CN101895343A - WiFi半双工双向模拟光纤传输*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其包括：近端半双工器，具有与WiFi接入点相连接的接入端、用于发送下行信号的下行端和用于接收上行信号的上行端，其下行端与近端电/光转换模块电连接，其上行端与近端光/电转换模块电连接；远端半双工器，具有与覆盖天线相连接的接入端、用于发送上行信号的上行端和用于接收下行信号的下行端，其上行端与远端电/光转换模块电连接，其下行端与远端光/电转换模块电连接；光纤，连接于一端的电/光转换模块与另一端的光/电转换模块之间以实现下行信号和上行信号的视通；所述覆盖天线，用于完成WiFi射频信号的覆盖。本发明的***具有低成本、大范围、远距离传输WiFi射频信号的优势。

Description

WiFi半双工双向模拟光纤传输***

【技术领域】

本发明涉及WiFi接入点(AP，Access Point)的信号的远距离传输技术，尤其涉及一种WiFi半双工双向模拟光纤传输***。

【技术背景】

目前，WiFi无线局域网正越来越普及，已经成为组建无线局域网的首选方案，但WiFi接入点(AP)的信号覆盖范围较窄，通常为：室内，50～100米；室外，100～150米。

为了扩大WiFi信号的覆盖范围，采取的主要方法有：加大WiFi设备的辐射功率；采用光纤或电缆传输WiFi信号，增加WiFi传输距离。

WiFi采用ISM频段，其辐射功率受到限制，因此采用加大WiFi设备的辐射功率、扩大WiFi信号覆盖范围的方法受到限制。

电缆传输WiFi射频信号的距离很短，只有200米左右，因此采用有线电缆提高WiFi信号的覆盖范围，效果不明显。

目前，由于光纤的价格越来越便宜，业内开始研究在成本合理的前提下通过光纤传输来增加WiFi信号覆盖范围，理论上，采用的方法主要有：

1、通过光纤传输基带数据，连接远端WiFi接入点。远端接入点接收基带数据，通过数据处理、调制、变频、功率放大，再通过天线辐射出去。这种方案的远端接入点功能复杂，不利于***管理和升级。

2、通过光纤传输WiFi中频信号，远端接入点接收信号后，经过变频、功率放大，再通过天线辐射出去。这种方案远端接入点仍需复杂的本地振荡器、变频器和滤波器。

3、通过光纤传输WiFi射频信号，远端节点只需经过功率放大、光/电转换、电/光转换，功能和结构都非常简单，WiFi的接入、认证和管理都在控制中心完成，***的管理和升级非常方便。

【发明内容】

本发明的目的在于利用光纤传输WiFi射频信号的优势，实现一种WiFi半双工双向模拟光纤传输***，以使WiFi信号实现低成本远距离大范围覆盖。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其包括：

近端半双工器，具有与WiFi接入点相连接的接入端、用于发送下行信号的下行端和用于接收上行信号的上行端，其下行端与近端电/光转换模块电连接，其上行端与近端光/电转换模块电连接；

远端半双工器，具有与覆盖天线相连接的接入端、用于发送上行信号的上行端和用于接收下行信号的下行端，其上行端与远端电/光转换模块电连接，其下行端与远端光/电转换模块电连接；

光纤，连接于一端的电/光转换模块与另一端的光/电转换模块之间以实现下行信号和上行信号的视通；

所述覆盖天线，用于完成WiFi射频信号的覆盖。

信号下行时，近端半双工器接通其接入端与下行端，将来自WiFi接入点的射频信号经近端电/光转换模块转换成光信号后，经光纤到达远端光/电转换模块转换成电信号后，传输给远端半双工器，远端半双工器接通其下行端与接入端之间的通路以将下行信号传输至覆盖天线完成信号下行；

信号上行时，远端半双工器接通其接入端与上行端，将来自覆盖天线的射频信号经远端电/光转换模块转换成光信号后，经光纤到达近端光/电转换模块转换成电信号后，传输给近端半双工器，近端半双工器接通其上行端与接入端之间的通路以将上行信号传输至WiFi接入点完成信号上行。

所述近端半双工器和/或远端半双工器包括：

射频功率探测电路，用于探测其下行端的信号功率，当信号功率超过预设值时产生探测信号；

整形电路，对该探测信号进行整形；

驱动电路，依据该探测信号产生两个反向的控制信号，当信号下行时导通其接入端与下行端，当信号上行时导通其接入端与上行端。

较佳的，所述远端光/电转换模块与远端半双工器下行端之间串接有功率放大器，用于对下行信号进行放大。而所述远端半双工器上行端与远端电/光转换模块之间串接有低噪声放大器，用于对上行信号进行放大。

