專利名稱：基于modem的gsm雙通道車載糾偏直放站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種GSM雙通道車載糾偏直放站，該直放站可實現(xiàn)高速鐵路火車車廂內(nèi)GSM移動信號的穩(wěn)定覆蓋，提高終端在高速移動中的通信質量和監(jiān)控設備的能力。
背景技術：
移動終端在運動中會產(chǎn)生多普勒頻移，速度越快多普勒頻移越大，當火車速度達到400公里/小時，根據(jù)專網(wǎng)覆蓋的方案，GSM頻偏將達到450Hz。在高速場景下，如高鐵車廂內(nèi)，GSM終端的移動速度最快可以達到430公里/小時，移動速度對于移動通信網(wǎng)絡將產(chǎn)生如下主要影響1.速度的提高帶來較大的多普勒頻移和一定程度上的多普勒頻率彌散，從而使下行信號信噪比下降；2.由于高速運動，單位時間內(nèi)小區(qū)切換次數(shù)將增加；3.高速運動將惡化小區(qū)切換的成功率；4.高速運動環(huán)境下信號將產(chǎn)生快衰落現(xiàn)象，導致終端掉話；5.由于高速火車車廂密閉，因此車廂的穿透損耗將影響到信號覆蓋的質量。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述高速環(huán)境下，如高鐵火車車廂內(nèi)，存在的移動信號覆蓋質量差、小區(qū)信號切換惡化、終端掉話、數(shù)據(jù)下載慢等問題，本發(fā)明提供一種GSM雙通道車載糾偏直放站， 以提高高速環(huán)境下GSM移動信號的覆蓋質量。高鐵火車車廂等高速運動環(huán)境下，存在的移動信號覆蓋質量差、小區(qū)信號切換惡化、GSM終端掉話、通話質量差、數(shù)據(jù)下載慢等問題，主要是由于GSM終端在高速運動中產(chǎn)生頻偏和信號快衰落導致的，可以通過AFC (自動頻率控制)和AGC (自動增益控制)來解決。GSM制式是200KHz —個載波，中國移動19MHz的頻率帶寬有95個載波，中國聯(lián)通 6MHz帶寬30個載波。實現(xiàn)AFC功能，首先需要獲得主用信號的基準頻率，然后檢測頻率并與基準頻率進行比較，獲得頻偏值，從而進行頻率補償?？梢酝ㄟ^以下三種方法獲得當前主用信號的基準頻率1.對當前主用信號進行解調(diào)，從廣播信道中讀取基站的信道號，經(jīng)過計算獲得當前主用信號的基準頻率。2.將每個載波的中心頻率設置到AFC模塊中，將檢測到的頻率與之進行比較，選取最靠近頻率作為中心頻率。3.借用GSM MODEM能解調(diào)信號的功能，從解調(diào)信號中提取信道號，通過計算轉換為基準頻率。第一種方法需要投入大量的軟件開發(fā)人員，成本過高，過程復雜并且不可靠。第二種方法由于需要將所有載波中心頻率都設置到AFC模塊中，且計算量大，而AFC模塊資源有限，難以實現(xiàn)。第三種方法根據(jù)GSM MODEM芯片能讀取當前主用小區(qū)和鄰小區(qū)的信道號，通過計算，準確的獲得主用載波的中心頻點和下個鄰小區(qū)的中心頻點，從而實現(xiàn)AFC功能，成本低，實現(xiàn)簡單。在上述研究的基礎上，本發(fā)明提出了以下技術方案
一種基于MODEM的GSM雙通道車載糾偏直放站，包括兩個施主端、一個重發(fā)端、雙通道下行鏈路、雙通道上行鏈路、GSM MODEM以及監(jiān)控單元；
所述雙通道下行鏈路包括:AFC模塊以及連接在其輸出端的下行功放，AFC模塊的兩個輸入端通過POI分別連接所述兩個施主端，下行功放的輸出端通過POI連接所述重發(fā)端，AFC模塊的輸出端還連接所述GSM MODEM ；AFC模塊用于選擇雙通道中的至少一個通道的主用下行信號進行頻率補償，并為上行提供下行ALC起控深度數(shù)控衰減信號和兩個上行通道的選擇信號；
所述雙通道上行鏈路包括依次連接的上行LNA和第一功分器，上行LNA的輸入端通過 POI連接所述重發(fā)端，第一功分器的兩個輸出端分別連接第一和第二兩個上行功放，兩個上行功放的輸出端通過POI分別連接所述兩個施主端；
