基于五类线传输的CDMA2000五类线通信设备

1.一种基于五类线传输的CDMA2000无线通信装置，其特征在于：包括近端单元和远端单元，近端单元和远端单元之间是通过五类线连接；所述的近端单元是由变频模块、监控模块、频分复用电路、双工器、衰减器、CDMA MODEM顺序连接组成；所述的远端单元是由变频模块、AGC电路模块频分复用电路、功率放大器PA、低噪声放大器LNA、衰减器、双工器、重发天线顺序连接组成。
2.根据权利要求1所述的基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备，其特征在于：一个近端单元连接8个远端单元。
3.根据权利要求1所述的基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备，其特征在于：所述近端单元为CU模块，远端单元为RU模块。

基于五类线传输的CDMA2000五类线通信设备\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及无线通信技术领域，基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备可以用于解决城中村、小区住宅、电梯等场合的无线信号覆盖。\n背景技术\n[0002] 在经历了多年的室外大规模宏基站建设后，各大运营商已经纷纷把网络建设的重点转向小区覆盖、室内覆盖等需要深度覆盖的场合。相比宏基站简单的大功率、广覆盖的要求，在这些需要深度覆盖的场合对通信设备提出了更高要求，要求功率小、低功耗、电磁辐射小、施工快捷、伪装性强、便于物业协调。目前用于小区覆盖、室内覆盖等深度覆盖场合主要还是采用常规的干放+馈线解决方案，通过放置多个天线，用馈线把信号传送到各个需要的地方，然而这种常规的解决方案有几个弊端，一个问题是馈线的损耗大，100米的1/2馈线在传输900MHz的高频信号时将损耗7dB ,一台10W的干放输出功率经过100米的馈线后只有2W的功率被传送到目的地，大部分的功率，足足有8W被浪费在馈线传输中，效率非常低；另一个问题是为了弥补馈线的功率损耗，又不得不使用更多的干放，但是这样既增加了系统的造价，又由于多台干放的底噪叠加对基站上行造成了干扰，降低了基站灵敏度，影响上行信号接收质量；最后还有一个问题就是这种常规的解决方案无法解决信号入户的问题，现在的建筑大多为钢筋水泥的框架结构，对信号衰减非常大，在一些情况下很难通过增大室外的天线发射功率满足室内覆盖的需求。\n发明内容\n[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于五类线传输的CDMA2000五类线通信设备，该设备有利于弥补馈线的功率损耗，提高基站灵敏度。\n[0004] 本实用新型技术方案是：包括近端单元（CU模块）和远端单元（RU模块），近端单元和远端单元之间是通过五类线连接；所述的近端单元是由变频模块、监控模块、频分复用电路、双工器、衰减器、CDMA MODEM顺序连接组成；所述的远端单元是由变频模块、AGC电路模块频分复用电路、功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、衰减器、双工器、重发天线顺序连接组成。\n[0005] 本实用新型能够克服现有通信设备的效率低、对基站干扰大、造价高、无法实现信号入户等问题。\n附图说明\n[0006] 图1是本实用新型实施例中的近端单元（CU模块）和远端单元（RU模块）原理框图。\n[0007] 图2是本实用新型实施例中的变频芯片内部结构图。\n[0008] 图3是本实用新型实施例中的组网结构图。\n[0009] 图4是本实用新型实施例中的AGC电路结构图。\n[0010] 图5是本实用新型实施例中的与计算机网络合路传输示意图。\n具体实施方式\n[0011] 本实用新型基于五类线传输的CDMA2000无线通信装置，包括近端单元和远端单元，近端单元和远端单元之间是通过五类线连接；所述的近端单元是由变频模块、监控模块、频分复用电路、双工器、衰减器、CDMA MODEM顺序连接组成；所述的远端单元是由变频模块、AGC电路模块频分复用电路、功率放大器PA、低噪声放大器LNA、衰减器、双工器、重发天线顺序连接组成。\n[0012] 一个近端单元连接8个远端单元，所述近端单元为CU模块，远端单元为RU模块。