数字光纤直放站原理

1数字直放站产品原理与应用广东电信培训,2010年04月2内容提纲•数字直放站简介及现状•数字直放站的基本原理•数字直放站的特色技术¾数字产品与室内分布；¾居民小区的深度覆盖；¾数字产品与节能减排；•数字直放站的工程应用3一、数字产品的简介及现状4数字直放站产品简介z 数字直放站是数字化的网络优化设备，相对于传统的模拟直放站而言，数字直放站通过将信号传输数字化以及信号处理数字化，不仅获得了性能上的改善，更获得了功能上的丰富与加强。

z 信号传输数字化：数字直放站通过将信号的传输过程数字化，可以实现更可靠的信号传输，可采用多种组网形式；监控方式也更加灵活，可方便地实现前后端互控；可以实现光纤时延的自动或手动调整，避免出现重叠覆盖的时延干扰问题。

z 信号处理数字化：数字直放站通过将信号的处理过程数字化，可以实现模拟直放站所不具备的上行底噪抑制、话务量统计以及数字削峰与预失真等功能。

z 直放站的数字化可以使未来的网络优化建立在一个统一的数字技术平台之上,提高设备性能，降低设备成本，并可以支持多频多模。

数字光纤直放站整机框图•整机包括接入端、光（中继）传输、覆盖端三部分；•整机由基站的射频端口或光纤端口直接耦合信号；•覆盖端由光纤中恢复出时钟以保持与接入端在时钟上同步。

5数字直放站产品——光纤选频（链形）•光纤选频产品适合铁路、公路等交通干线的沿线覆盖；•宜采用（菊花）链形连接方式。

6数字直放站产品——光纤宽带（星形）•光纤宽带产品适合居民小区、度假村、城中村等场合；•宜采用星形方式级联，使平均光纤长度尽量短，时钟质量将较好。

7数字直放站产品——ICS•ICS 可降低对施主天线与重发天线之间隔离度的要求；•ICS 允许天线之间的隔离度小于系统增益10~15dB。

8数字直放站产品——数字微波•利用微波频谱资源作中继传输，解决部分站址光纤接入困难的问题；9数字直放站产品——数字飞地•利用较低频率电波优越的传播特性，解决偏远山区、林区的覆盖问题1011数字直放站设计思路Moore’s Law of IC & SOP•充分利用摩尔定律提供的数字处理能力增长（with power saving bonus）；•将射频数字化：利用数字处理来弥补射频性能的不足；•产品通用化，支持多频多模，降低射频部分的成本；•2000 年之前，技术驱动力主要来自PC，2000 年之后，技术驱动力主要来自移动终端，不只是处理能力的提高，更重要的是系统功能层面的综合；•充分利用可编程器件FPGA 提供的灵活性与规模价格优势（相对于ASIC）。

数字光纤直放站时延说明关于数字光纤直放站时延的分析图1 数字光纤直放站原理如图1，可以看到数字光纤直放站的各个模块，其中时延主要是由数字处理模块造成，其它数字传输及射频功放模块总的时延小于2us；对于数字处理模块，其内部结构如图2图2 数字处理模块内部结构其中DDC和DUC属于数字光纤直放站必备处理模块，作用是将数字中频信号进行滤波（DDC+DUC可称作数字中频滤波器），它的作用跟模拟设备中的中频声表面滤波器类似，中频声表面滤波器的时延一般在3～4us，而数字中频滤波器的是时延约5～6us较模拟域稍大。

并且数字滤波器矩形系数（即抑制度）随着处理阶数（也就是运算量）的增加会变的更好，同时随着处理阶数的增加，时延也会相应跟着增大，所以数字滤波器的时延也会因为抑制度的不同而不同，即如果要获得更好的带外抑制度，就需以增加时延换取。

CFR和DPD模块（即数字预失真功能模块）不属于数字光纤直放站必备模块，属于增加的功能模块，采用该功能模块可以大大提高功放线性度，同时可提高整机效率达18%左右。

