數(shù)字直放站原理及應用課件

1、數(shù)字直放站原理及應用武漢虹信通信技術有限責任公司二零零八年三月主要內(nèi)容一、數(shù)字直放站簡介數(shù)字直放站的發(fā)展數(shù)字直放站的優(yōu)勢二、數(shù)字光纖直放站原理及應用數(shù)字光纖直放站原理及特點數(shù)字光纖直放站的組成結構數(shù)字光纖直放站信號處理流程武漢虹信數(shù)字光纖直放站主要技術指標武漢虹信數(shù)字光纖直放站的產(chǎn)品特點武漢虹信數(shù)字光纖直放站的擴展功能數(shù)字光纖直放站靈活的組網(wǎng)方式數(shù)字光纖直放站的應用三、ICS（Interference Cancellation System）直放站原理及應用ICS技術介紹ICS直放站與傳統(tǒng)直放站的對比ICS技術綜合解決方案ICS試點工程介紹一、數(shù)字直放站簡介數(shù)字直放站的發(fā)展數(shù)字光纖直放站的研制

2、開始于上世紀90年代中期自2000年開始，數(shù)字光纖直放站在韓國移動通信運營商KTF和SKT的3G系統(tǒng)中得到應用 韓國MTI公司、美國CSI公司、韓國Kisan電信等公司均推出了相應的產(chǎn)品數(shù)字直放站的優(yōu)勢射頻和光在傳輸過程中是獨立的：信號傳輸和光傳輸之間沒有相互影響，調(diào)試變得簡單。信號不隨光信號的衰減而衰減：在長距離和多路分路傳輸系統(tǒng)中保持動保持動態(tài)范圍和服務質量不變，使網(wǎng)絡設計更加靈活。信號的分路和合路通過數(shù)字的方法實現(xiàn)：下行分路通過數(shù)字比特流的復制實現(xiàn)，上行和路通過數(shù)字和實現(xiàn)，數(shù)字分路和路對信號都不會有任何損耗；數(shù)字光器件的可靠性比模擬光器件高：減少了維護費用；數(shù)字傳輸?shù)臅r延可以計算和校正：

3、為移動通信的精確定位帶來方便。二、數(shù)字光纖直放站原理及應用近端機通過耦合基站信號，經(jīng)雙工器、RF模塊，由下變頻器將其下變頻到基帶I/Q信號或中頻信號，然后經(jīng)A/D變換器變換為數(shù)字基帶或數(shù)字中頻信號，由基帶處理單元將其經(jīng)過數(shù)字信號處理后，按一定幀格式打包成串行數(shù)據(jù)，再經(jīng)光收發(fā)器由光纖傳輸?shù)竭h端機。遠端機，經(jīng)光收發(fā)器，由基帶處理單元解幀后，由D/A變換器將其恢復為I/Q或中頻信號，再經(jīng)上變頻器將其上變頻到射頻，最后經(jīng)發(fā)射機、雙工器以及天線發(fā)射至覆蓋區(qū)域。數(shù)字光纖直放站原理及特點 數(shù)字光纖直放站拓撲結構 數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)主要由直放站設備（Digital OpticalRepeater）和操作維護中

4、心（OMC）兩部分構成，直放站完成無線信號透明傳輸?shù)墓δ?，OMC主要完成對直放站等系統(tǒng)設備的監(jiān)控功能。數(shù)字光纖直放站內(nèi)部結構數(shù)字光纖直放站模塊構成（LIM）LIM（Local Interface Module）本地接口模塊，簡稱近端 數(shù)字光纖直放站模塊構成（RRH）RRH（Remote Radio Head）遠端射頻模塊，簡稱遠端 數(shù)字光纖直放站信號處理流程（下行） LIM通過耦合器將來自基站主天線的移動通信下行信號饋送入雙工器，經(jīng)RF模塊，由下變頻器將其下變頻到中頻信號，然后經(jīng)A/D變換器變換為數(shù)字中頻信號，由數(shù)字信號處理單元將其經(jīng)過數(shù)字信號處理后，按一定幀格式打包成串行數(shù)據(jù)，再經(jīng)光收發(fā)器由

5、光纖傳輸?shù)絉RH。在RRH，經(jīng)光收發(fā)器，由數(shù)字信號處理單元解幀后，進行數(shù)字信號處理后，由D/A變換器將其恢復為中頻信號，再經(jīng)上變頻器將其上變頻到射頻，最后經(jīng)發(fā)射機、雙工器以及天線發(fā)射至覆蓋區(qū)域。 數(shù)字光纖直放站信號處理流程（上行） 來自移動終端的上行信號經(jīng)RF模塊，由下變頻器將其下變頻到中頻信號，然后經(jīng)A/D變換器變換為數(shù)字中頻信號，由數(shù)字信號處理單元將其經(jīng)過數(shù)字信號處理后，按一定幀格式打包成串行數(shù)據(jù)，再經(jīng)光收發(fā)器由光纖傳輸?shù)絃IM。在LIM，經(jīng)光收發(fā)器，由數(shù)字信號處理單元解幀后，進行數(shù)字信號處理后，由D/A變換器將其恢復為中頻信號，再經(jīng)上變頻器將其上變頻到射頻，最后經(jīng)發(fā)射機、雙工器以及耦合器

