跟蹤信號(hào)均源自于該受控頻率源461，其中上行跟蹤信 號(hào)為原始跟蹤信號(hào)經(jīng)變換單元變換后的信號(hào)。在多普勒頻移跟蹤單元271中，受控頻率源(壓控晶體振蕩器)461受校正單元 471控制輸出的信號(hào)是下行跟蹤信號(hào)，其頻率f'。受自動(dòng)頻率校正單元471產(chǎn)生的控制信 號(hào)的控制。自動(dòng)頻率校正單元471的一路輸入信號(hào)為下行導(dǎo)頻信號(hào)與受控頻率源(壓控晶 體振蕩器)461輸出的信號(hào)的倍頻信號(hào)混頻、濾波后得到的中頻導(dǎo)頻信號(hào)；自動(dòng)頻率校正單元471的另一路輸入信號(hào)即參考信號(hào)為基準(zhǔn)頻率源信號(hào)的倍頻信號(hào)。自動(dòng)頻率校正單元 471的功能就是檢測(cè)下行導(dǎo)頻信號(hào)的存在，并在下行導(dǎo)頻信號(hào)存在的情況下，計(jì)算下行導(dǎo)頻 信號(hào)(經(jīng)過(guò)變頻)與本地基準(zhǔn)頻率信號(hào)(經(jīng)過(guò)倍頻)之間的頻率誤差函數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控 制信號(hào)調(diào)節(jié)受控頻率源(壓控晶體振蕩器)461的輸出頻率，維持上述頻率誤差為零。在變換單元中，下行跟蹤信號(hào)再與本地基準(zhǔn)頻率源信號(hào)的2倍頻信號(hào)進(jìn)行混頻， 取后者與前者的差頻信號(hào)濾波后得到頻率為f"。= 2&-廣。的上行跟蹤信號(hào)。結(jié)合圖2和圖3，設(shè)下行射頻信號(hào)載波的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fd，上行射頻信號(hào)載波的標(biāo)準(zhǔn) 頻率為fu，下行導(dǎo)頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fp，下行中頻信號(hào)載波的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fid，上行中頻信 號(hào)載波的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fiu，下行中頻導(dǎo)頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fip。令X = fd/fo; y = fu/f0, ζ =fp/f。，w = fid/fd = fiu/fu = fip/fpD 取倍頻器 251,253 的倍頻因子為 d = d' = x(l-w)， 倍頻器252、254的倍頻因子為u = u' = y (l_w)，倍頻器451的倍頻因子為ρ = ζ (l_w)，倍 頻器452的倍頻因子為q = zw，倍頻器453的倍頻因子為2。移動(dòng)直放站收到的下行導(dǎo)頻信號(hào)的頻率為fp+Afp，其中Afp為其多普勒頻移。該 信號(hào)與頻率為f'。的下行跟蹤信號(hào)的倍頻信號(hào)Pf' ^混頻、濾波后得到頻率為f' ip = fρ+Afp-Pf'。的中頻導(dǎo)頻信號(hào)。自動(dòng)頻率校正單元471計(jì)算中頻導(dǎo)頻信號(hào)與頻率為fip =Qf0的基準(zhǔn)頻率源信號(hào)的倍頻信號(hào)之間的頻率誤差函數(shù)，并依此控制受控頻率源461，以 維持頻率誤差為零，即f ‘ ip"fip = 0。因此，當(dāng)自動(dòng)頻率校正單元471進(jìn)入跟蹤狀態(tài)時(shí)，有 Pf' ο = fp+Afp-fip0 此時(shí)，下行跟蹤信號(hào)的頻率為 f' 0 = (fp+Afp-fip)/P = f0(l+A/ (1-w))，而上行跟蹤信號(hào)的頻率為f〃 ο = 2f0"f ‘ 0 = f0(l-A/(l-w))o由此可見(jiàn)在下行 跟蹤信號(hào)的頻率f'。中含有下行多普勒頻移因子+△，而在上行跟蹤信號(hào)的頻率f"。中 含有上行反向多普勒頻移因子-Δ。在下行鏈路中，將下行跟蹤信號(hào)經(jīng)過(guò)d倍頻后得到頻率為df ‘ ^ = fd+ Δ fd-fid的 本振信號(hào)用于下行下變頻通道；將基準(zhǔn)頻率源信號(hào)經(jīng)過(guò)d'倍頻后得到的頻率為d' f0 = fd_fid的本振信號(hào)用于下行上變頻通道。