但同时在处理信号同时也会增加整机时延值，它们的时延一般在5～6us左右。

由上可以看出，如果普通型数字光纤直放站在不考虑信号抑制度及不具备数字预失真功能模块的基础上时延可以做到8us以下。

我公司数字光纤直放站杂散、带外抑制等抑制度指标完全符合《中国电信cdma2000设备总体技术规范—无线接入网cdma2000数字直放站分册》要求，有效保证设备在网运行安全，并且具备数字预失真功能模块整机效率可达18%，因此我公司设备时延约12us。

该时延指标优于上述规范13us的要求。

由于CDMA网络制式采用rake多径接收，在搜索窗范围内可以对多径信号进行有效处理，所以可根据信号时延对搜索窗进行有效调整，只要合理设置搜索窗范围即可达到网络覆盖要求。

一、 光纤直放站组成及工作原理
该产品采用光波分复用方式，利用单根光纤直接传送射频信号。

车站电台发出的下行信号被耦合到光纤直放站近端机，近端机通过电/光转换将信号发射到光纤中传播至远端机，远端机再通过光/电转换将信号通过天线或泄漏电缆辐射至空间覆盖弱场强区域。

机车电台发出的上行信号被光纤直放站远端机接收，远端机通过电/光转换将信号发射到光纤中传播至近端机，近端机再通过光/电转换将信号耦合至车站电台。

光收发单元实现信号的电光转换和光电转换，其内置了光波分复用器。

车站电台
双工器
射频开关
458M
468M
上行低噪声放大器
光模块
光模块
光纤直放站近端机下行功率放大器（带备份）
上行低噪声放大器双工器
光纤直放站远端机
光纤
天线
468M
458M
耦合器
天线
监控单元
电源单元监控单元
电源单元发射
接收
发射
接收
射频开关
图1 光纤直放站系统框图
光发射功率：
近端机正向光输出：（4±2）dBm （光功率）
远端机反向光输出：（4±2）dBm（光功率）二、光路参数
光路参数1 光波长1550nm 1310nm 2
出纤光功率（+3±2）dBm
3 最低光接收功率门限（-15±2）dBm
4 WDM 内置
5 光纤连接器FC/APC
三、光纤直放站配套程式
项目
数量
光纤一拖一光纤一拖N
光纤直放站近端机一台一台
光纤直放站远端机一台N台
光纤跳线（APC-PC）两根（可选）N+1根（可选）光分路器无N-1个。