6、送給基站。 數(shù)字光纖直放站主要技術指標（一）序號項目指標1光波長1310nm，1550nm2光功率-30dBm3工作頻率880915MHz&925960MHz4系統(tǒng)傳輸時延Max 10us5時延校正設置范圍080us6時延校正步長2us數(shù)字光纖直放站主要技術指標（二）序號項目指標7時延校正精度1us8最大增益50dB9增益調(diào)節(jié)范圍030dB10增益調(diào)節(jié)步長1dB11帶內(nèi)波動Max 3dBp-p12噪聲系數(shù)4dB13頻率穩(wěn)定度0.01ppm數(shù)字光纖直放站的特點（一）采用CPRI標準傳輸接口，并應用數(shù)字光傳輸技術射頻信號不隨光信號的衰減而衰減，在長距離和多路分路傳輸系統(tǒng)中保持動態(tài)范圍不變采用數(shù)字傳

7、輸，信號可以多次再生采用軟件無線電技術，將RF信號數(shù)字化，在數(shù)字域對信號進行處理，極大增強設備對信號的處理和控制能力數(shù)字濾波器具有比聲表濾波器更佳的濾波特性帶外抑制優(yōu)于聲表濾波器帶內(nèi)波動小于聲表濾波器相位線性數(shù)字光纖直放站的特點（二）時延調(diào)整功能實時測量各個RRH與LIM之間的時延自動或手動調(diào)整各個RRH與LIM之間的時延，使不同的RRH與LIM之間的時延相等消除同扇區(qū)不同RRH之間重疊覆蓋區(qū)域的時延色散干擾上行噪聲抑制對各個RRH的上行噪聲進行控制，極大減少各個RRH之間上行噪聲相互干擾武漢虹信數(shù)字光纖直放站的擴展功能話務統(tǒng)計功能針對每個載頻每個時隙進行話務統(tǒng)計針對每個RRH進行獨立話務統(tǒng)計

8、了解話務分布情況，提高設備的投資利用率自動載波調(diào)度功能按預先設定的時間進行載波調(diào)度按RRH檢測到的實際話務量進行載波調(diào)度按檢測到施主基站的實際話務量進行載波調(diào)度傳統(tǒng)直放站噪聲疊加嚴重，不支持遠端級聯(lián)組網(wǎng)方式固定對光纖資源利用率低無法補償各個遠端站之間的時延，無法抑制多徑，各個覆蓋區(qū)之間存在干擾傳統(tǒng)直放站與數(shù)字光纖站的比較（一）數(shù)字光纖直放站抑制噪聲疊加，信號可多次再生，支持遠端站級聯(lián)組網(wǎng)方式靈活對光纖資源利用率高可以通過自動或者手動調(diào)整時延，消除各個覆蓋區(qū)之間的干擾傳統(tǒng)直放站與數(shù)字光纖站的比較（二）1、傳統(tǒng)的星型結構，即一臺中繼端直接帶多個遠端（數(shù)目暫定為一拖六）星型組網(wǎng)數(shù)字光纖直放站靈活的組

9、網(wǎng)方式（一）數(shù)字光纖直放站靈活的組網(wǎng)方式（二）2、菊花鏈型組網(wǎng)，此種方式特別適用于鐵路、地鐵、隧道等的覆蓋菊花鏈型組網(wǎng)數(shù)字光纖直放站靈活的組網(wǎng)方式（三）3、環(huán)形組網(wǎng)網(wǎng)絡，具有網(wǎng)絡自愈能力，在一段光纖出現(xiàn)故障時可以進行鏈路倒換環(huán)型組網(wǎng)鐵路大型體育場館高速公路應 用 場 景數(shù)字光纖直放站的應用數(shù)字光纖直放站的應用 對于鐵路、高速公路、海岸線等窄長地形，可采用基站加數(shù)字光纖直放站進行遠距離覆蓋。數(shù)字光纖系統(tǒng)可根據(jù)需要進行一拖一或一拖多的連接方式，并采用定向天線加以覆蓋。 數(shù)字光纖直放站的應用鐵路試點覆蓋前路測圖數(shù)字光纖直放站的應用鐵路試點覆蓋后路測圖數(shù)字光纖直放站的應用 數(shù)字光纖直放站作為3G時代的