而在上行鏈路中，將基準(zhǔn)頻率源信號(hào)經(jīng)過(guò)u'倍頻 后得到頻率為u' f0 = fu-fiu的本振信號(hào)用于上行下變頻通道；將上行跟蹤信號(hào)經(jīng)過(guò)u倍 頻后得到頻率為uf"。= fu- Δ fu-fiu的本振信號(hào)用于上行上變頻通道。對(duì)于下行方向而言，由基站或射頻拉遠(yuǎn)單元發(fā)送到移動(dòng)直放站的是載波標(biāo)準(zhǔn)頻率 為fd的下行射頻信號(hào)。由于列車的高速移動(dòng)，到達(dá)移動(dòng)直放站的下行射頻信號(hào)載波頻率為 fd+Afd，其中Afd是引入的多普勒頻移。下行射頻信號(hào)經(jīng)本振信號(hào)頻率為fd+Afd-fid的下 行下變頻通道變成載波頻率為fid的下行中頻信號(hào)，再經(jīng)本振信號(hào)頻率為fd_fid的下行上變 頻通道變成載波頻率為fd的下行射頻信號(hào)，發(fā)送給車廂內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)。由于列車上移動(dòng)直放 站與車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)速率可以忽略不計(jì)，因此移動(dòng)臺(tái)收到的將是無(wú)多普勒頻移的 標(biāo)準(zhǔn)下行射頻信號(hào)。反之對(duì)于上行方向而言，車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到列車上移動(dòng)直放站的是載波標(biāo)準(zhǔn)頻 率為fu的上行射頻信號(hào)。由于列車上移動(dòng)直放站與車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)速率可以忽略 不計(jì)，因此移動(dòng)直放站收到的上行射頻信號(hào)的載波頻率仍為fu。上行射頻信號(hào)經(jīng)本振信號(hào) 頻率為fu_fiu的上行下變頻通道變成載波頻率為fiu的上行中頻信號(hào)，再經(jīng)本振信號(hào)頻率為 fu" Δ fu-fiu的上行上變頻通道變成載波頻率為fu_ Δ fu的上行射頻信號(hào)，發(fā)送給基站或射頻 拉遠(yuǎn)單元。由于移動(dòng)直放站在上行射頻信號(hào)中預(yù)置了一個(gè)反向的多普勒頻移_Afu，與列車
11高速移動(dòng)引起的多普勒頻移Afu相抵消，因此到達(dá)基站或射頻拉遠(yuǎn)單元的將是沒(méi)有多普勒 頻移的標(biāo)準(zhǔn)上行射頻信號(hào)。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖4和圖5，其共同揭示本發(fā)明的第二實(shí)施例，該實(shí)施例與前一實(shí)施例 的主要不同之處通過(guò)圖與圖之間的對(duì)比可以明顯得出，在于首先，本實(shí)施例的中繼裝置工 作在零中頻域而非中頻域；其次，本實(shí)施例的自動(dòng)頻率校正單元571的參考信號(hào)來(lái)源自受 控頻率源561的反饋信號(hào)(下行跟蹤信號(hào))而非本地基準(zhǔn)頻率源信號(hào)；再者，由前述兩處區(qū) 別引起的多普勒頻移跟蹤單元內(nèi)部的信號(hào)處理變化。為助于理解采用中頻方案的第一實(shí)施例和采用零中頻方案的第二實(shí)施例的詳細(xì) 區(qū)別，如下結(jié)合圖4和圖5對(duì)第二實(shí)施例做進(jìn)一步揭示。本發(fā)明第二實(shí)施例的無(wú)多普勒頻移中繼裝置由施主天線301，受主天線302，雙工 器 311、312，放大器 321、322、323、324、325、326、327、328，混頻器 331、332、333、334，零中頻 低通濾波器341、342，倍頻器351、352、353、354，基準(zhǔn)頻率源361，多普勒頻移跟蹤單元371， 以及耦合器381構(gòu)成。其中，放大器321、混頻器331、放大器322構(gòu)成移動(dòng)直放站的下行下 變頻通道；放大器325、混頻器333、放大器326構(gòu)成移動(dòng)直放站的下行上變頻通道。下行下 變頻通道、低通濾波器341、下行上變頻通道一起構(gòu)成移動(dòng)直放站的下行鏈路。放大器328、 混頻器334、放大器327構(gòu)成移動(dòng)直放站的上行下變頻通道；放大器324、混頻器332、放大 器323構(gòu)成移動(dòng)直放站的上行上變頻通道。上行下變頻通道、零中頻低通濾波器342、上行 上變頻通道一起構(gòu)成移動(dòng)直放站的上行鏈路。