無線移頻海域覆蓋技術(shù)分析研究 電子信息專業(yè)

摘要本文主要概述了海上移動(dòng)通信，使用移頻直放站可以解決這些困擾同頻直放站或光纖直放站的問題。移頻直放站可以避免同頻直放站的局限性，而且在沒有光纖資源的地區(qū)，使用有線引入直放站可以獲得光纖直放站的覆蓋效果關(guān)鍵詞海上移動(dòng)、覆蓋、信號(hào)、智能移頻中繼AbstractMacroButtonNoMacro[ClickhereandinputabstractinEnglish]KeywordsMacroButtonNoMacro[ClickhereandinputkeywordsinEnglish]目錄摘要 iAbstract ii第1章前言 11.1無線通信背景 1第2章項(xiàng)目概況 22.1項(xiàng)目覆蓋圖—陸地基站 22.2項(xiàng)目的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容： 22.3技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)論述： 42.3.1利用FRC頻率傳輸遠(yuǎn)程調(diào)整技術(shù)的原理研制“智能變頻器”： 42.3.2利用基于GPS的智能化鎖相頻率控制穩(wěn)定技術(shù)的原理研制“基于GPS的智能頻率穩(wěn)定器” 52.4設(shè)備技術(shù)指標(biāo) 72.5項(xiàng)目特點(diǎn) 9第3章技術(shù)小結(jié) 11主要研究成果 13致謝 14附錄 15前言無線移頻海域覆蓋技術(shù)背景隨著我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展和信號(hào)覆蓋的延伸，在目前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商對(duì)無縫覆蓋主要解決的是三種特殊區(qū)域的無縫覆蓋：建筑物室內(nèi)覆蓋（包括高樓、賓館、大型購(gòu)物商場(chǎng)、停車場(chǎng)等建筑物內(nèi)）、地鐵和隧道的室內(nèi)覆蓋、高速公路和鐵路沿線的覆蓋，而到不久的將來，浩瀚海洋也需要無縫覆蓋，因?yàn)槭艿降厍蚯鷱胶蛯?dǎo)頻污染的影響，有些海域、島嶼都還存在著信號(hào)盲區(qū)和有信號(hào)打不出去的現(xiàn)象，談到這里，有人會(huì)問，海洋之中需要無縫覆蓋嗎？我們先不說需不需要，先舉生活中的貿(mào)易來往比如：遠(yuǎn)洋貿(mào)易的海上貨輪、載人的豪華游輪、緊急情況下的海上事故搜救和日后的非正常時(shí)期（如戰(zhàn)爭(zhēng)）、等等，都時(shí)不時(shí)需要通信與交流，特別是海上搜救活動(dòng)，更需要有一個(gè)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，它將發(fā)揮著搜救活動(dòng)的重要角色，說到底就是需要這樣網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，但對(duì)于目前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商考慮到資金、建設(shè)和規(guī)劃等眾多因素制約是不太可能實(shí)現(xiàn)海域大面積的覆蓋，但網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商是可以考慮到一種流行在當(dāng)今信號(hào)覆蓋的延伸武器（直放站），直放站具有與基站同等覆蓋面積，覆蓋更為靈活，建設(shè)資金少，不需要土建和傳輸電路等優(yōu)點(diǎn)，但不足的是不管哪種類型的直放站與基站對(duì)比都有以下的不足,不能增加系統(tǒng)容量。在目前的直放站中，常規(guī)的同頻直放站存在以下幾個(gè)問題：無線同頻直放站常常能接收到多個(gè)基站的信號(hào)而形成干擾；增益較高的直放站，施主天線和重發(fā)天線之間的隔離度要求很高，往往難以實(shí)現(xiàn)；在許多情況下，由于在所需覆蓋的盲區(qū)邊緣無法找到有足夠信號(hào)強(qiáng)度的站址，同頻直放站無法安裝；使用光纖直放站時(shí)，光纖資源無法獲得或成本高。而移頻直放站可以解決這些困擾同頻直放站或光纖直放站的問題。移頻直放站可以避免同頻直放站的局限性，而且在沒有光纖資源的地區(qū)，使用有線引入直放站可以獲得光纖直放站的覆蓋效果。經(jīng)對(duì)于海域的綜合覆蓋環(huán)境和實(shí)際的安裝環(huán)境考慮，無線移頻站最能勝任此項(xiàng)覆蓋。