CN103401613B - 一种数字微波传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种数字微波传输装置及方法，装置包括在每个站点设置的主单元和远端单元，一个站点上的主单元和远端单元之间通过一根光纤连接，两个站点之间的远端单元采用无线连接；所述主单元包括接口处理单元、主发送链路、主接收链路、主波分单元和远端控制单元，所述远端单元包括远端波分单元、远端发送链路、远端接收链路、双工器单元和天线单元。主单元采用数字调制解调和成型滤波，把用户数字信号变为射频信号在光纤上传输，到远端单元后还原为射频信号，经过功率放大变为无线信号传输。本发明的***传输距离远、成本低，主要功能均在主单元完成，远端单元功耗低，解决了复杂地形光纤传输不便和远距离无线传输损耗大的问题。

Description

一种数字微波传输装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤传输和微波传输领域，特别是涉及一种同时利用光纤和微波传输数据的装置及方法。

背景技术

随着移动通信技术的飞速发展，移动用户数量以及用户带宽需求迅速提高，对基站的建设提出了新的要求。移动用户在无线信道上数据带宽的提高，往往意味着无线信道距离的缩短，基站覆盖范围的缩小，以及基站数量的迅速增加；基站数量的迅速增加，对于基站的成本、基站的外形尺寸也提出了很高的要求。通过光纤无线电技术，可以将复杂的数据处理和信号转换放在中心站处理，在中心站将基带数据调制为射频或中频信号，然后耦合到光纤传送到远端基站，基站只需经过简单的光电转换和信号放大，就可以直接发射到移动用户终端。这样可以大大简化传统基站的设计，达到减小体积和降低成本的目的。

国家实施“宽带中国”工程，加快信息网络宽带化升级，推进城镇光纤到户，实现宽带普遍服务。但在FTTH推广过程中，光纤的布放在有些情况下会遇到困难，在既不允许架空也不允许挖地地埋的特殊情况下，只能通过无线传送的方式进行中继传送。

利用光纤和无线传输技术，更好的结合了光纤传输容量大距离远和无线传输易选址建站快的优点。但本领域目前缺乏相应技术手段。

发明内容

本发明的目的在于利用光纤和无线传输技术，提供一种数字微波传输装置及方法。

本发明的技术方案提供一种数字微波传输装置，包括在每个站点设置的主单元和远端单元，一个站点上的主单元和远端单元之间通过一根光纤连接，两个站点之间的远端单元采用无线连接；

所述主单元包括接口处理单元、主发送链路、主接收链路、主波分单元和远端控制单元，

主发送链路包括依次连接的数字调制单元、数模转换单元、上变频单元、合路单元、放大单元和光调制单元；

主接收链路包括依次连接的光探测单元、补偿放大单元、分路单元、下变频单元、模数转换单元和数字解调单元；

远端控制单元包括主控单元、FSK调制单元、FSK解调单元，主控单元与FSK调制单元、FSK解调单元分别连接，FSK调制单元连接合路单元，FSK解调单元连接分路单元；

接口处理单元分别连接数字调制单元和数字解调单元，主波分单元分别连接光调制单元和光探测单元；

所述远端单元包括远端波分单元、远端发送链路、远端接收链路、双工器单元和天线单元，

远端发送链路包括依次连接的光探测单元、补偿放大单元、分路单元、上变频单元和功率放大单元；

远端接收链路包括依次连接的低噪声放大单元、下变频单元、合路单元、滤波放大单元和光调制单元；

远端受控单元包括受控单元、FSK调制单元、FSK解调单元，受控单元与FSK调制单元、FSK解调单元分别连接，FSK调制单元连接合路单元，FSK解调单元连接分路单元；

天线连接双工器单元，双工器单元分别连接功率放大单元和低噪声放大单元，远端波分单元分别连接光探测单元、光调制单元。

本发明还提供了根据上述数字微波传输装置实现的数字微波传输方法，本端站点传输到对端站点的过程如下，

步骤1，在本端站点的主单元中，通过接口处理单元将原始用户数据包封装为微波数据帧后输入主发送链路，经过数字调制单元调制处理为数字基带载波信号，经过数模转换单元得到模拟基带载波信号，模拟基带载波信号经过上变频单元得到射频载波信号；主控单元根据预设的设置参数生成控制信令帧，FSK调制单元对控制信令帧进行FSK调制，变为模拟FSK信号；射频载波信号和模拟FSK信号在合路单元混合所得多载波射频信号经放大单元后输出到光调制单元，光调制单元把多载波射频信号变换为光信号经过主波分单元复用后输出；

