數(shù)字直放站原理及應(yīng)用課件

1、數(shù)字直放站原理及應(yīng)用武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司二零零八年三月主要內(nèi)容一、數(shù)字直放站簡(jiǎn)介數(shù)字直放站的發(fā)展數(shù)字直放站的優(yōu)勢(shì)二、數(shù)字光纖直放站原理及應(yīng)用數(shù)字光纖直放站原理及特點(diǎn)數(shù)字光纖直放站的組成結(jié)構(gòu)數(shù)字光纖直放站信號(hào)處理流程武漢虹信數(shù)字光纖直放站主要技術(shù)指標(biāo)武漢虹信數(shù)字光纖直放站的產(chǎn)品特點(diǎn)武漢虹信數(shù)字光纖直放站的擴(kuò)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(yīng)用三、ICS（Interference Cancellation System）直放站原理及應(yīng)用ICS技術(shù)介紹ICS直放站與傳統(tǒng)直放站的對(duì)比ICS技術(shù)綜合解決方案ICS試點(diǎn)工程介紹一、數(shù)字直放站簡(jiǎn)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(jì)90年代中期自2000年開始，數(shù)字光纖直放站在韓國(guó)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商KTF和SKT的3G系統(tǒng)中得到應(yīng)用 韓國(guó)MTI公司、美國(guó)CSI公司、韓國(guó)Kisan電信等公司均推出了相應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)字直放站的優(yōu)勢(shì)射頻和光在傳輸過程中是獨(dú)立的：信號(hào)傳輸和光傳輸之間沒有相互影響，調(diào)試變得簡(jiǎn)單。信號(hào)不隨光信號(hào)的衰減而衰減：在長(zhǎng)距離和多路分路傳輸系統(tǒng)中保持動(dòng)保持動(dòng)態(tài)范圍和服務(wù)質(zhì)量不變，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)更加靈活。信號(hào)的分路和合路通過數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)：下行分路通過數(shù)字比特流的復(fù)制實(shí)現(xiàn)，上行和路通過數(shù)字和實(shí)現(xiàn)，數(shù)字分路和路對(duì)信號(hào)都不會(huì)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(hù)費(fèi)用；數(shù)字傳輸?shù)臅r(shí)延可以計(jì)算和校正：

3、為移動(dòng)通信的精確定位帶來方便。二、數(shù)字光纖直放站原理及應(yīng)用近端機(jī)通過耦合基站信號(hào)，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(hào)或中頻信號(hào)，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(hào)，由基帶處理單元將其經(jīng)過數(shù)字信號(hào)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(yuǎn)端機(jī)。遠(yuǎn)端機(jī)，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(fù)為I/Q或中頻信號(hào)，再經(jīng)上變頻器將其上變頻到射頻，最后經(jīng)發(fā)射機(jī)、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(diǎn) 數(shù)字光纖直放站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)主要由直放站設(shè)備（Digital OpticalRepeater）和操作維護(hù)中