较佳的，所述覆盖天线采用全向天线。所述光/电转换模块或电/光转换模块的信号带宽被约束为1700MHz～2700MHz之间任意数值。所述光纤为单模光纤。

所述近端或远端的光/电转换模块输出的电信号经一与该光/电转换模块一体实现的功率补偿单元进行功率补偿后下行。或者，所述远端光/电转换模块与功率放大器之间串接有与功率放大器一体实现的功率补偿单元以对下行信号进行功率补偿。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、由光纤拉远形成的本***，形成近端节点和远端节点，近端节点与远端节点之间由光纤传输WiFi射频信号，借助光纤远距离传输的特点，可以大大增加WiFi射频信号的传输距离，以便进一步借助全向天线实现更大范围的信号覆盖；

2、尽管光纤的成本相对电缆稍高，但随着光纤成本的下降，以及借助射频传输技术，***的远端设备的结构可以大大简化，借助由半双工器实现的近端和远端的半双工器，相对于公知的中频和基带远距离传输时的远端节点成本而言，可以大大降低远端节点的建站成本，这显然更能与WiFi的应用层级相适应，更易被用户接受；

3、由于远端节点的结构较为简单高效，在一些空间较窄的场合甚至可以不设置功率放大器或低噪声放大器，仅需光/电、电/光转换模块以及半双工器、天线等部件实现即可，故具有方便维护、维护成本低、故障率低等附属特点。

【附图说明】

图1为本发明WiFi半双工双向模拟光纤传输***的原理框图；

图2为本发明的近端节点的更为详尽的原理框图；

图3为本发明的远端节点的更为详尽的原理框图；

图4为本发明半双工器采用半双工器实现时的原理框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

图1示出本发明WiFi半双工双向模拟光纤传输***的示例性实施例的结构框图。WiFi半双工双向模拟光纤传输***包括：WiFi接入点(简称AP)101、近端节点102、两条光纤103、远端节点104、覆盖天线105。

WiFi接入点(AP)101、近端节点102、光纤103、远端节点104、覆盖天线105构成一个完整的WiFi光纤链路。

近端节点102由近端半双工器110、光电/电光模块111构成，其中，近端半双工器110优选采用射频开关实现。

远端节点104由光电/电光模块111、低噪声放大器(LNA)112、功率放大器(PA)113、远端半双工器114构成，同理，远端半双工器优选采用射频开关实现。

每个光电/电光模块111均由一光/电转换模块和一电/光转换模块共同构成，分别用于完成从光到电和从电到光的信号转换。

参阅图4，所述的半双工器110和114，包括射频功率探测电路201、整形电路401以及驱动电路402，其具有一用于传输下行射频信号(简称下行信号)的下行端(Tx)、一用于传输上行射频信号(简称上行信号)的上行端(Rx)，以及一用于汇总上、下行射频信号的接入端。所述射频功率探测电路201用于探测其下行端(Tx)的信号功率，当信号功率超过预设值时产生探测信号；整形电路401，对该探测信号进行整形；驱动电路402，依据该探测信号产生两个反向的控制信号，当信号下行时导通其接入端与下行端(Tx)，当信号上行时导通其接入端与上行端(Rx)。信号功率的预设值取决于开关电路所采用的具体元器件，为本领域技术人员所共知，恕不赘述。关于半双工器110和114在近端节点和远端节点中的具体作用，将在之后做进一步揭示。

请结合图1和图4，在WiFi接入点101与覆盖天线105之间，通过两个半双工器110和114相配合形成实现WiFi射频信号双向传输的下行链路和上行链路。

自接入点101向覆盖天线105下行的射频信号，简称下行信号，首先进入近端半双工器110，半双工器110的射频功率探测电路201探测到下行信号的功率，产生控制信号，控制半双工器110的接入端与下行端导通，下行信号随之被传输到与半双工器110电连接的近端电/光转换模块，将下行信号从电信号转换为光信号，然后经由一条相应的光纤103向远端节点传输，通过该条光纤103实现与该近端电/光转换模块视通的远端光/电转换模块，在收到以光信号传输的下行信号后，将其转换为电信号，后传输至功率放大器进行功率放大，放大后的信号传输给远端的半双工器114，远端半双工器114内的射频功率探测电路303检测到下行信号的功率，产生控制信号，随之控制其下行端与其接入端相导通，使下行信号被远端半双工器114进一步传输至覆盖天线完成信号覆盖。由此，自接入点101开始下行，最后自覆盖天线向空间覆盖的通信链路即构成本发明的下行链路。