光纤直放站的工作原理光纤直放站的⼯作原理光纤直放站是使⼯光纤进⼯信号传输的直放站。

光纤的使⼯具有传输损耗低，布线⼯便，适合远距离传输的特点。

它可以解决乡村，城镇，旅游区，⼯速公路等⼯法接收基站信号的问题。

光纤直放站还可以解决⼯型和超⼯型建筑物中的信号覆盖问题，例如在⼯型⼯层区域建筑物（组）中使⼯的情况，以及具有更⼯要求的社区。

接下来⼯机信号放⼯器⼯编向⼯家介绍：随着我国移动通信⼯业的飞速发展，移动通信⼯户数量不断增加，蜂窝规划越来越⼯，光纤直放站位置越来越低。

另⼯⼯⼯，随着⼯层城市建设，⼯层建筑正在不断出现。

由于⼯线传输的阴影效应，移动通信信号的盲区或弱区经常形成在这些⼯层建筑物的后⼯或中间。

另外，在蜂窝移动基站的建设过程中，由于相邻⼯区的⼯扰问题，天线辐射场⼯向图的主瓣具有⼯的下倾⼯，因此，⼯层建筑物的中上部⼯法有效接收信号。

这就是⼯们研究光纤直放站的原因。

此外，由于建筑物等对电磁波的屏蔽作⼯，在⼯些封闭的⼯型建筑物中，例如隧道，地铁，地下购物中⼯，停车场，旅馆和办公楼中，通常不能接收到移动通信信号。

光纤直放站主要由光纤近端机，光纤和光纤远端机（覆盖单元）组成。

光学近端机器和光学远端机器都包括射频单元和光学单元。

⼯线信号从基站耦合后，通过电光转换进⼯光端机，将电信号转换为光信号，从光端机到光纤，再经过通过光纤传输到光学远程机器。

信号被转换为电信号，并进⼯射频单元进⼯放⼯。

信号放⼯后，将其发送到发射天线以覆盖⼯标区域。

上⼯链路的⼯作原理相同。

⼯机发送的信号通过接收天线到达光学远端机，然后到达近端机，然后返回光纤直放站。

这就是光纤直放站的⼯作原理。

GSM/CDMA纤直放站光纤直放站与无线直放站的最大区别在于施主基站信号的传输方式上，无线直放站通过接收空间传播的无线信号进行放大，从而扩大基站的覆盖范围。

光纤直放站是通过光纤进行传输，采用光信号接收器和转换器连接偏远的区域。

1.光纤直放站的特点(1)工作稳定，覆盖效果好光纤直放站通过光纤传输信号，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。

(2)设计和施工更为灵活根据无线直放站的工作原理，无线直放站需把施主天线安装在可以接收到GSM 信号的地方，而且接收信号强度不能小于- 80dBm所以无线直放站一般只能安装在基站覆盖范围的边缘，并向顺着基站覆盖的方向延伸覆盖。

同时，为了防止直放站自激，还需保证施主天线和覆盖天线有足够的隔离度。

因此，无线直放站的安装位置和方式受到一定限制，而且一般采用定向天线进行覆盖，覆盖范围较小。

光纤直放站在设计时无需考虑安装地点能否接收到信号；不需考虑收发隔离问题，选址方便；覆盖天线可根据需要采用全向或定向天线。

另外射频信号能够在很小的传送损失的情况下被传送到远达20公里的远处, 光缆很细,容易铺设。

因此，设计和施工的灵活性大。

(3)避免了同频干扰，可全向覆盖, 干扰少光纤直放站是为了扩大移动电话基地站的覆盖范围，把CDM/移动电话信号变成光纤后，从基地站到远程地区，可使干扰及插入损失减小到最小。

⑷适用于GSM宽带信道选择型、CDM宽带信道选择型；(5)单级传输距离长达50Km以上，扩大覆盖范围;(6)可提高增益而不会自激，有利于加大下行信号发射功率；(7)信号传输不受地理条件限制特别适合边远城镇或地形复杂的山区。

2.光纤直放站的传输方式光纤直放站的最大特点是通过光纤进行信号传输，光纤传输可以单独敷设，也可以利用现有的传输网络。

其主要有三种应用方式：(1) 普通双光纤方式这种方式多用于光缆中有现成多余备用光纤对的情况。

(2) 波分复用方式如光纤中的1.3卩m波长窗口已经被其他信号占用时，可以通过波分复用器将直放站信号复用到1.55卩m波长的窗口上，实现直放站信号与其他信号同纤传输。

数字光纤直放站和RRU的比较第二代移动通信系统基站设备的典型设计方案是将接收天线、发射天线安装在室外，将射频收发信机安装在室内，射频收发信机与接收天线、发射天线间用低损耗的射频电缆连接。

这就是所谓射频拉远技术。

第三代移动通信系统结合射频拉远技术，诞生了新型信号传输设备RRU，通过光纤传输基带信号。

同样，数字光纤直放站也可通过光纤传送基带信号，两者既有区别，又有联系。

一、RRU工作原理及应用射频拉远单元RRU（Remote Radio Unit）带来了一种新型的分布式网络覆盖模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。