耦合器381、多普勒頻移跟蹤單元371、基準(zhǔn) 頻率源361、倍頻器351、352、353、354構(gòu)成移動(dòng)直放站的頻率合成器。其中，多普勒頻移跟 蹤單元371具有多普勒頻移跟蹤能力，為下行下變頻通道和上行上變頻通道提供本振頻率 源；而基準(zhǔn)頻率源361由高穩(wěn)定度的晶體振蕩器(例如穩(wěn)定度優(yōu)于士0. Olppm的恒溫晶振 TCX0)來(lái)?yè)?dān)任，為下行上變頻通道和上行下變頻通道提供本振頻率源。來(lái)自基站或射頻拉遠(yuǎn)單元的下行射頻信號(hào)經(jīng)施主天線301和雙工器311之后送到 下行下變頻通道進(jìn)行下變頻，得到的下行零中頻信號(hào)經(jīng)零中頻低通濾波器341之后送到下 行上變頻通道進(jìn)行上變頻，由此得到的下行射頻信號(hào)經(jīng)雙工器312和受主天線302發(fā)送給 車廂內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)。來(lái)自車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的上行射頻信號(hào)經(jīng)受主天線302和雙工器312之后送到上行下 變頻通道進(jìn)行下變頻，由此得到的上行零中頻信號(hào)經(jīng)零中頻低通濾波器342之后送到上行 上變頻通道進(jìn)行上變頻，得到的上行射頻信號(hào)經(jīng)雙工器311和施主天線301之后發(fā)送給基 站或射頻拉遠(yuǎn)單元。本實(shí)施例的多普勒頻移跟蹤單元371采用受控頻率源(壓控晶體振蕩器)561產(chǎn) 生的反饋信號(hào)即下行跟蹤信號(hào)作為內(nèi)部的自動(dòng)頻率校正單元571的參考信號(hào)，其原理框圖 如圖5所示。多普勒頻移單元371由放大器521、522、混頻器531、532、中頻帶通濾波器541、 542、自動(dòng)頻率校正(AFC)單元571、使用壓控晶體振蕩器(VCXO)充當(dāng)?shù)氖芸仡l率源561、倍 頻器551、552、553構(gòu)成。需要注意的是，其中的放大器521，522與混頻器531構(gòu)成了下變 頻通道，耦合器381與該下變頻通道以及該低通濾波器541可以將射頻域的下行信號(hào)進(jìn)行 下變頻至零中頻域，從而提供給所述校正單元571使用。所述倍頻器553、混頻器532及濾 波器542則共同構(gòu)成了變換單元，用于變換信號(hào)中的多普勒頻移因子的方向。多普勒頻移跟蹤單元371有兩個(gè)輸入信號(hào)和兩個(gè)輸出信號(hào)。兩個(gè)輸入信號(hào)分別是從下行鏈路射頻前端通過(guò)耦合器381耦合得到的含有下行導(dǎo)頻信號(hào)的下行射頻信號(hào)和由 基準(zhǔn)頻率源361提供的頻率為f；的基準(zhǔn)頻率信號(hào)；兩個(gè)輸出信號(hào)分別是能夠跟蹤下行正向 多普勒頻移的頻率為f/的下行跟蹤信號(hào)和預(yù)置了上行反向多普勒頻移的頻率為f/的 上行跟蹤信號(hào)。在多普勒頻移跟蹤單元371中，受控頻率源(壓控晶體振蕩器)561受校正單元 571的控制輸出的信號(hào)是下行跟蹤信號(hào)，其頻率f/受自動(dòng)頻率校正單元571產(chǎn)生的控制 信號(hào)的控制。自動(dòng)頻率校正單元571的一路輸入信號(hào)為下行導(dǎo)頻信號(hào)與受控頻率源(壓控 晶體振蕩器)561輸出的信號(hào)的倍頻信號(hào)混頻、濾波后得到的中頻導(dǎo)頻信號(hào)。自動(dòng)頻率校正 單元571的另一路輸入信號(hào)即參考信號(hào)為受控頻率源561反饋信號(hào)即下行跟蹤信號(hào)的倍頻 信號(hào)。自動(dòng)頻率校正單元571的功能就是檢測(cè)下行導(dǎo)頻信號(hào)的存在，并在下行導(dǎo)頻信號(hào)存 在的情況下，計(jì)算下行導(dǎo)頻信號(hào)(經(jīng)過(guò)變頻)與該反饋信號(hào)(經(jīng)過(guò)倍頻)之間的頻率誤差 函數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)調(diào)節(jié)受控頻率源(壓控晶體振蕩器)的頻率，維持上述頻率誤差 為零。在變換單元中，下行跟蹤信號(hào)再與本地基準(zhǔn)頻率源信號(hào)的2倍頻信號(hào)進(jìn)行混頻， 取后者與前者的差頻信號(hào)濾波后得到頻率為fo = 2f0-f0'的上行跟蹤信號(hào)。