4、心（OMC）兩部分構(gòu)成，直放站完成無線信號(hào)透明傳輸?shù)墓δ?，OMC主要完成對(duì)直放站等系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控功能。數(shù)字光纖直放站內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)字光纖直放站模塊構(gòu)成（LIM）LIM（Local Interface Module）本地接口模塊，簡(jiǎn)稱近端 數(shù)字光纖直放站模塊構(gòu)成（RRH）RRH（Remote Radio Head）遠(yuǎn)端射頻模塊，簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)端 數(shù)字光纖直放站信號(hào)處理流程（下行） LIM通過耦合器將來自基站主天線的移動(dòng)通信下行信號(hào)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(hào)，然后經(jīng)A/D變換器變換為數(shù)字中頻信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)處理單元將其經(jīng)過數(shù)字信號(hào)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(hào)處理單元解幀后，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理后，由D/A變換器將其恢復(fù)為中頻信號(hào)，再經(jīng)上變頻器將其上變頻到射頻，最后經(jīng)發(fā)射機(jī)、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(hào)處理流程（上行） 來自移動(dòng)終端的上行信號(hào)經(jīng)RF模塊，由下變頻器將其下變頻到中頻信號(hào)，然后經(jīng)A/D變換器變換為數(shù)字中頻信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)處理單元將其經(jīng)過數(shù)字信號(hào)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(hào)處理單元解幀后，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理后，由D/A變換器將其恢復(fù)為中頻信號(hào)，再經(jīng)上變頻器將其上變頻到射頻，最后經(jīng)發(fā)射機(jī)、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(shù)指標(biāo)（一）序號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)1光波長(zhǎng)1310nm，1550nm2光功率-30dBm3工作頻率880915MHz&925960MHz4系統(tǒng)傳輸時(shí)延Max 10us5時(shí)延校正設(shè)置范圍080us6時(shí)延校正步長(zhǎng)2us數(shù)字光纖直放站主要技術(shù)指標(biāo)（二）序號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)7時(shí)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(zhǎng)1dB11帶內(nèi)波動(dòng)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(diǎn)（一）采用CPRI標(biāo)準(zhǔn)傳輸接口，并應(yīng)用數(shù)字光傳輸技術(shù)射頻信號(hào)不隨光信號(hào)的衰減而衰減，在長(zhǎng)距離和多路分路傳輸系統(tǒng)中保持動(dòng)態(tài)范圍不變采用數(shù)字傳

7、輸，信號(hào)可以多次再生采用軟件無線電技術(shù)，將RF信號(hào)數(shù)字化，在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，極大增強(qiáng)設(shè)備對(duì)信號(hào)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(dòng)小于聲表濾波器相位線性數(shù)字光纖直放站的特點(diǎn)（二）時(shí)延調(diào)整功能實(shí)時(shí)測(cè)量各個(gè)RRH與LIM之間的時(shí)延自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整各個(gè)RRH與LIM之間的時(shí)延，使不同的RRH與LIM之間的時(shí)延相等消除同扇區(qū)不同RRH之間重疊覆蓋區(qū)域的時(shí)延色散干擾上行噪聲抑制對(duì)各個(gè)RRH的上行噪聲進(jìn)行控制，極大減少各個(gè)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(kuò)展功能話務(wù)統(tǒng)計(jì)功能針對(duì)每個(gè)載頻每個(gè)時(shí)隙進(jìn)行話務(wù)統(tǒng)計(jì)針對(duì)每個(gè)RRH進(jìn)行獨(dú)立話務(wù)統(tǒng)計(jì)

8、了解話務(wù)分布情況，提高設(shè)備的投資利用率自動(dòng)載波調(diào)度功能按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行載波調(diào)度按RRH檢測(cè)到的實(shí)際話務(wù)量進(jìn)行載波調(diào)度按檢測(cè)到施主基站的實(shí)際話務(wù)量進(jìn)行載波調(diào)度傳統(tǒng)直放站噪聲疊加嚴(yán)重，不支持遠(yuǎn)端級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方式固定對(duì)光纖資源利用率低無法補(bǔ)償各個(gè)遠(yuǎn)端站之間的時(shí)延，無法抑制多徑，各個(gè)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(hào)可多次再生，支持遠(yuǎn)端站級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方式靈活對(duì)光纖資源利用率高可以通過自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)整時(shí)延，消除各個(gè)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(jié)構(gòu)，即一臺(tái)中繼端直接帶多個(gè)遠(yuǎn)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(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)自愈能力，在一段光纖出現(xiàn)故障時(shí)可以進(jìn)行鏈路倒換環(huán)型組網(wǎng)鐵路大型體育場(chǎng)館高速公路應(yīng) 用 場(chǎng) 景數(shù)字光纖直放站的應(yīng)用數(shù)字光纖直放站的應(yīng)用 對(duì)于鐵路、高速公路、海岸線等窄長(zhǎng)地形，可采用基站加數(shù)字光纖直放站進(jìn)行遠(yuǎn)距離覆蓋。數(shù)字光纖系統(tǒng)可根據(jù)需要進(jìn)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(yīng)用鐵路試點(diǎn)覆蓋前路測(cè)圖數(shù)字光纖直放站的應(yīng)用鐵路試點(diǎn)覆蓋后路測(cè)圖數(shù)字光纖直放站的應(yīng)用 數(shù)字光纖直放站作為3G時(shí)代的