RRU的工作原理是：基带信号下行经变频、滤波，经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。

上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。

RRU同基站接口的连接接口有两种：CPRI（Common Public Radio Interface 通用公共射频接口）及OBASI（Open Base Station Architecture Initiative 开放式基站架构）。

其中，CPRI组织成员包括：爱立信、华为、NEC、北电、西门子。

OBSAI组织成员包括：诺基亚、中兴、LGE、三星、Hyundai。

信号覆盖方式上，RRU可通过同频不同扰码方式，从NodeB引出。

也可通过同频不同扰码方式，从RNC引出。

这两种覆盖方式都是常规的方式，除此之外，对于3扇区，但配有多余信道板以及多余基带处理设备的基站可以利用基带池共享技术，将多余的基带处理设备设为第4小区，二、数字光纤直放站原理及应用数字光纤直放站不同于以往的模拟光纤直放站，它将RF信号经变频处理变为中频数字信号，再通过光纤拉远进行传输。

光纤直放站工作原理
光纤直放站是一种用于加强和扩展光纤通信信号的设备。

它的工作原理是将输入的光信号进行放大和重新启发，以增加光信号在光纤中的传输距离。

光纤直放站由三个主要部分组成：光接收部分、光放大部分和光发送部分。

首先，光接收部分接收来自光纤的光信号，并将其转换成电信号。

然后，电信号经过一系列的处理和放大，以增加其强度和质量。

接下来，光放大部分对电信号进行光纤放大器的作用，这是一种将电信号转换为高增益光信号的装置。

光放大器工作在光纤的特定波长范围内，可以将低功率的光信号放大到较高的功率。

最后，光发送部分将通过光放大过的光信号重新注入到光纤中。

这些光信号会在光纤中传输，直到传输距离超过光纤本身的极限。

在传输过程中，光纤直放站可以增强和修复信号质量，减少光信号的衰减和失真。

总的来说，光纤直放站通过接收、放大和发送光信号，可以扩展光纤通信的传输距离和提高信号质量，从而促进更快速、稳定和可靠的光纤通信。

数字光纤直放站介绍数字光纤直放站是虹信公司适应市场需求研制的新型无线网络优化设备，具有以下特点：➢数字光纤直放站设备无设备噪声叠加，大大将低了噪声影响；➢具有良好的SNR信号质量，光传输影响小，设备具有较高稳定可靠；➢数字传输速率高，容量较大，投资效益高；➢具有时延调整，降低同扇区重叠覆盖难度；➢支持1×4（并）×4（串）组网，可根据需要进行一拖一或一拖多覆盖，组网灵活等特点。

数字光纤直放站应用示意图如图3所示。

其中LIM（Local Interface Module）本地接口模块，为数字光纤站近端，RRH（Remote Radio Head）远端射频模块，为数字光纤站远端。

数字光纤直放站系统主要由直放站设备（Digital Optical Repeater）和操作维护中心（OMC）两部分构成，直放站完成无线信号透明传输的功能，OMC主要完成对直放站等系统设备的监控功能。

直放站和OMC之间的远程监控信道主要利用移动通信网络的短信或数传功能，其他方式如拨号、xDSL、Ethernet等作为备选。

直放站在无OMC连接的情况下可独立运行。

数字光纤直放站采用先进的数字信号处理技术和数字信号光纤传输技术，实现多载波移动通信信号的远距离传输和大容量、大动态范围的信号覆盖。

数字光纤直放站由两种类型的设备构成，LIM（Local Interface Module，本地接口模块，简称近端）和RRH（Remote Radio Head，远端射频头，简称远端）。