10、新產(chǎn)品，具有覆蓋廣、組網(wǎng)靈活、對基站底部噪聲抬升小等優(yōu)點。3G發(fā)牌在即，數(shù)字光纖直放站應列入重要手段統(tǒng)一網(wǎng)絡規(guī)劃，以達預期的良好效果。 三、ICS直放站原理及應用 ICS干擾消除系統(tǒng)，其中干擾主要指從直放站的施主天線引入的非基站覆蓋信號。包括來自直放站重發(fā)天線的反饋干擾信號,以及空間多徑反射的干擾信號。 干擾消除技術”消除的是自身的自激信號，而不是別的干擾源發(fā)出的信號，也就是“自激對消”技術。這一技術主要是解決無線直放站在具體應用時隔離度不夠的問題（要求的隔離度系統(tǒng)增益10dB）。這一技術可以使直放站自身對隔離度的要求系統(tǒng)增益xxdB。 有了這一技術，無線直放站以及收發(fā)天線甚至可以安裝在同一根

11、抱桿上，非常方便，擴展了應用環(huán)境。具體的實現(xiàn)方式主要是建立負反饋環(huán)路，采用DSP作為硬件的自適應濾波技術（涉及信號相關性及矩陣計算）。ICS技術簡介直放站工程環(huán)境的干擾示意圖施主天線接收到的信號包括：基站無線覆蓋信號重發(fā)天線反饋信號 建筑物、樹木、車輛等反射 的無線通信信號。干擾信號的消除 當信號里面混有我們不需要的部分的時候，我們通常的解決思路是將其濾除，但是傳統(tǒng)的雙工器或者濾波器只能對其工作頻帶外的信號進行濾除，分析上圖提到的情況，在任一時刻 t，直放站施主天線的接收信號可表示為： 其中基站信號SBS(t)和反饋干擾信號SF(t)的頻率是相同的（都在直放站工作頻帶范圍內(nèi)），所以沒有辦法通過

12、傳統(tǒng)的射頻濾波方法在頻域上解決這個問題。ICS技術就是對這種情況的一種解決方案，通過數(shù)字處理技術，解決傳統(tǒng)直放站無法解決的問題。S(t)=SBS(t)+SF(t)ICS系統(tǒng)的工作原理 在自適應噪聲抵消器中，是利用干擾源的輸出，通過一個數(shù)字濾波器，最佳地估計出干擾值，從而從混有干擾的輸入中減去干擾估值，實現(xiàn)了干擾與信號相當完善的分離。自適應濾波器的應用自適應濾波器最重要特性：能有效地在未知環(huán)境中跟蹤時變的輸入信號，使輸出信號達到最優(yōu)。信號源噪聲源自適應濾波+-建立干擾消除的模型 要想達到理想的干擾消除的效果，最重要的是自適應算法的設計。Adaptive FilterAdaptive algori

13、thm參考信號輸出輸入信號（信號S噪聲n0）WICS系統(tǒng)的優(yōu)點ICS系統(tǒng)在高增益（95dB）和高輸出（20W、40W）的情況下能夠滿足所有的RF指標；ICS系統(tǒng)對多徑反饋信號的消除最高可達30dB；即使反饋干擾信號比基站信號大的情況下，ICS系統(tǒng)仍然能夠保持覆蓋信號質量；ICS系統(tǒng)提供的鏈路裕量可以使得系統(tǒng)工作在高增益(100dBmax)的狀態(tài)下，所以即使是極微弱的信號也能夠得到放大；ICS系統(tǒng)消除了由重發(fā)天線到施主天線的反饋干擾引起的一些問題，例如系統(tǒng)自激以及信號質量惡化。ICS直放站模塊化 ICS模塊集成了低噪放，選頻器，數(shù)字濾波器，如果采用ICS模塊，則有源模塊部分只需要再外加功放就可以

14、完成射頻鏈路，結構上簡化了很多。ICS直放站與無線直放站的對比 無線直放站系統(tǒng)建設的難度就是在于施主天線和用戶天線需要提供高的前后比，才能滿足放大器在較高增益條件下的隔離度的要求。如果隔離度不滿足，放大器產(chǎn)生自激，就會造成嚴重干擾。 解決隔離度問題采用的措施 提高收發(fā)天線間距離20米以上 水平安裝時，采用角反射天線或背射天線拉大距離 采用移頻直放站 選址安裝 饋線、附件、隔離網(wǎng)等器件 安裝、維護 物業(yè)協(xié)調(diào) 結果是整個直放站系統(tǒng)造價大大升高。 ICS直放站與無線直放站的對比ICS直放站與無線直放站的對比Gain Margin（GM，增益富余）= 隔離度 增益 GM0時，直放站易發(fā)生自激 GM小于