結(jié)合圖4和圖5，設(shè)下行射頻信號(hào)載波的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fd，上行射頻信號(hào)載波的標(biāo)準(zhǔn) 頻率為fu，下行導(dǎo)頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fp，下行中頻導(dǎo)頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為fi，令X = fd/ f。，y = fu/f0' ζ = fp/f0, ν = fi/f。。取倍頻器 351、353 的倍頻因子為 d = d' = X，倍頻器 352,354的倍頻因子為u = u'= y，倍頻器551的倍頻因子為ρ = ζ_ν，倍頻器552的倍頻 因子為q = v，倍頻器553的倍頻因子為2。移動(dòng)直放站收到的下行導(dǎo)頻信號(hào)的頻率為fp+Afp，其中Afp為其多普勒頻移。 該信號(hào)與頻率為f/的下行跟蹤信號(hào)的倍頻信號(hào)Pf' ^混頻、濾波后得到頻率為fV = fp+Afp-pf0'的中頻導(dǎo)頻信號(hào)。自動(dòng)頻率校正單元571計(jì)算中頻導(dǎo)頻信號(hào)與頻率為qfV的 受控頻率源反饋信號(hào)的倍頻信號(hào)之間的頻率誤差函數(shù)，并依此調(diào)節(jié)壓控晶體振蕩器561，以 維持頻率誤差為零，即qfc/ "f/ =0。因此，當(dāng)自動(dòng)頻率校正單元571進(jìn)入跟蹤狀態(tài)時(shí)，有 fp+Afp-pf0' =qf0'。此時(shí)，下行跟蹤信號(hào)的頻率為 fQ' = (fp+Afp)/(P+q) = f0(l+A), 而上行跟蹤信號(hào)的頻率為f/ = 2f0-f0' =f0(l-A)o由此可見(jiàn)在下行跟蹤信號(hào)的頻率 f0'中含有下行正向多普勒頻移因子+△，而在上行跟蹤信號(hào)的頻率f/中含有上行反向 多普勒頻移因子-Δ。在下行鏈路中，將下行跟蹤信號(hào)經(jīng)過(guò)d倍頻后得到頻率為Clftl ‘ = fd+Afd的本振 信號(hào)用于下行下變頻通道；將基準(zhǔn)頻率源信號(hào)經(jīng)過(guò)d'倍頻后得到的頻率為Clftl ‘ =fd的本 振信號(hào)用于下行上變頻通道。而在上行通道中，將基準(zhǔn)頻率源信號(hào)經(jīng)過(guò)u'倍頻后得到頻率 為u' f0 = fu的本振信號(hào)用于上行下變頻通道；將上行跟蹤信號(hào)經(jīng)過(guò)u倍頻后得到頻率為 Uf0" = fu_ Afu的本振信號(hào)用于上行上變頻通道。對(duì)于下行方向而言，由基站或射頻拉遠(yuǎn)單元發(fā)送到移動(dòng)直放站的是載波標(biāo)準(zhǔn)頻率 為fd的下行射頻信號(hào)。由于列車的高速移動(dòng)，到達(dá)移動(dòng)直放站的下行射頻信號(hào)載波頻率為 fd+Afd，其中Afd是引入的多普勒頻移。下行射頻信號(hào)經(jīng)本振信號(hào)頻率為fd+Afd的下行 下變頻通道變成下行零中頻信號(hào)，再經(jīng)本振信號(hào)頻率為fd的下行上變頻通道變成載波頻率 為fd的下行射頻信號(hào)，發(fā)送給車廂內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)。由于列車上移動(dòng)直放站與車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的
13相對(duì)移動(dòng)速率可以忽略不計(jì)，因此移動(dòng)臺(tái)收到的將是無(wú)多普勒頻移的標(biāo)準(zhǔn)下行射頻信號(hào)。反之對(duì)于上行方向而言，車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到列車上移動(dòng)直放站的是載波標(biāo)準(zhǔn)頻 率為fu的上行射頻信號(hào)。由于列車上移動(dòng)直放站與車廂內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)速率可以忽 略不計(jì)，因此移動(dòng)直放站收到的上行射頻信號(hào)的載波頻率仍為fu。上行射頻信號(hào)經(jīng)本振信 號(hào)頻率為fu的上行下變頻通道變成上行零中頻信號(hào)，再經(jīng)本振信號(hào)頻率為fu-Afu的上行 上變頻通道變成載波頻率為fu_ Δ fu的上行射頻信號(hào)，發(fā)送給基站或射頻拉遠(yuǎn)單元。