\n[0013] 本实用新型的用于基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备，主要包括以下几个模块：\n[0014] 一、变频模块\n[0015] 基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备采用模拟变频方式，将800MHz的CDMA2000无线信号转换成模拟的100MHz中频信号在五类线或超五类线中传输。和传统采用分离元器件搭建复杂的变频电路不同的是，基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备采用的是一颗体积小巧的射频模拟混合芯片BG-MP-722CX，如图2所示，在仅仅7mm×7mm面积大小的芯片内部，接收部分集成了包括LNA、ALC、混频器和中频功放驱动在内的所有模块；发射部分集成了包括混频器和RF功放驱动在内的所有模块。此外，芯片也实现了压控振荡器 和Integer-N PLL的全集成。通过这颗芯片很容易实现上、下变频转换。如图1所示，在信号下行链路方向：CU单元通过无线接收方式或是基站直接耦合获得来自基站的下行CDMA2000射频信号后，由CU单元内部的变频芯片下变频为115MHz的模拟中频信号，通过由中频变压器构成的1:8的功分器分路到CU单元的每个RJ-45端口，每个RU单元通过网线接入CU单元相应的端口，在获得下行模拟中频信号后，通过AGC电路，输出恒定的中频信号功率电平，RU单元内部也设计了变频芯片，经过变频上变频为下行RF信号，最后通过PA(放大器)放大由重发天线发射出去；在信号上行链路方向：每个RU单元通过重发天线接收到来自用户的上行手机信号后，都先通过RU单元内部的LNA(低噪声放大器)进行信号放大，放大的倍数与该RU单元的下行放大倍数一致，放大后的信号通过RU单元的变频芯片下变频为70MHz的模拟中频信号经过五类线传送到对应的CU单元端口。在CU单元内部设计了8：1的中频合路器，将8路的上行中频信号合路后送入CU单元的变频芯片上变频为上行RF信号，经过接收天线返回基站接收端。\n[0016] 二、AGC（自动增益控制）电路模块\n[0017] 由于在工程实际使用中不同场合下，每个CU单元与RU单元的距离不定，在0~100米的范围内变动，网线在不同距离的损耗差别很大，并且网线的种类繁多，屏蔽线与非屏蔽线的损耗也不一样。在如图3一拖八的组网结构中，每对CU-RU单元之间的网线长度通常不一致，如果没有设计AGC电路，很可能出现某些RU单元已经过功率饱和失真，而有些RU单元输出功率又不够，这样很不便于实际工程使用。\n[0018] 经过测试发现网线在传输70MHz的模拟中频信号，大概每百米损耗30dB ，在传输\n115MHz的模拟中频信号，大概是每百米损耗35dB，基本上按照每10米，增加3 dB的规律递增。为了满足网线在0~100米的距离范围内整机增益一致，AGC的动态范围要达到35 dB。\n如图4 所示，在每个RU单元内部都设计了下行AGC电路，在该电路中下行中频模拟信号耦合一部分通过功率检测器检测其功率强度，功率检测器输出对应的模拟直流电压，内置A/D采样模块的微处理器在采样该模拟直流电压后可以得知目前到达RU单元的下行模拟信号的功率强度。在整机系统设计时，CU单元的下行模拟中频信号输出为15dbm，在经过最长的100米网线后到达RU单元后功率最小为-30 dbm，微处理器通过比较检测的功率值与-30dbm的差值，得出对应的校正值ΔATT ,通过微处理器芯片管脚输出相应TTL电平控制后级的衰耗器芯片的衰耗值，保证送入RU单元的变频芯片输入中频信号的功率恒定。\n[0019] 三、上下行自动增益联调模块\n[0020] 前述中的AGC模块是作用于每个RU单元的下行链路，为了保证系统设备的上下行增益一致，在实时改变每个RU单元下行增益的同时，相应也要改变每个RU单元的上行增益。和下行链路不同的是，上行链路由于手机用户是不定时发射上行信号，功率又小，很难检测，所以不能通过在每个RU单元内部也设计一个AGC模块来满足上行增益的实时控制。