項(xiàng)目概況直放站監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)直放站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)的管理系統(tǒng)。為了方便對(duì)直放站設(shè)備各模塊的控制及管理，以及對(duì)直放站設(shè)備的“集中監(jiān)控，統(tǒng)一管理”而開發(fā)了直放站監(jiān)控系統(tǒng)。直放站監(jiān)控系統(tǒng)可以通過短消息、撥號(hào)或直連的方式與網(wǎng)管中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)；調(diào)試人員也可以通過對(duì)菜單的設(shè)置和接口說明實(shí)現(xiàn)對(duì)直放站各模塊的監(jiān)測(cè)。項(xiàng)目覆蓋圖—陸地基站近端設(shè)備在終于在離海岸線4公里處，接收到信源站的Ec/Io值基本滿足要求（-9~-15dB），此時(shí)接收?qǐng)鰪?qiáng)大約-45dBm輸入給近端主機(jī)，輸出功率調(diào)整在+40dBm(10W)。近端設(shè)備調(diào)試開通后，并將對(duì)方近端現(xiàn)在所處位置的經(jīng)緯度和傳輸天線方位角，以便遠(yuǎn)端傳輸天線對(duì)準(zhǔn)近端傳輸天線。遠(yuǎn)端傳輸天線對(duì)準(zhǔn)近端傳輸天線后，傳輸信號(hào)電平強(qiáng)度為-50dBm，經(jīng)工作人員整機(jī)調(diào)試，設(shè)備開通，輸出功率為38dBm。設(shè)備開通后，對(duì)覆蓋海域進(jìn)行了測(cè)試，具體的測(cè)試情況看測(cè)試前后數(shù)據(jù)對(duì)比。項(xiàng)目的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容基于FRC和GPS通信方式的智能移頻中繼系統(tǒng)基本原理和關(guān)鍵技術(shù)：在近端，用無線接收基站下行信號(hào)，經(jīng)過雙工器到下行的LNA，通過LNA進(jìn)行低噪聲放大后，再通過智能變頻器將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庑诺赖男盘?hào)，再經(jīng)功放放大后向遠(yuǎn)端發(fā)射；遠(yuǎn)端天線接收下行傳輸信號(hào)，經(jīng)過雙工器的濾波后到下行的LNA，通過下行LNA放大，再經(jīng)過智能變頻器將其信道恢復(fù)至原來的業(yè)務(wù)信道，經(jīng)功放放大后由服務(wù)天線發(fā)射出去。上行同樣道理，遠(yuǎn)端先接收上行信號(hào)再由智能變頻器轉(zhuǎn)變成傳輸信道，經(jīng)功率放大由天線發(fā)射到近端，近端接收后將其變頻返回業(yè)務(wù)信道給基站。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作過程。其中基于GPS的智能頻率穩(wěn)定器用于接收GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）的準(zhǔn)確時(shí)鐘同步和頻率同步，作為基準(zhǔn)源，保證本項(xiàng)目傳輸頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。原理圖如下：關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容就是“智能變頻器”的研制，即FRC（頻率傳輸遠(yuǎn)程調(diào)整技術(shù)）；還有“基于GPS的智能頻率穩(wěn)定器”的研制，即基于GPS的智能化鎖相頻率控制穩(wěn)定技術(shù)。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)論述利用FRC頻率傳輸遠(yuǎn)程調(diào)整技術(shù)的原理研制“智能變頻器”FRC（FrequencyRemoteControl）是頻率傳輸遠(yuǎn)程調(diào)整技術(shù)。由于我我們所需要的移頻方式是帶內(nèi)移頻，即輸入頻率和輸出頻率之間頻率間隔很小，同時(shí)希望輸入頻率和輸出頻率在所規(guī)定的頻段內(nèi)可以任意選擇，這時(shí)如果使用通常的一次變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來將會(huì)非常困難，同時(shí)混頻時(shí)產(chǎn)生的鏡像產(chǎn)物將使雜散指標(biāo)劣化，最終影響整機(jī)指標(biāo)。