10、新產(chǎn)品，具有覆蓋廣、組網(wǎng)靈活、對(duì)基站底部噪聲抬升小等優(yōu)點(diǎn)。3G發(fā)牌在即，數(shù)字光纖直放站應(yīng)列入重要手段統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，以達(dá)預(yù)期的良好效果。 三、ICS直放站原理及應(yīng)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(hào)。包括來自直放站重發(fā)天線的反饋干擾信號(hào),以及空間多徑反射的干擾信號(hào)。 干擾消除技術(shù)”消除的是自身的自激信號(hào)，而不是別的干擾源發(fā)出的信號(hào)，也就是“自激對(duì)消”技術(shù)。這一技術(shù)主要是解決無線直放站在具體應(yīng)用時(shí)隔離度不夠的問題（要求的隔離度系統(tǒng)增益10dB）。這一技術(shù)可以使直放站自身對(duì)隔離度的要求系統(tǒng)增益xxdB。 有了這一技術(shù)，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(kuò)展了應(yīng)用環(huán)境。具體的實(shí)現(xiàn)方式主要是建立負(fù)反饋環(huán)路，采用DSP作為硬件的自適應(yīng)濾波技術(shù)（涉及信號(hào)相關(guān)性及矩陣計(jì)算）。ICS技術(shù)簡(jiǎn)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(hào)包括：基站無線覆蓋信號(hào)重發(fā)天線反饋信號(hào) 建筑物、樹木、車輛等反射 的無線通信信號(hào)。干擾信號(hào)的消除 當(dāng)信號(hào)里面混有我們不需要的部分的時(shí)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(duì)其工作頻帶外的信號(hào)進(jìn)行濾除，分析上圖提到的情況，在任一時(shí)刻 t，直放站施主天線的接收信號(hào)可表示為： 其中基站信號(hào)SBS(t)和反饋干擾信號(hào)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(gè)問題。ICS技術(shù)就是對(duì)這種情況的一種解決方案，通過數(shù)字處理技術(shù)，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(yīng)噪聲抵消器中，是利用干擾源的輸出，通過一個(gè)數(shù)字濾波器，最佳地估計(jì)出干擾值，從而從混有干擾的輸入中減去干擾估值，實(shí)現(xiàn)了干擾與信號(hào)相當(dāng)完善的分離。自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用自適應(yīng)濾波器最重要特性：能有效地在未知環(huán)境中跟蹤時(shí)變的輸入信號(hào)，使輸出信號(hào)達(dá)到最優(yōu)。信號(hào)源噪聲源自適應(yīng)濾波+-建立干擾消除的模型 要想達(dá)到理想的干擾消除的效果，最重要的是自適應(yīng)算法的設(shè)計(jì)。Adaptive FilterAdaptive algori

13、thm參考信號(hào)輸出輸入信號(hào)（信號(hào)S噪聲n0）WICS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)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(biāo)；ICS系統(tǒng)對(duì)多徑反饋信號(hào)的消除最高可達(dá)30dB；即使反饋干擾信號(hào)比基站信號(hào)大的情況下，ICS系統(tǒng)仍然能夠保持覆蓋信號(hào)質(zhì)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(hào)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(hào)質(zhì)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(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)化了很多。ICS直放站與無線直放站的對(duì)比 無線直放站系統(tǒng)建設(shè)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(huì)造成嚴(yán)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(shí)，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(hù) 物業(yè)協(xié)調(diào) 結(jié)果是整個(gè)直放站系統(tǒng)造價(jià)大大升高。 ICS直放站與無線直放站的對(duì)比ICS直放站與無線直放站的對(duì)比Gain Margin（GM，增益富余）= 隔離度 增益 GM0時(shí)，直放站易發(fā)生自激 GM小于