\n[0021] 在RU单元的上行链路中，如图1所示，主要有双工器、介质滤波器、LNA(低噪声放大器)、ATT（衰耗器）、IF SAW(中频声表)、IF PA（中频放大器）构成，其中无源器件中的双工器、介质滤波器、IF SAW插入损耗都是已知固定的，有源器件中的LNA、IF PA，这些放大管的增益在线性区内也是固定的，唯一可调的是ATT（衰耗器）。在设计RU单元射频电路时，\n[0022] G下行 = G下行有源器件增益 -G下行无源器件插损 - G下行AGC衰减值；\n[0023] G上行 = G上行有源器件增益 -G上行无源器件插损 –G上行ATT衰减值；\n[0024] 当上下行增益一致时，G下行 = G上行,\n[0025] G上行ATT衰减值= G上行有源器件增益 -G上行无源器件插损-(G下行有源器件增益 -G下行无源器件插损 - G下行AGC衰减值)\n[0026] 在上述公式中，右侧的等式G下行AGC衰减值是通过微处理器实时设置的衰耗值，其它的值都是已知固定的，很容易计算出G上行ATT衰减值。\n[0027] 四、频分多路复用模块\n[0028] 为了抑制干扰，满足信号远距离传输的要求，CU单元与RU单元之间的信号都采用差分传输，每对CU—RU之间一共需要传输RS485差分监控信号、上行模拟中频差分信号、下行模拟中频差分信号、10MHz参考时钟差分信号一共四种不同的差分信号，每种差分信号如果都占用一对芯线来传输，再加上远程供电的±48V电源，CU单元与每个RU单元之间就需要五对线，由于五类线的线芯有限，只有四对线，显然五类线的8芯线在数量上不能满足要求。所以需要在系统设备设计时引入了频分多路复用技术，减少了芯线的使用。如图1所示，在系统设备设计时一对芯线上同时传输了上行模拟中频差分信号、下行模拟中频差分信号、10MHz参考时钟差分信号。\n[0029] 下行模拟中频差分信号和10MHz参考时钟差分信号都是由CU单元传送到RU单元，在CU单元处，这两个信号先通过合路器合路在一起，经过变压器单端转差分，一起到达RU单元后再经过变压器转换成单端信号，送入对应的滤波器，通过中心频率为115MHz，3 dB带宽为10MHz 的声表滤波器可以过滤出下行模拟中频差分信号；依据归一化设计，通过电感电容元器件，搭建截止频率为10.1MHz,特征阻抗为50Ω的巴特沃思型LPF(低通滤波器)可以分离出10MHz参考时钟差分信号,作为RU单元的时钟参考源。在设计巴特沃思型LPF的情况下，就是以巴特沃思型的归一化LPF设计数据为基准滤波器，将它的截止频率和特征阻抗变换为待设计滤波器的相应值。\n[0030] 滤波器截止频率的变换是通过先求出待设计滤波器截止频率与基准滤波器截止频率的比值M,再用这个M去除滤波器中的所有元件值来实现，其计算公式如下：\n[0031] M = \n[0032] L(NEW) = \n[0033] C(NEW) = \n[0034] 滤波器特征阻抗的变换是通过先求出待设计滤波器特征阻抗与基准滤波器的比值K,再用这个K去乘基准滤波器中的所有电感元件值和用这个K去除基准滤波器中所有电容元件值来实现的。其公式如下：\n[0035] K = \n[0036] L(NEW) = \n[0037] C(NEW) = \n[0038] 上行模拟中频差分信号是由RU单元传送到CU单元，通过网线到达CU单元后，首先合路来自8个RU单元的上行模拟中频差分信号，合路后的信号一起送入中心频率为\n70MHz，3 dB带宽为10MHz 的声表滤波器可以过滤出对应上行模拟中频差分信号。\n[0039] 五、与计算机网络合路传输\n[0040] 现在的宽带网络中，只使用了五类线的1、2、3、6四芯线，空余了四芯线，这就为实现合路传输提供了可能。在RU单元采用本地供电，不传输RU电源的前提下，基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备只需要四芯线就可以工作。上行模拟中频差分信号、下行模拟中频差分信号、10MHz参考时钟差分信号采用4、5线芯传输，RS485差分监控信号采用7、8线芯传输。如图8所示，基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备合路来自路由器的计算机网络数据和CDMA2000的无线信号，通过原有网线将无线信号引入室内，用户只需在室内安装RU单元就可以实现信号的入户覆盖。\n[0041] 六、监控模块\n[0042] 以往常规的监控系统只能监控到干放级，不能对整个发布系统进行监测，不利于后期维护管理。