由于移 動(dòng)直放站在上行射頻信號(hào)中預(yù)置了一個(gè)反向的多普勒頻移-△&，與列車高速移動(dòng)引起的 多普勒頻移相抵消，因此到達(dá)基站或射頻拉遠(yuǎn)單元的將是沒(méi)有多普勒頻移的標(biāo)準(zhǔn)上行 射頻信號(hào)。由上述兩個(gè)實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的無(wú)多普勒頻移中繼裝置(移動(dòng)直放站)與 傳統(tǒng)的固定直放站的根本區(qū)別在于在直放站中引入了具有多普勒頻移跟蹤能力的多普勒 頻移跟蹤單元271或371。如果將多普勒頻移跟蹤單元271或371用基準(zhǔn)頻率源代替，那么 移動(dòng)直放站就與傳統(tǒng)的固定直放站完全相同。需要指出的是，對(duì)于包含多個(gè)頻分載波的寬帶直放站，因其只有一個(gè)寬帶的上/ 下行通道，該上/下行通道的射頻信號(hào)載波頻率與各頻分載波的頻率不可能都相同，因此 經(jīng)過(guò)多普勒頻移校正之后，在各頻分載波中還可能會(huì)有剩余的多普勒頻移，但剩余多普勒 頻移不超過(guò)ΔΒ/2，其中△是多普勒頻移因子，B是寬帶直放站的帶寬。對(duì)于包含多個(gè)頻分 載波的選頻直放站，因其具有多個(gè)窄帶的上/下行通道，每個(gè)上/下行通道都與一個(gè)頻分載 波相對(duì)應(yīng)，因此經(jīng)過(guò)多普勒頻移校正之后，可以完全消除每個(gè)載波中的多普勒頻移。以上兩種實(shí)施例中的多普勒頻移跟蹤單元，既可以采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以 采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。若采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，上述作為受控頻率源使用的壓控晶體振 蕩器(VCXO)應(yīng)改為數(shù)字控制振蕩器(NCO)。若采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用中頻方案。 對(duì)于模擬的選頻直放站，通常還希望各通道在做限帶濾波時(shí)的中頻頻率是相同的。但是在 上述的中頻方案中，各個(gè)通道的中頻頻率并不相同。這時(shí)可以在上述兩種基本方案的基礎(chǔ) 上派生出兩種統(tǒng)一中頻方案，作為本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例。由上述第一實(shí)施例的中頻方案派生的統(tǒng)一中頻方案，作為本發(fā)明的第三實(shí)施例， 如圖6所示。與圖2所示中頻方案相比，在下行上變頻通道中增加了放大器625、二次混頻 器633、放大器626、統(tǒng)一中頻濾波器641、以及倍頻器653;而在上行上變頻通道中增加了統(tǒng) 一中頻濾波器642、放大器628、二次混頻器634、放大器627、以及倍頻器654。此時(shí)下行二 次混頻器將原來(lái)各不相同的下行中頻混到統(tǒng)一的下行中頻上再進(jìn)行限帶濾波；而上行二次 混頻器則將限帶濾波后的上行統(tǒng)一中頻混到不同的上行中頻上再進(jìn)行上變頻。倍頻因子d、 u與原中頻方案中相同，而倍頻因子d"、u〃、d'、u'則分別取XW-V、yW-V、x-V、y-V，其中 V = fj/fo, fj為統(tǒng)一中頻頻率。由上述第二實(shí)施例的零中頻方案派生的統(tǒng)一零中頻方案，作為本發(fā)明的第四實(shí)施 例，如圖7所示。與圖3所示零中頻方案相比，增加了混頻器735、736、本振信號(hào)濾波器743、 744、倍頻器755，另外將原來(lái)的零中頻低通濾波器341和342改為統(tǒng)一零中頻濾波器741和 742。此時(shí)下行下變頻的本振信號(hào)改由下行跟蹤信號(hào)經(jīng)過(guò)d倍頻后得到的信號(hào)與基準(zhǔn)頻率 經(jīng)過(guò)ν倍頻后得到的信號(hào)混頻得到；而上行上變頻的本振信號(hào)則改由上行跟蹤信號(hào)經(jīng)過(guò)u 倍頻后得到的信號(hào)與基準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)ν倍頻后得到的信號(hào)混頻得到。其中倍頻因子ν = fi/fo，fi為統(tǒng)一零中頻頻率。由上述實(shí)施例可見(jiàn)，在本發(fā)明的無(wú)多普勒頻移中繼裝置中，自動(dòng)頻率校正單元是 其核心。