所述監(jiān)控單元分別與所述AFC模塊和GSM MODEM連接，用于從GSM MODEM讀取AFC模塊實現(xiàn)頻率糾偏所需的BCCH信息并傳送給AFC模塊。為了使本車載直放站在高速運動環(huán)境下能夠被基站實時可靠地監(jiān)控，進一步還包括一個環(huán)形器和第二功分器，所述AFC模塊的輸出端通過該環(huán)形器連接所述GSM MODEM,該環(huán)形器的另一端通過第二功分器分別連接所述兩個上行功放的輸出端。進一步，所述AFC模塊包括
依次連接的第一下行LNA、第一下變頻器和第一 A/D轉換器，用于對一個通道中的下行信號放大和下變頻后轉換為數(shù)字中頻信號；
依次連接的第二下行LNA、第二下變頻器和第二 A/D轉換器，用于對另一個通道中的下行信號放大和下變頻后轉換為數(shù)字中頻信號；
FPGA，分別連接第一和第二兩個A/D轉換器的輸出端，對兩個A/D轉換器輸出的數(shù)字中頻信號進行頻率檢測，并與根據(jù)所述BCCH信息得到的基準頻率比較，獲得多普勒頻偏值并進行補償；以及
D/A轉換器和上變頻器，用于將FPGA補償后的數(shù)字中頻信號轉換成模擬中頻信號、再進行上變頻處理后傳輸給所述下行功放。本發(fā)明車載糾偏直放站采用GSM MODEM與AFC模塊結合適時選擇雙通道中的至少一個通道的主用下行信號進行頻率補償，避免了高速運動中多普勒頻移對小區(qū)信號切換的影響，保證高速移動的終端能正常解調(diào)基站的信號，解決了因為頻偏導致的終端掉話、通話質量差和數(shù)據(jù)下載慢等問題。由于利用GSM MODEM來實現(xiàn)頻率糾偏，結構簡化，成本降低，開發(fā)周期短。本發(fā)明直放站同時具有AGC功能，保證高速運動的車廂內(nèi)信號相對穩(wěn)定，上下行增益保持平衡。其在高速運動的惡劣環(huán)境下能準確無誤地對GSM信號進行解調(diào)，并能及時的將上行信息回傳到基站，即使當下行功放、上行LNA、上行功放壞掉，也不受到影響，從而能保證網(wǎng)管中心對本直放站實時可靠的監(jiān)控。


圖1為本發(fā)明基于MODEM的GSM雙通道車載糾偏直放站的原理框圖。圖2為其AFC模塊的原理框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。參照圖1，本基于MODEM的GSM雙通道車載糾偏直放站包括兩個施主端Ia和lb，POI (Point Of hterface)2，雙通道下行鏈路3，雙通道上行鏈路4，第二功分器5，環(huán)形器 6，GSM M0DEM7，監(jiān)控單元8，一個重發(fā)端9。雙通道下行鏈路3包括AFC模塊31和下行功放32，AFC模塊31的兩個輸入端通過POI 2分別連接施主端Ia和施主端lb，下行功放32的輸入端連接AFC模塊31的輸出端，下行功放32的輸出端通過POI 2連接所述重發(fā)端9，AFC模塊31的輸出端還通過環(huán)形器6連接GSM MODEM 7。AFC模塊31用于選擇雙通道中的至少一個通道的主用下行信號進行頻率補償，并為上行提供下行ALC起控深度數(shù)控衰減信號和兩個上行通道的選擇信號 CHI-EN、CH2-EN。雙通道上行鏈路4包括依次連接的上行LNA 41和第一功分器42，上行LNA 41的輸入端通過POI 2連接所述重發(fā)端9，第一功分器42的兩個輸出端分別連接第一上行功放 43和第二上行功放44，兩個上行功放43、44的輸出端通過POI 2分別連接所述兩個施主端 Ia 禾口 lb。監(jiān)控單元8分別與所述AFC模塊31和GSM M0DEM7連接，用于從GSM M0DEM7讀取 AFC模塊31實現(xiàn)頻率糾偏所需的BCCH信息并傳送給AFC模塊31。本GSM雙通道車載糾偏直放站在高速運動的惡劣環(huán)境中運行，網(wǎng)管中心需要更可靠的監(jiān)控到該直放站設備。由于高速運動中設備接收到的信號將產(chǎn)生頻偏，因此，本發(fā)明通過以下方案實現(xiàn)網(wǎng)管功能AFC模塊31的輸出端通過環(huán)形器6連接GSM M0DEM7，該環(huán)形器6的另一端通過第二功分器5分別連接所述兩個上行功放43、44的輸出端。