一旦在某个天馈线处发生故障时，通常只有用户投诉才能获知发生故障，使得用户满意度大大下降。基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备采用微功率设计，每个RU单元都只接一个发射天线，通过RU单元的微处理器不断查询，可以实时获知RU单元输出端的反射功率PARDET与输出功率PAOutDET，\n[0043] 回波损耗(RETURN LOSS) = 10log(入射功率/反射功率）\n[0044] = 10log(PARDET/PAOutDET）\n[0045] 通过驻波比——回波损耗对照表可以获知此时对应输出端口驻波比\n[0046] SWR 1.00 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50 3.00 4.00 \n9.00 ∞ \n[0047] 回波损耗（dB） ∞ 21 19 17.6 16.6 15.6 14.0 6.02 4.44 \n1.94 0.00\n[0048] 为了避免频繁报警，在检测到回波损耗小于6.02 dB，也就是驻波比为3.00时才上报CU单元天线故障告警，通知工程人员及时修复故障端天馈。\n[0049] 参看图1，其工作原理为：\n[0050] 1、下行链路方向：CU单元通过无线接收方式或是基站直接耦合获得来自基站的下行RF（射频）信号后，由CU单元内部的变频芯片下变频为115MHz的模拟中频信号，通过由中频变压器构成的1:8的功分器分路到CU单元的每个RJ-45端口。每个RU单元通过网线接入CU单元相应的端口，在获得下行模拟中频信号后，通过AGC电路，输出恒定的中频信号功率电平，RU单元内部也设计了变频芯片，经过变频上变频为下行RF信号，最后通过PA(放大器)放大由重发天线发射出去。\n[0051] 2、上行链路方向：每个RU单元通过重发天线接收到来自用户的上行手机信号后，都先通过RU单元内部的LNA(低噪声放大器)进行信号放大，放大的倍数与该RU单元的下行放大倍数一致，放大后的信号通过RU单元的变频芯片下变频为70MHz的模拟中频信号经过五类线传送到对应的CU单元端口。在CU单元内部设计了8：1的中频合路器，将8路的上行中频信号合路后送入CU单元的变频芯片上变频为上行RF信号，经过接收天线返回基站接收端。\n[0052] 3、在每个RU单元内部都设计了下行AGC电路，保证CU—RU之间网线距离从\n0~100m不同距离变化时，CU—RU之间的整机增益一致。在该电路中通过功率检测器检测经过传输网线损耗后，到达RU单元的下行模拟中频信号的功率强度，如果信号强度强于预置阀值，则根据差值对信号进行衰减，AGC电路的动态范围最大可达35dB,基本上可以满足要求。\n[0053] 4、上下行自动增益联调模块，保证系统设备的上下行增益平衡。通过微处理器查询获知RU单元的下行链路中的AGC衰减值和后级的PA增益值后可以得知目前RU单元的下行增益，控制RU单元的上行衰减器设置值，最终实现RU单元的上下行增益平衡。由于CU单元内部的上下行增益已经固定设计成相同增益，而传输网线对115MHz的下行模拟信号和70MHz的上行模拟信号距离衰减基本一致，所以保证了RU单元内部的上下行增益就可以保证整机系统的上下行增益一致。\n[0054] 5、采用频分多路复用技术，在其中一对芯线同时传输上行模拟中频差分信号、下行模拟中频差分信号、10MHz参考时钟差分信号，减少了芯线的使用；由于五类线的线芯有限，只有八芯四对线，每对CU—RU之间一共需要传输±48V电源、RS485差分监控信号、上行模拟中频差分信号、下行模拟中频差分信号、10MHz参考时钟差分信号，每种差分信号如果都占用一对芯线来传输，显然五类线的8芯线在数量上根本不能满足要求。\n[0055] 6、实现与现有计算机网络的合路传输。现在的宽带数据网络中，只使用了1、2、3、6总共四芯线，空余了四芯线，这就为实现合路传输提供了可能，基于五类线传输的CDMA2000无线通信设备合路来自路由器的计算机网络数据和CDMA2000的无线信号，通过原有网线将无线信号引入室内，用户只需在室内安装RU单元就可以实现信号的入户覆盖。\n[0056] 以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。