同理，覆盖天线105接收空间上行的射频信号，简称上行信号，首先进入远端半双工器114，半双工器114切换回默认状态，即将其上行端(Rx)与其接入端相导通的工作状态，容许上行信号上行至低噪声放大器进行放大后，经远端电/光转换模块转换信号制式，再经另一光纤与近端光/电转换模块视通，近端光/电转换模块将上行信号从光信号转换为电信号后，发送给近端半双工器110，半双工器110切换回默认状态，即将其上行端(Rx)与其接入端相导通的工作状态，从而进一步将上行信号传输给接入点101做进一步的处理。由此，自覆盖天线105开始上行，最后进入接入点101的通信链路即构成本发明的上行链路。

作为前述的默认状态，在本***处于信号上行的状态时(Rx)，或者***没有信号上行接收、下行发送的状态下，近端半双工器110和远端半双工器114均闭合其上行端(Rx)与其接入端之间的连接。

本发明的示例性实施例WiFi接入点(AP)101采用802.11g标准，工作在2.4GHz的ISM频段。

本发明的示例性实施例光纤103采用普通单模光纤。

本发明的示例性实施例覆盖天线105采用全向天线。

本发明的示例性实施例光纤103采用双光纤传输光信号，图1中上方的光纤用于传输下行信号，图1中下方的光纤用于传输上行信号。在光电/电光模块111采用波分复用技术时也可以实现单光纤传输上行和下行双向信号。

图2示出本发明的示例性实施例中的近端节点的详细框图。

近端节点102由近端半双工器110、电/光转换模块(E/O)210和光/电转换模块(E/O)220构成。

近端半双工器110由射频功率探测电路201、开关202构成。射频功率探测电路201采用定向功率探测器，探测WiFi接入点(AP)101发射的下行信号的功率。当WiFi接入点(AP)101接收信号，或者不工作时，开关202接通上行端(Rx)和接入端；当WiFi接入点(AP)101发射下行信号时，射频功率探测电路201立即产生检测信号，经放大、整形，控制开关202接通下行端(Tx)和接入端。

近端电/光转换模块(E/O)210由激光器206、光调制器207构成。电/光转换模块(E/O)210实现WiFi射频电信号到光信号的转换。

近端光/电转换模块(O/E)220包括：光探测器205、滤波器204、功率补偿单元203。光/电转换模块(O/E)220实现光信号到WiFi射频电信号的转换。

图3示出本发明的示例性实施例中的远端节点的详细框图。

远端节点104由远端半双工器114、电/光转换模块(E/O)210和光/电转换模块(E/O)220构成、功率放大器(PA)301、低噪声放大器(LNA)302。

远端半双工器114由射频功率探测电路303、开关304构成。射频功率探测电路303采用定向功率探测器，探测功率放大器(PA)301的输出功率。当覆盖天线105接收上行信号，或者功率放大器(PA)301没有下行信号输出时，开关304接通半双工器114的上行端(Rx)和接入端；当WiFi接入点(AP)101发射下行信号时，近端节点102中的近端半双工器110接通下行端(Tx)与接入端，功率放大器(PA)301有功率输出，射频功率探测电路303立即产生检测信号，经放大、整形，控制半双工器304接通其下行端(Tx)与接入端，下行射频信号即由覆盖天线105向自由空间辐射。

远端电/光转换模块(E/O)210由激光器206、光调制器207构成。电/光转换模块(E/O)210实现WiFi射频电信号到光信号的转换。

远端光/电转换模块(O/E)220包括：光探测器205、滤波器204、功率补偿203。光/电转换模块(O/E)220实现光信号到WiFi射频电信号的转换。下行链路中，所述的功率补偿单元203，在本实施例中与光/电转换模块一体实现，但在一未图示的实施例中，可以与功率放大器113一体实现。

本发明的示例性实施例中近端光电/电光转换模块和远端光电/电光转换模块具有相同的结构和功能。其中功率补偿单元用于补偿电信号经过电/光转换、光纤、光/电转换后引起的电信号衰减。