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了固定中頻，兩次變頻的技術(shù)，很好的解決了這兩個(gè)難題。本項(xiàng)目根據(jù)中國(guó)國(guó)情，自己研發(fā)了核心技術(shù)“FRC頻率傳輸遠(yuǎn)程調(diào)整技術(shù)”，使本項(xiàng)目產(chǎn)品具有強(qiáng)大的生命力和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)如西安大唐電信采用的是代理韓國(guó)的產(chǎn)品，并無能自主獨(dú)立進(jìn)行研發(fā)此技術(shù)。本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵難點(diǎn)在于：在“移頻技術(shù)”上，本項(xiàng)目是“帶內(nèi)移頻”，而其它廠家是“帶外移頻”，必須重新申請(qǐng)頻率且會(huì)出現(xiàn)干擾，而無法實(shí)現(xiàn)安裝；另一方面本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程傳輸智能軟件控制變頻”，而其它是“固定變頻”，輸入頻率多少，輸出頻率固定多少，在傳輸中頻率固定不變。一旦安裝地區(qū)出現(xiàn)另一相同頻率源時(shí)，也不懂得變化調(diào)整自身頻率繞過對(duì)方，必然的出現(xiàn)頻率沖突、干擾，嚴(yán)重時(shí)只好拆下已裝好的設(shè)備；最后，本項(xiàng)目頻率穩(wěn)定度高，移動(dòng)通信一旦出現(xiàn)頻偏，必須掉話多，通信質(zhì)量差。而本項(xiàng)目可以解決上述問題，原理如下：

首先由本振產(chǎn)生一個(gè)高度穩(wěn)定可靠的12MHZ基準(zhǔn)頻率信號(hào)Φ作為頻率參考源送入“智能變頻器中央處理器和PLL電路，經(jīng)過鎖相，預(yù)分頻校正，濾波等一系列電路處理產(chǎn)生一個(gè)隨意可調(diào)的壓控電壓?？刂芕CO振蕩電路產(chǎn)生本振L01，另邊也經(jīng)過類似處理產(chǎn)生一個(gè)高度穩(wěn)定及隨意可調(diào)的本振L02，送入混頻器混頻。由于L01、L02在很寬范圍內(nèi)是隨意可調(diào)的，且有極高的穩(wěn)定性，因此可實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)移頻或帶處移頻，且在-35℃～70℃范圍內(nèi)，頻偏小于8HZ。本電路特點(diǎn)是頻帶寬（可用于C網(wǎng)、G網(wǎng)）可編程,頻偏小，可靠性高，采用FRC軟件編程控制，與眾不同。另外，由于所有頻率均工作在射頻微波段，且在遠(yuǎn)程傳輸中，對(duì)電路分布參數(shù)的要求和精度相當(dāng)嚴(yán)格，而不是普通變頻器只考慮集中參數(shù)。本技術(shù)構(gòu)成的產(chǎn)品（如CDMA移頻直放站等）已通過中試，見附件的權(quán)威檢測(cè)報(bào)告、實(shí)際中試和用戶報(bào)告。報(bào)告表明，公司已通過射頻微波領(lǐng)域的中試，不存在射頻微波研發(fā)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目要用到4個(gè)智能變頻器。分別如下：內(nèi)容下行近端下行遠(yuǎn)端上行近端上行遠(yuǎn)端智能變頻器1智能變頻器2智能變頻器3智能變頻器4輸入878.49MHz（283信號(hào)）871.11MHz（37信號(hào)）826.11MHz（37信號(hào)）833.49MHz（283信號(hào)）輸出871.11MHz（37信號(hào)）878.49MHz（283信號(hào)）833.49MHz（283信號(hào)）826.11MHz（37信號(hào)）原理圖如下所示：利用基于GPS的智能化鎖相頻率控制穩(wěn)定技術(shù)的原理研制“基于GPS的智能頻率穩(wěn)定器”GPS（GlobePositioningSystem）是全球定位系統(tǒng)，是美國(guó)國(guó)防部組織建立的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它可以提供三維定位（經(jīng)度、緯度、高度）、時(shí)間同步和頻率同步，是一套覆蓋全球的全方位導(dǎo)航系統(tǒng)。