15、系統(tǒng)的信噪比要求時(shí) ，直放站只是個(gè)噪聲發(fā)生器 通常應(yīng)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(hào)可以比基站信號(hào)大15個(gè)dB 對(duì)天線的隔離度要求降低,使得工程安裝更簡(jiǎn)便 相同的天線隔離度條件下,可以實(shí)現(xiàn)更大的增益以及輸出工程安裝簡(jiǎn)便ICS直放站與光纖直放站、移頻直放站的對(duì)比與光纖直放站對(duì)比：不需要依賴光纖資源；沒有遠(yuǎn)端設(shè)備，減少了故障發(fā)生率；不需要為遠(yuǎn)端設(shè)備的安裝進(jìn)行物業(yè)協(xié)調(diào)。與移頻直放站對(duì)比：沒有遠(yuǎn)端設(shè)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(diǎn)性能上：能夠有效防止自激。相同的天線隔離度應(yīng)用條件下，可以將直放站增益增大20

16、dB，進(jìn)而提供更大功率的輸出。延伸覆蓋區(qū)范圍，提高覆蓋質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)上：由于對(duì)天線隔離度要求降低帶來的低安裝費(fèi)用、運(yùn)維費(fèi)用，也可以避免由于選址或使用光纖鏈路帶來的額外費(fèi)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(yīng)用，對(duì)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(duì)比 總的來說，最大的優(yōu)點(diǎn)在于適應(yīng)性強(qiáng)，可以方便地應(yīng)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(hù)。同樣也由于適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，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(qiáng)，適應(yīng)性好， 適合用于無線環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域；設(shè)備要求隔離度小，安裝維護(hù)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(wù)

17、量。ICS技術(shù)綜合解決方案城郊地區(qū)的覆蓋適應(yīng)性強(qiáng)，安裝方便，集中維護(hù)；可以實(shí)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(shù)綜合解決方案ICS的應(yīng)用現(xiàn)狀目前ICS 技術(shù)在國(guó)內(nèi)還屬推廣階段。由于同時(shí)具有高增益，高功率和高穩(wěn)定性和易維護(hù)性，ICS直放站有機(jī)會(huì)取代一部分基站的市場(chǎng)份額。在國(guó)內(nèi)我公司為首批ICS直放站產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家。ICS技術(shù)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(chǎng)條件變化頻繁或者惡劣也有一定的承受能力。采用ICS技術(shù)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(biāo)次數(shù)；復(fù)雜的型

18、號(hào)管理；繁瑣的維護(hù)工作；減少工程開通帶來的附加費(fèi)用。ICS試點(diǎn)工程介紹江蘇淮安ICS直放站G網(wǎng)試點(diǎn) 江西南昌ICS直放站C網(wǎng)試點(diǎn) 江蘇淮安ICS直放站G網(wǎng)試點(diǎn) 工程站點(diǎn)位于淮安市楚州溪河鎮(zhèn)，GZF900-V設(shè)備與ICS設(shè)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(shè)備下行增益均為100，滿功率輸出43dBm；ICS設(shè)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(diǎn)GZF900-V無線直放站在本工程中下行最大輸出功率為20.9dBm（設(shè)備標(biāo)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(shè)備標(biāo)稱最大輸出功率為35dBm）。ICS直放站對(duì)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(shè)備開通時(shí)更方便，施主信源可以直接通過監(jiān)控軟件來進(jìn)行測(cè)量，設(shè)備上下行增益可以手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，監(jiān)測(cè)值比較準(zhǔn)確。ICS直放站在提高了隔離度的同時(shí)，整體系統(tǒng)性能指標(biāo)同樣滿足要求 項(xiàng)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(diǎn) 試點(diǎn)工程位于南昌市郊的厚田鎮(zhèn)，聯(lián)通公司機(jī)房位于厚田鎮(zhèn)電信營(yíng)業(yè)廳頂層四樓，普通800-V設(shè)備與ICS設(shè)備都位于機(jī)房?jī)?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，