在本發(fā)明的無(wú)多普勒頻移中繼裝置中，除了跟蹤校正頻率的功能之外，在下行導(dǎo)頻 信號(hào)不是一直存在的情況下(例如GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中下行導(dǎo)頻信號(hào)是間歇發(fā)送的)，自動(dòng) 頻率校正單元還需要檢測(cè)導(dǎo)頻信號(hào)的存在。檢測(cè)導(dǎo)頻信號(hào)的算法可以參照本申請(qǐng)人在先申 請(qǐng)專利《基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法》(專利公開(kāi)號(hào)CN101471727)，而自動(dòng)頻 率校正的算法可以參照本申請(qǐng)人在先申請(qǐng)專利《基于實(shí)頻率參考信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率校 正方法》(專利公開(kāi)號(hào)CN101471726)，當(dāng)然也可以采用其它算法。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 通讀本發(fā)明之后即可知曉此一變通。綜上所述，本發(fā)明能有效地消除高速運(yùn)動(dòng)載體中的移動(dòng)臺(tái)與基站或射頻拉遠(yuǎn)單元 通信時(shí)的多普勒頻移，起到保證通信質(zhì)量的作用。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但并不僅受上述實(shí)施例的限制。例如在上 述實(shí)施例的變頻過(guò)程中可以采用不同的高、低本振和上、下邊帶方案，這時(shí)只要相應(yīng)調(diào)整各 倍頻器的倍頻因子就可以實(shí)現(xiàn)不同的變頻方案；另外在上、下行通道中上、下變頻單元的本 振信號(hào)也可以互換。因此其它任何在未背離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、化簡(jiǎn)，均應(yīng)視為本發(fā)明的等效置換方式，并包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多普勒頻移跟蹤單元，用于跟蹤中繼裝置的因高速運(yùn)動(dòng)而引起的信號(hào)的多普勒頻率偏移，其特征在于，該跟蹤單元包括耦合器，用于在中繼裝置下行鏈路的射頻前端中耦合出一路下行信號(hào)；受控頻率源，在校正單元的控制下產(chǎn)生包含下行正向多普勒頻移因子的下行跟蹤信號(hào)；下變頻通道，以受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)的頻率為基準(zhǔn)，將下行信號(hào)進(jìn)行下變頻；參考單元，用于產(chǎn)生一供校正單元參照的參考信號(hào)；校正單元，用于求取下變頻后的下行信號(hào)所包含的下行導(dǎo)頻信號(hào)與所述參考信號(hào)之間的頻率誤差函數(shù)，并調(diào)節(jié)受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)的頻率使該函數(shù)值維持為零；變換單元，將該下行跟蹤信號(hào)變換為包含上行反向多普勒頻移因子的上行跟蹤信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻移跟蹤單元，其特征在于，所述參考單元包括倍頻 器和中繼裝置固有的基準(zhǔn)頻率源，基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)倍頻器倍頻后成為所述參考信 號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻移跟蹤單元，其特征在于，所述參考單元包括倍頻 器和所述受控頻率源，受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)經(jīng)倍頻器倍頻后成為所述參考信 號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻移跟蹤單元，其特征在于，所述受控頻率源為壓控 晶體振蕩器(VCXO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒頻移跟蹤單元，其特征在于，所述受控頻率源與下變 