下行的信號是經(jīng)過AFC糾偏后，耦合部分信號經(jīng)過環(huán)形器6傳輸?shù)紾SM M0DEM7進行解調(diào)。上行信號由GMS M0DEM7發(fā)出，經(jīng)過環(huán)形器6后，由第二功分器5分別傳送到兩個上行功放43、44后端，與上行功放43、44放大的信號合路后，再回傳到基站。這種設計方案優(yōu)點是確保GSM MODEM 7能準確無誤的對GSM信號進行解調(diào)，并能及時的將上行信息回傳到基站，即使當下行功放32、上行低噪放41、上行功放壞掉，也不受影響，仍然可將信號回傳到基站。在一種實施方式中，POI 2包括與施主端Ia連接的第一雙工器、與施主端Ib連接的第二雙工器、與重發(fā)端9連接的第三雙工器，第一雙工器還分別與AFC模塊31的一個輸入端和第一上行功放43的輸出端連接，第二雙工器還分別與AFC模塊31的另一個輸入端和第二上行功放44的輸出端連接，第三雙工器還分別與下行功放32的輸出端和上行LNA 41的輸入端連接。在另一種實施方式中，用三個環(huán)形器替代所述三個雙工器構成POI 2。此外，還可以在POI 2中增設濾波器。 參照圖2，AFC模塊31包括
依次連接的第一下行LNA 31a、第一下變頻器31c和第一 A/D轉換器31d，用于對一個通道中的下行信號放大和下變頻后轉換為數(shù)字中頻信號；
依次連接的第二下行LNA 31h、第二下變頻器31 j和第二 A/D轉換器31k，用于對另一個通道中的下行信號放大和下變頻后轉換為數(shù)字中頻信號；
FPGA 31e,分別連接第一 A/D轉換器31d和第二 A/D轉換器31k的輸出端，對兩個A/D 轉換器31d、31k輸出的數(shù)字中頻信號進行頻率檢測，并與根據(jù)所述BCCH信息得到的基準頻率比較，獲得多普勒頻偏值并進行補償；以及
D/A轉換器31f和上變頻器31g，D/A轉換器31f將FPGA 31e補償后的數(shù)字中頻信號轉換成模擬中頻信號、再通過上變頻器31g進行上變頻處理后傳輸給所述下行功放32。
AFC模塊31還包括第一下行濾波器31b和第二下行濾波器31i，第一下行濾波器 31b連接于第一下行LNA 31a和第一下變頻器31c之間，第二下行濾波器31i連接于第二下行LNA 31h和第二下變頻器31 j之間。AFC模塊31主要完成GSM下行自動頻率控制功能。AFC模塊31進行頻率糾正時，需要讀取主用小區(qū)信道號和鄰小區(qū)信道號信息(即BCCH信息)，然后通過計算獲得基準頻率。 具體在本發(fā)明中，由監(jiān)控單元8通過AT指令從GSM MODEM 7讀取當前主用小區(qū)和鄰小區(qū)列表信息，并將該信息設置到AFC模塊31中，AFC模塊31根據(jù)主用小區(qū)的頻率為當前基準頻率，鄰小區(qū)的頻率為下個小區(qū)的基準頻率，通過FPGA算法來進行頻率糾正。頻率糾正方法為FPGA 31e檢測輸入的數(shù)字中頻信號的頻率，將檢測值與基準頻率比較，獲得多普勒頻偏值，根據(jù)多普勒頻偏值進行頻率補償，然后將補償后的數(shù)字中頻信號經(jīng)過D/A轉換器31f 轉換成模擬中頻信號、再通過上變頻器31g進行上變頻處理后傳輸給所述下行功放32。在運行中，根據(jù)AFC算法，雙通道下行鏈路3打開其中的一個通道或同時打開兩個通道。雙通道上行鏈路4中兩個通道的通/斷狀態(tài)需要與雙通道下行鏈路3中兩個通道的通/斷狀態(tài)保持一致，且上、下行鏈路中的通道切換需要保持同步。設計方法為AFC模塊 31根據(jù)下行鏈路中兩個通道的開關，輸出兩個選擇信號CHl-EN和CH2-EN控制上行雙通道鏈路4中兩個通道的通/斷。AFC模塊31還具有AGC功能。在高速運動中，下行接收到的場強產(chǎn)生快衰落，導致接收到的信號不穩(wěn)定，因此通過FPGA算法實現(xiàn)下行ALC (自動電平控制)，保證設備輸出功率穩(wěn)定。而為了保持上下行增益平衡，通過AFC模塊31內(nèi)的FPGA將下行ALC起控深度的控制值轉換為數(shù)控衰減信號傳輸給上行功放43、44和/或上行LNA 41進行數(shù)控衰減，從而實現(xiàn)上下行增益聯(lián)動調(diào)節(jié)，即當下行ALC起控Δ χ dB時，上行的增益衰減Δχ dB。本發(fā)明基于MODEM的GSM雙通道車載糾偏直放站可應用于火車、汽車等移動交通工具，尤其是高速火車。其使用方法是將兩個施主天線安裝于車廂外并分別朝向車頭和車尾兩個不同方向，重發(fā)天線安裝于車廂內(nèi)，兩個施主天線將兩個不同方向的信號耦合至本直放站的兩個施主端，經(jīng)本直放站處理后通過重發(fā)天線轉發(fā)到車廂內(nèi)。