在通信網(wǎng)中，常將GPS與銣鐘配合使用，利用GPS的長(zhǎng)穩(wěn)定性，結(jié)合銣鐘的短穩(wěn)特性，得到準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都很高的信號(hào)，該信號(hào)可以作基準(zhǔn)源使用。對(duì)于一個(gè)移頻傳輸?shù)脑O(shè)備來說，一個(gè)最關(guān)鍵的技術(shù)是能夠?qū)⒆冾l之后的信號(hào)準(zhǔn)確的恢復(fù)到原有的頻率上，因此在近端和遠(yuǎn)端的兩個(gè)變頻器本振的基準(zhǔn)頻率，要求在高低溫條件下變化較小且頻率漂移方向應(yīng)一致，否則會(huì)嚴(yán)重影響本項(xiàng)目系統(tǒng)的性能。本技術(shù)的關(guān)鍵是用利用GPS的長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，結(jié)合TCXO和OCXO短期穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出高穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)源。這樣的基準(zhǔn)源可以達(dá)到很好的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)（0.01PPM以下），同時(shí)價(jià)格與使用銣鐘或銣鐘與GPS結(jié)合的方式便宜。本項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是：頻率穩(wěn)定度高，與眾不同。因?yàn)橐苿?dòng)通信一旦出現(xiàn)頻偏，必須掉話多，通信質(zhì)量差。采用本項(xiàng)目基于GPS的智能化鎖相頻率控制穩(wěn)定技術(shù)的原理研制“基于GPS的智能頻率穩(wěn)定器”，可以使頻率容限誤差由原2.5PPM

（±2000Hz）降為現(xiàn)在的0.01PPM（±8Hz），且原來每年頻率會(huì)漂移±2000Hz，現(xiàn)在的漂移微乎其微，可以忽略不計(jì)。原理如下所示：由于本項(xiàng)目系統(tǒng)的近端和遠(yuǎn)端的兩個(gè)變頻器本振的基準(zhǔn)頻率，要求在高低溫條件下變化較小且頻率漂移方向應(yīng)一致，否則會(huì)嚴(yán)重影響本項(xiàng)目系統(tǒng)的性能。我們前期采用12.8MHZ恒溫和12.8MHZ溫補(bǔ)晶體振蕩器,因溫度頻差、年老化率、相位噪聲較大等因素,導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)期的項(xiàng)目要求.后來我們利用授時(shí)型GPS板高精度定時(shí)做了大膽的技術(shù)創(chuàng)新,巧妙地將GPS技術(shù)﹑單片機(jī)技術(shù)和CPLD(復(fù)雜的可編程邏輯器件)技術(shù)結(jié)合在一起.我們選用的MOTOLORAGT/UT型ONCOREGPS接收器,具有并行8通道,可同時(shí)跟蹤8顆衛(wèi)星,1PPS秒脈沖輸出,精度±70ns,捕獲時(shí)間短,Motolora二進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出,功耗小,體積小,可長(zhǎng)時(shí)間工作等優(yōu)越的性能。CPLD(復(fù)雜的可編程邏輯器件)內(nèi)部計(jì)數(shù)器在1PPS秒脈沖作用下對(duì)12.8MHZ溫補(bǔ)晶體振蕩器進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù),然后將計(jì)數(shù)值送入CPU,通過軟件比較、修正后輸出12位數(shù)字信號(hào)給DA轉(zhuǎn)換器,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)壓控電壓給溫補(bǔ)晶體振蕩器的VCO(電壓控制型振蕩器),來調(diào)整溫補(bǔ)晶體振蕩器的頻率輸出誤差,經(jīng)多次比較、修正、調(diào)整,溫補(bǔ)晶體振蕩器將輸出一個(gè)穩(wěn)定度高且準(zhǔn)確率高的頻率,通過高速寬帶運(yùn)放放大后,通過SMA輸出給變頻器做基準(zhǔn)頻率.本項(xiàng)目附加了GPS與單片機(jī)、PC機(jī)通訊功能,還有數(shù)碼管顯示,鍵盤菜單等功能可以很容易地了解當(dāng)前衛(wèi)星接收的個(gè)數(shù),輸出頻率值,時(shí)間日期,定位經(jīng)緯度,修改GPS設(shè)置值,方便了生產(chǎn)調(diào)試和工程安裝與維護(hù)。