頻通道之間設(shè)有一倍頻器對(duì)受控頻率源產(chǎn)生的下行跟蹤信號(hào)進(jìn)行倍頻運(yùn)算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的多普勒頻移跟蹤單元，其特征在于，該跟蹤單 元還包括濾波器，其串接于下變頻通道和校正單元之間，將下變頻后的下行信號(hào)進(jìn)行濾波 后傳輸給所述校正單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的多普勒頻移跟蹤單元，其特征在于，所述變換 單元包括倍頻器，用于對(duì)中繼裝置既有的基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行預(yù)設(shè)倍數(shù)的倍頻運(yùn)算； 混頻器，利用該倍頻器的運(yùn)算結(jié)果與下行跟蹤信號(hào)進(jìn)行混頻從而產(chǎn)生所述上行跟蹤信號(hào)；濾波器，用于對(duì)所述上行跟蹤信號(hào)進(jìn)行濾波后輸出。
8.一種無(wú)多普勒頻移中繼裝置，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼并消除因高速運(yùn)動(dòng)而引起的信號(hào)的 多普勒頻率偏移，其包括下行鏈路和上行鏈路，其特征在于，該裝置還包括如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的多普勒頻移跟蹤單元；下行鏈路中的下變頻通道，以該跟蹤單元輸出的下行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)下行鏈路中的 下行信號(hào)進(jìn)行混頻以消除下行信號(hào)中的正向多普勒頻移；上行鏈路中的上變頻通道，以該跟蹤單元輸出的上行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)上行鏈路中的 上行信號(hào)進(jìn)行混頻以在上行信號(hào)中預(yù)置反向多普勒頻移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)多普勒頻移中繼裝置，其特征在于，該裝置包括施主天線 和受主天線，施主天線用于與基站或射頻拉遠(yuǎn)單元無(wú)線電性連接，受主天線用于與移動(dòng)臺(tái)無(wú)線電性連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)多普勒頻移中繼裝置，其特征在于，所述施主天線采用全 向或定向天線，所述受主天線采用一體縱長(zhǎng)的泄漏電纜。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任意一項(xiàng)所述的無(wú)多普勒頻移中繼裝置，其特征在于，所述 基準(zhǔn)頻率源采用穩(wěn)定度優(yōu)于士0. Olppm的晶體振蕩器。
12.一種無(wú)多普勒頻移中繼方法，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼并消除信號(hào)中因高速運(yùn)動(dòng)而引起 的多普勒頻率偏移，其特征在于，其包括如下步驟1)從下行鏈路射頻前端中耦合出一路下行信號(hào)；2)產(chǎn)生一下行跟蹤信號(hào)；3)以下行跟蹤信號(hào)為基準(zhǔn)將該射頻下行信號(hào)下變頻至中頻或零中頻域；4)求取該中頻或零中頻域下行信號(hào)所包含的下行導(dǎo)頻信號(hào)與一個(gè)供參照的參考信號(hào) 之間的頻率誤差函數(shù)，并調(diào)節(jié)步驟2)中產(chǎn)生下行跟蹤信號(hào)的頻率，以使該函數(shù)值維持為 零；5)對(duì)于下行鏈路，以該下行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行混頻以消除下行信號(hào)中的 正向多普勒頻移；6)對(duì)于上行鏈路，先將該下行跟蹤信號(hào)變換為預(yù)置反向多普勒頻移的上行跟蹤信號(hào)， 再以該上行跟蹤信號(hào)為本振對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行上變頻，以在上行信號(hào)中預(yù)置反向的多普勒頻 移。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)多普勒頻移中繼方法，其特征在于，所述步驟4)中的參 考信號(hào)由一基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)倍頻運(yùn)算后獲得。