15、系統(tǒng)的信噪比要求時 ，直放站只是個噪聲發(fā)生器 通常應用條件下，選擇直放站的GM = 15使用ICS直放站可以: 允許GM0，干擾信號可以比基站信號大15個dB 對天線的隔離度要求降低,使得工程安裝更簡便 相同的天線隔離度條件下,可以實現(xiàn)更大的增益以及輸出工程安裝簡便ICS直放站與光纖直放站、移頻直放站的對比與光纖直放站對比：不需要依賴光纖資源；沒有遠端設備，減少了故障發(fā)生率；不需要為遠端設備的安裝進行物業(yè)協(xié)調(diào)。與移頻直放站對比：沒有遠端設備，減少故障發(fā)生率；避免了恒溫晶振老化的問題；工作在同一頻段。ICS直放站的優(yōu)點性能上：能夠有效防止自激。相同的天線隔離度應用條件下，可以將直放站增益增大20

16、dB，進而提供更大功率的輸出。延伸覆蓋區(qū)范圍，提高覆蓋質量；經(jīng)濟上：由于對天線隔離度要求降低帶來的低安裝費用、運維費用，也可以避免由于選址或使用光纖鏈路帶來的額外費用增加；易用性：可適用于全氣候環(huán)境，有電源接入，滿足視距傳輸即可應用，對于天線隔離度的要求也更寬松。ICS與現(xiàn)存直放站方案的對比 總的來說，最大的優(yōu)點在于適應性強，可以方便地應用于各種無線環(huán)境；可以提供更好的性能以及更加易于維護。同樣也由于適應性強的特點，可以減少很多附加成本。密集城區(qū)（小區(qū)）的覆蓋抗干擾能力強，適應性好， 適合用于無線環(huán)境復雜的區(qū)域；設備要求隔離度小，安裝維護方便；物業(yè)協(xié)調(diào)難度??；更大的增益以及輸出，吸收室內(nèi)的話務

17、量。ICS技術綜合解決方案城郊地區(qū)的覆蓋適應性強，安裝方便，集中維護；可以實現(xiàn)更大的增益以及輸出，覆蓋面積更廣，提高基站的利用率，節(jié)約成本。ICS技術綜合解決方案ICS的應用現(xiàn)狀目前ICS 技術在國內(nèi)還屬推廣階段。由于同時具有高增益，高功率和高穩(wěn)定性和易維護性，ICS直放站有機會取代一部分基站的市場份額。在國內(nèi)我公司為首批ICS直放站產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家。ICS技術的工程意義工程易開通，選址容易，不依賴光纖資源，不必要一定使用移頻直放站，開通之后不易受干擾，即使工程環(huán)境現(xiàn)場條件變化頻繁或者惡劣也有一定的承受能力。采用ICS技術的直放站在一定程度上可以取代光纖、移頻、無線直放站。減少招標次數(shù)；復雜的型

18、號管理；繁瑣的維護工作；減少工程開通帶來的附加費用。ICS試點工程介紹江蘇淮安ICS直放站G網(wǎng)試點 江西南昌ICS直放站C網(wǎng)試點 江蘇淮安ICS直放站G網(wǎng)試點 工程站點位于淮安市楚州溪河鎮(zhèn)，GZF900-V設備與ICS設備都安裝于樓頂墻沿處，施主天線采用八木天線HXTDJ2-0012-07H，重發(fā)天線采用板型天線HXTDJSA2-0012-18-065； GZF900-V設備下行增益均為100，滿功率輸出43dBm；ICS設備下行增益均為101，滿功率輸出35dBm。江蘇淮安ICS直放站G網(wǎng)試點GZF900-V無線直放站在本工程中下行最大輸出功率為20.9dBm（設備標稱最大輸出功率為43dB

19、m），同等條件下，ICS直放站可以開通到32.3dBm（該設備標稱最大輸出功率為35dBm）。ICS直放站對開通條件的要求更低，增益可以大于隔離度20dB左右。ICS直放站在設備開通時更方便，施主信源可以直接通過監(jiān)控軟件來進行測量，設備上下行增益可以手動或自動調(diào)節(jié)，監(jiān)測值比較準確。ICS直放站在提高了隔離度的同時，整體系統(tǒng)性能指標同樣滿足要求 項目（平均值）GZF900-VICSRxLevelFull-72.46dBm-56.42dBmRxQualFull3.323.28BCCHLevel-62.09dBm-48.85dBmTA6.418.23TxPower_G7.048.77江西南昌ICS直放站C網(wǎng)試點 試點工程位于南昌市郊的厚田鎮(zhèn)，聯(lián)通公司機房位于厚田鎮(zhèn)電信營業(yè)廳頂層四樓，普通800-V設備與ICS設備都位于機房內(nèi)，施主天線采用短背射天HXTDJ2-0012-14-06，重發(fā)天線采用板型天線HXTDJSA2-0012-12-065，