本发明所采用的半双工器110参阅图4。图4所示的射频定向功率探测电路201探测接入端Cx的发射功率并产生探测信号，探测信号经整形电路401和驱动电路402输出两个反向的控制信号，分别控制开关管Q2、Q3和Q1、Q4的状态。半双工器114与半双工器110采用相近的电路，所不同的是，半双工器110的功率探测电路201所探测的是接入端Cx的发射信号的功率，而半双工器114的功率探测电路则直接探测其下行端Tx的信号的功率。因半双工器110与114相近，故对于半双工器114不另行出示附图，本领域技术人员结合本发明的描述和图4，可轻易实现半双工器114的具体电路。

当接入端Cx上连接的设备(接入点或覆盖天线)不工作时，开关管Q2和Q3闭合，Q1和Q4断开，接入端Cx和上行端Rx接通；

当接入端Cx接收信号，驱动电路402输出两个反向控制信号，使开关管Q2和Q3闭合，Q1和Q4断开，接入端Cx和上行端Rx接通；

当接入端Cx发射信号时，射频功率探测电路201输出的探测信号，经整形电路401和驱动电路402，输出两个反向控制信号，使开关管Q1和Q4闭合，Q2和Q3断开，接入端Cx和下行端Tx接通。

依照图4所示的半双工器的具体电路，按照本***的具体连接关系，即可辅助实现本发明的***。

上面的描述清楚地示出了本发明的示例性实施例提供一种WiFi半双工双向模拟光纤传输***，该***采用光纤无线电技术，实现WiFi射频信号的半双工、远距离光纤分布。

本发明的示例性实施例中远端节点104使用了功率放大器(PA)113、低噪声放大器(LNA)112，用于提高远端节点104的WiFi信号覆盖范围。当所需的Wi Fi射频信号覆盖范围较小时，所述的远端节点104中的功率放大器(PA)113和低噪声放大器(LNA)112可以去掉，进一步简化远端节点的结构、体积，降低成本。

本发明的示例性实施例中光电/电光转换模块的信号带宽为1700MHz～2700MHz，可以用于其它时分复用移动通信***射频信号的光纤分布。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于，其包括：

近端半双工器，具有与WiFi接入点相连接的接入端、用于发送下行信号的下行端和用于接收上行信号的上行端，其下行端与近端电/光转换模块电连接，其上行端与近端光/电转换模块电连接；

远端半双工器，具有与覆盖天线相连接的接入端、用于发送上行信号的上行端和用于接收下行信号的下行端，其上行端与远端电/光转换模块电连接，其下行端与远端光/电转换模块电连接；

光纤，连接于一端的电/光转换模块与另一端的光/电转换模块之间以实现下行信号和上行信号的视通；

所述覆盖天线，用于完成WiFi射频信号的覆盖。

2.根据权利要求1所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：

信号下行时，近端半双工器接通其接入端与下行端，将来自WiFi接入点的射频信号经近端电/光转换模块转换成光信号后，经光纤到达远端光/电转换模块转换成电信号后，传输给远端半双工器，远端半双工器接通其下行端与接入端之间的通路以将下行信号传输至覆盖天线完成信号下行；

信号上行时，远端半双工器接通其接入端与上行端，将来自覆盖天线的射频信号经远端电/光转换模块转换成光信号后，经光纤到达近端光/电转换模块转换成电信号后，传输给近端半双工器，近端半双工器接通其上行端与接入端之间的通路以将上行信号传输至WiFi接入点完成信号上行。

3.根据权利要求1或2所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于，所述近端半双工器和/或远端半双工器包括：

射频功率探测电路，用于探测其下行端的信号功率，当信号功率超过预设值时产生探测信号；

整形电路，对该探测信号进行整形；

驱动电路，依据该探测信号产生两个反向的控制信号，当信号下行时导通其接入端与下行端，当信号上行时默认导通其接入端与上行端。

4.根据权利要求3所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述远端光/电转换模块与远端半双工器下行端之间串接有功率放大器，用于对下行信号进行放大。

5.根据权利要求3所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述远端半双工器上行端与远端电/光转换模块之间串接有低噪声放大器，用于对上行信号进行放大。

6.根据权利要求1或2所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述覆盖天线采用全向天线。

7.根据权利要求1或2所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述光/电转换模块或电/光转换模块的信号带宽被约束为1700MHz～2700MHz之间任意数值。

8.根据权利要求1或2所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述光纤为单模光纤。

9.根据权利要求1或2所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述近端或远端的光/电转换模块输出的电信号经一与该光/电转换模块一体实现的功率补偿单元进行功率补偿后下行。

10.根据权利要求4所述的WiFi半双工双向模拟光纤传输***，其特征在于：所述远端光/电转换模块与功率放大器之间串接有与功率放大器一体实现的功率补偿单元以对下行信号进行功率补偿。

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