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)多普勒頻移中繼方法，其特征在于，所述步驟4)中的參 考信號(hào)由所述步驟2)的下行跟蹤信號(hào)經(jīng)倍頻運(yùn)算后獲得。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)多普勒頻移中繼方法，其特征在于，所述下行跟蹤信號(hào) 由一受控的壓控晶體振蕩器(VCXO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)產(chǎn)生。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)多普勒頻移中繼方法，其特征在于，所述步驟3)中的下 行跟蹤信號(hào)已經(jīng)過(guò)倍頻運(yùn)算。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任意一項(xiàng)所述的無(wú)多普勒頻移中繼方法，其特征在于，所 述步驟4)中的中頻域或零中頻域下行信號(hào)已經(jīng)過(guò)濾波。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任意一項(xiàng)所述的無(wú)多普勒頻移中繼方法，其特征在于，步 驟6)中，所述上行跟蹤信號(hào)由所述下行跟蹤信號(hào)與一基準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的信號(hào)的倍頻運(yùn)算 結(jié)果混頻后濾波而得。
19.一種高速列車無(wú)線覆蓋系統(tǒng)，其特征在于其采用如權(quán)利要求8至11中任意一項(xiàng) 所述的無(wú)多普勒頻移中繼裝置，其施主天線外置于高速列車頂部，其受主天線沿高速列車 的車廂一體縱長(zhǎng)布設(shè)。
20.一種高速列車無(wú)線覆蓋方案，適用于相對(duì)無(wú)線中繼站高速移動(dòng)的列車，其特征在 于，其包括如下步驟1)在高速列車上裝設(shè)直放站，并設(shè)置該直放站在任意時(shí)刻只接收一個(gè)方向的基站或射 頻拉遠(yuǎn)單元信號(hào)，忽略其它方向的信號(hào)；2)為該直放站的下行鏈路提供能夠跟蹤正向多普勒頻移的下行跟蹤信號(hào)，為該直放站的上行鏈路提供預(yù)置了反向多普勒頻移的上行跟蹤信號(hào)。3)將下行跟蹤信號(hào)用于該直放站下行鏈路的下變頻通道和上變頻通道中，消除因列車 相對(duì)移動(dòng)而在下行信號(hào)中引入的多普勒頻移，以便列車內(nèi)移動(dòng)臺(tái)接收到無(wú)多普勒頻移的下 行信號(hào)；4)將上行跟蹤信號(hào)用于該直放站的上行鏈路的下變頻通道和上變頻通道中，在上行信 號(hào)中預(yù)置反向的多普勒頻移，以便無(wú)線中繼站接收到無(wú)多普勒頻移的上行信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一整套無(wú)線覆蓋解決方案，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼并消除信號(hào)中因高速運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻率偏移。通過(guò)增設(shè)一多普勒頻移跟蹤單元，用于求取下行鏈路中頻信號(hào)所包含的下行導(dǎo)頻信號(hào)與一參考信號(hào)之間的頻率誤差函數(shù)并通過(guò)調(diào)節(jié)受控頻率源產(chǎn)生的信號(hào)的頻率使該函數(shù)值維持為零；從而控制一由受控頻率源產(chǎn)生下行跟蹤信號(hào)；然后，由下行鏈路的下變頻通道，以該下行跟蹤信號(hào)與下行信號(hào)混頻以消除正向的多普勒頻移；并由上行鏈路的上變頻通道，以該下行跟蹤信號(hào)的反向多普勒頻移信號(hào)，即上行跟蹤信號(hào)與上行信號(hào)混頻以預(yù)置反向的多普勒頻移。本發(fā)明能有效地消除高速運(yùn)動(dòng)載體中的移動(dòng)臺(tái)與基站或射頻拉遠(yuǎn)單元通信時(shí)的多普勒頻移，起到保證通信質(zhì)量的作用。
文檔編號(hào)H04B7/15GK101958734SQ201010511680
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者竇懷宇 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國(guó))有限公司