從實(shí)踐證明,在GPS接收到4顆衛(wèi)星以上時(shí),溫補(bǔ)晶體振蕩器輸出的頻率誤差在±0.01PPM(1×10-6);高溫(+70℃)低溫(-30℃)實(shí)驗(yàn)也數(shù)據(jù)表明,輸出的頻率誤差在±0.01PPM,根本無需考慮到溫補(bǔ)晶體振蕩器存在的溫度頻差和年老化等問題,能夠很好地應(yīng)用在本項(xiàng)目。本技術(shù)構(gòu)成的產(chǎn)品（如CDMA移頻直放站等）已通過中試，見附件的權(quán)威檢測(cè)報(bào)告、實(shí)際中試和用戶報(bào)告。設(shè)備技術(shù)指標(biāo)移頻產(chǎn)品近端主要指標(biāo)指標(biāo)項(xiàng)目下行上行工作頻率(MHZ)870~880825~835最大輸出功率(dbm)3733最大增益(db)95±395±3自動(dòng)電平控制ALC(db)≤2≤2增益可調(diào)節(jié)范圍(db)3030增益可調(diào)節(jié)步長(zhǎng)(db)11噪聲系數(shù)(db)≤5≤5電壓駐波比≤1.4≤1.4帶內(nèi)波動(dòng)(峰峰值db)≤3≤3傳輸時(shí)延(us)≤5≤5波形質(zhì)量因數(shù)≥0.95≥0.96載波頻率誤差(ppm)≤0.01≤0.01雜散發(fā)射(dBm)806MHZ~821MHZ≤-67881MHZ~885MHZ≤-36885MHZ~915MHZ≤-67930MHZ~960MHZ≤-479KHZ~150KHZ≤-36150KHZ~30MHZ≤-3630MHZ~1GHZ≤-361GHZ~12.75GHZ≤-301.8GHZ~1.92GHZ≤-473.4GHZ~3.53GHZ≤-47ACPR(dBc/30KHz)≥750KHZ≤-45≤-42≥1.98MHZ≤-65≤-59三階互調(diào)(dBm/30KHz)工作頻帶內(nèi)≤-15工作頻帶外(>=1MHZ)9KHZ~1GHZ≤-361GHZ~12.75GHZ≤-30帶外抑制(dBc/30KHz)每信道≥1.98MHZ≤-44≤-38射頻接頭N-K輸入阻抗(歐）50工作電源(V)AC220/DC24工作溫度(℃)-50~+65工作濕度(%)5~95(無凝結(jié)）監(jiān)控報(bào)警RS-232本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備尺寸(mm)380*490*230設(shè)備重量(kg)27移頻產(chǎn)品遠(yuǎn)端主要指標(biāo)指標(biāo)項(xiàng)目下行上行工作頻率(MHZ)870~880825~835最大輸出功率(dbm)4033最大增益(db)≤90≤90自動(dòng)電平控制ALC(db)≤2≤2增益可調(diào)節(jié)范圍(db)3030增益可調(diào)節(jié)步長(zhǎng)(db)11噪聲系數(shù)(db)≤5≤5電壓駐波比≤1.4≤1.4帶內(nèi)波動(dòng)(峰峰值db)≤3≤3傳輸時(shí)延(us)≤5≤5波形質(zhì)量因數(shù)≥0.95≥0.96載波頻率誤差(ppm)≤0.01≤0.01帶內(nèi)雜散(dBc/30KHz)≤-25≤-25雜散發(fā)射(dBm)806MHZ~821MHZ≤-67881MHZ~885MHZ≤-36885MHZ~915MHZ≤-67930MHZ~960MHZ≤-479KHZ~150KHZ≤-36150KHZ~30MHZ≤-3630MHZ~1GHZ≤-361GHZ~12.75GHZ≤-301.8GHZ~1.92GHZ≤-473.4GHZ~3.53GHZ≤-47ACPR(dBc/30KHz)≥750KHZ≤-45≤-42≥1.98MHZ≤-65≤-59三階互調(diào)(dBm/30KHz)工作頻帶內(nèi)≤-15工作頻帶外(>=1MHZ)9KHZ~1GHZ≤-361GHZ~12.75GHZ≤-30帶外抑制(dBc/30KHz)每信道≥1.98MHZ≤-44≤-38射頻接頭N-K輸入阻抗(歐）50工作電源(V)AC220/DC24工作溫度(℃)-50~+65工作濕度(%)5~95(無凝結(jié)）監(jiān)控報(bào)警RS-232本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備尺寸(mm)380*490*230設(shè)備重量(kg)27項(xiàng)目特點(diǎn)而本項(xiàng)目由于采用了先進(jìn)的FRC傳輸頻率遠(yuǎn)程調(diào)整技術(shù)的原理研制“智能變頻器”和利用基于GPS的智