数字光纤直放站的组网方式有星型结构、菊花链式结构、环型结构及混合式结构。

数字直放站主要技术指标：图1数字光纤直放站结构图重发主端口重发分集端口图2数字光纤直放站内部结构施主基站主收发天线耦合口施主基站分集接收天线耦合口RRH1RRH2RRH3RRH4EthernetUSB图3 LIM 近端接口模块结构重发端主收发天线重发端分集接收天线RRH1RRH2RRH3LIMRS232图4 RRH 远端射频头结构数字光纤直放站工作原理：• 下行：LIM 通过耦合器将来自基站主天线的移动通信下行信号馈送入双工器，经RF 模块，由下变频器将其下变频到中频信号，然后经A/D 变换器变换为数字中频信号，由数字信号处理单元将其经过数字信号处理后，按一定帧格式打包成串行数据，再经光收发器由光纤传输到RRH 。

1 光纤直放站的工作原理光纤直放站主要由中继端机（或近端机，在基站机房内耦合信号）、光传输网络、远端机和天线系统组成。

中继端机将基站射频信号耦合下来，并将射频信号转换成光信号；光传输网络将信号传送到远端；远端机主要包括双工滤波器（Duplex）、低噪声放大器（LNA-low noise amplifier）、功率放大器（PA-power amplifier）、光端机等设备，将射频信号从光信号中解调出来，并滤波、放大；用户天线用于覆盖区的信号发射和接收，可采用全向或定向天线。

前向放大器放大基站至移动台的下行信号（前向信号），反向放大器放大移动台至基站的上行信号（反向信号），由于上下行信号频率相差很大即双工间隔很大（如GSM900、CDMA800的双工间隔为45MHz），可利用双工滤波器和前端滤波器方便地将两路信号分开。

2 光纤直放站特点光纤直放站与无线直放站的最大区别在于施主基站信号的传输方式上，光纤直放站是通过光纤进行传输，而无线直放站通过空间传播。

因此，光纤直放站具有以下特点：①输出信号频率与输入信号频率相同，透明信道。

②覆盖区天线可根据地形情况选择全向或定向天线。

③不存在无线直放站收发隔离问题，选址方便。

④光纤中继端与近端机距离不超过20公里。

3 光纤直放站在公路隧道覆盖中的建设问题由于公路隧道具有地形复杂，信源获取困难以及覆盖区域狭长，信号波动损耗都较大等特点；因此需要根据实际环境进行勘测设计，灵活组网规划；基于公路隧道的特点，光纤直放站因具有设计和施工灵活且覆盖效果好，工作稳定等优点，所以在公路隧道中有很好的应用。

可从以下几个方面来进行探讨。

3.1 传输距离的要求光纤直放站的传输距离最大可达15公里，因此对于一般的狭长的隧道，只要不超过改传输距离，就可以使用光纤直放站来进行覆盖。

3.2 信源的选取因为信源的选取直接关系到整体覆盖效果。

因此要保证施主基站有话务容量冗余可以负担光纤直放站覆盖区域内的话务量。

直放站工作原理及特点
直放站的工作原理主要是通过前向天线（施主天线）接收基站的下行信号，然后通过低噪声放大器将有用信号放大，同时抑制信号中的噪声信号，以提高信噪比（S/N）。

接着，这些信号经过下变频至中频信号，经过滤波器滤波后，再进行中频放大。

之后，信号会被移频上变频至射频，并由功率放大器进一步放大，最后由后向天线（重发天线）发射到移动台。

同时，直放站还会利用后向天线接收移动台上行信号，并沿相反的路径处理这些信号。

直放站的特点包括：
1、扩大覆盖范围：直放站能够有效地扩大网络覆盖范围，使远离基站的用户也能够享受到高质量的网络服务。

2、提高信号质量：通过信号放大和处理，直放站能够提高网络信号的质量，让用户在信号弱的地区也能获得稳定的网络连接。

3、智能优化：具备智能优化功能，能够自动识别并优先处理重要数据，保障关键业务的畅通。

4、工作稳定，覆盖效果好：光纤直放站通过光纤传输信号，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。

5、具有本地监控和远程监控功能，通过故障信息主动上报，适应室内外工作环境。