權利要求
1.基于MODEM的GSM雙通道車載糾偏直放站，其特征在于包括兩個施主端、一個重發(fā)端、雙通道下行鏈路、雙通道上行鏈路、GSM MODEM以及監(jiān)控單元；所述雙通道下行鏈路包括:AFC模塊以及連接在其輸出端的下行功放，AFC模塊的兩個輸入端通過POI分別連接所述兩個施主端，下行功放的輸出端通過POI連接所述重發(fā)端， AFC模塊的輸出端還連接所述GSM MODEM ；AFC模塊用于選擇雙通道中的至少一個通道的主用下行信號進行頻率補償，并為上行提供下行ALC起控深度數(shù)控衰減信號和兩個上行通道的選擇信號；所述雙通道上行鏈路包括依次連接的上行LNA和第一功分器，上行LNA的輸入端通過 POI連接所述重發(fā)端，第一功分器的兩個輸出端分別連接第一和第二兩個上行功放，兩個上行功放的輸出端通過POI分別連接所述兩個施主端；所述監(jiān)控單元分別與所述AFC模塊和GSM MODEM連接，用于從GSM MODEM讀取AFC模塊實現(xiàn)頻率糾偏所需的BCCH信息并傳送給AFC模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙通道車載糾偏直放站，其特征在于進一步還包括一個環(huán)形器和第二功分器，所述AFC模塊的輸出端通過該環(huán)形器連接所述GSM MODEM,該環(huán)形器的另一端通過第二功分器分別連接所述兩個上行功放的輸出端。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙通道車載糾偏直放站，其特征在于所述AFC模塊包括依次連接的第一下行LNA、第一下變頻器和第一 A/D轉換器，用于對一個通道中的下行信號放大和下變頻后轉換為數(shù)字中頻信號；依次連接的第二下行LNA、第二下變頻器和第二 A/D轉換器，用于對另一個通道中的下行信號放大和下變頻后轉換為數(shù)字中頻信號；FPGA，分別連接第一和第二兩個A/D轉換器的輸出端，對兩個A/D轉換器輸出的數(shù)字中頻信號進行頻率檢測，并與根據(jù)所述BCCH信息得到的基準頻率比較，獲得多普勒頻偏值并進行補償；以及D/A轉換器和上變頻器，用于將FPGA補償后的數(shù)字中頻信號轉換成模擬中頻信號、再進行上變頻處理后傳輸給所述下行功放。
4.根據(jù)權利要求3所述的雙通道車載糾偏直放站，其特征在于所述AFC模塊還包括第一下行濾波器和第二下行濾波器，第一下行濾波器連接于第一下行LNA和第一下變頻器之間，第二下行濾波器連接于第二下行LNA和第二下變頻器之間。
全文摘要
一種基于MODEM的GSM雙通道車載糾偏直放站，包括兩個施主端、一個重發(fā)端、雙通道下行鏈路、雙通道上行鏈路、GSMMODEM以及監(jiān)控單元。所述雙通道下行鏈路包括AFC模塊以及連接在其輸出端的下行功放。所述雙通道上行鏈路包括依次連接的上行LNA和第一功分器。所述監(jiān)控單元分別與所述AFC模塊和GSMMODEM連接，用于從GSMMODEM讀取AFC模塊實現(xiàn)頻率糾偏所需的BCCH信息并傳送給AFC模塊。本發(fā)明車載糾偏直放站能夠提高高速環(huán)境下GSM移動信號的覆蓋質量，并能保證網(wǎng)管中心對本直放站實時可靠的監(jiān)控。其結構簡化，成本低。
文檔編號H04B7/15GK102545976SQ20101061196
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權日2010年12月29日
發(fā)明者曾祥堅, 李勇軍, 覃喜傳 申請人:深圳國人通信有限公司