步骤2，本端站点的主单元发出的光信号经光纤传输到本端站点的远端单元，经远端波分单元输入远端发送链路，光探测单元将光信号还原为多载波射频信号，经补偿放大单元进行补偿放大，然后经过分路单元滤波处理得到用户的射频信号及FSK信号；FSK信号经过FSK解调单元还原为受控数据给受控单元；用户的射频信号经过上变频单元混频后变为微波信号，经过功率放大单元放大后经过双工器单元和天线发射出去；

步骤3，对端站点的远端单元中天线接收到本端站点的远端单元中天线发送的微波信号，经过双工器单元进入远端接收链路，微波信号经低噪声放大单元和下变频单元得到射频信号，该射频信号与受控单元回复的监控数据调制所得监控FSK信号在合路单元合路为多载波射频信号，所得多载波射频信号经过滤波放大单元后输出到光调制单元，光调制单元把多载波射频信号变换为光信号经过远程波分单元复用后输出；

步骤4，对端站点的远端单元中发出的光信号经光纤传输到对端站点的主单元，经主波分单元输入主接收链路，光探测单元将光信号还原为多载波射频信号，经补偿放大单元进行补偿放大，然后经过分路单元滤波处理得到用户的射频载波信号及FSK接收信号；FSK接收信号经FSK解调单元后得到远端单元回复的控制信令帧，由主控单元解析为控制回复参数；用户的射频载波信号经过下变频单元得到模拟基带载波信号，经过模数转换单元得到数字基带载波信号，然后在数字解调单元解调解码变为微波数据帧，接口处理单元对微波数据帧进行解封装，还原为原始用户数据包。

本发明涉及一种利用光纤和无线传输数据的装置和方法，采用数字调制解调和成型滤波，把用户数字信号变为射频信号在光纤上传输，到远端后还原为射频信号，经过功率放大变为无线信号传输。充分结合了光纤传输容量大、损耗小、抗电磁干扰能力强和无线传输不受复杂地形约束、建站快的优点，***传输距离远、成本低，主要功能均在主单元完成，远端单元功耗低。解决了复杂地形光纤传输不便和远距离无线传输损耗大的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的原理结构图。

图2是本发明实施例的MU结构框图。

图3是本发明实施例的RU结构框图。

具体实施方式   

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本发明提供了一种利用光纤和微波传输宽带信号的装置，这种装置结合了光纤和微波传输的优点。设装置实现两个站点之间传输信号，这两个站点记为站点1、站点2。***为全双工方式，数据从站点1传到站点2的方法与数据从站点2传到站点1的方法相同。如图1所示，装置包括光纤无线电的主单元MU（main unit）和光纤无线电的远端单元RU（remote unit），在站点1和站点2各布放一套，分别标记为MU1、RU1和MU2、RU2。一个站点中，主单元和远端单元之间收发信号及控制信号均在一根光纤上传输，光纤上传输的是由多个频段混合的射频信号。MU把基带信号调制到射频载波上，通过光调制单元的激光器调制到光载波上传输到RU，RU把光载波上的信号还原为射频载波信号，然后解调为基带信号。两个站点之间采用无线方式连接，即两个站点之间的远端单元采用无线微波信号连接。

通过本发明提供的装置，以太网数据经过数字调制、数模转换及上变频为射频信号，经过直接光强度调制激光器变为光信号发送到远端，远端经过激光探测器还原为射频信号，射频信号经过上变频为微波频段信号，经功率放大器发射。远端接收无线信号经过低噪声放大，下变频后变为射频信号经过直接光强度调制器变为光信号，光信号经过光纤传输到主单经过激光探测器变为射频信号，经过下变频、模数转换、数字解调变为原始以太网数据。主单元到远端单元之间控制信令的传输是通过把控制数据经过FSK调制转换为射频信号经光纤传到远端，远端经FSK解调后还原为控制数据。

MU结构框图如图2所示，包括接口处理单元、主发送链路、主接收链路、主波分单元和远端控制单元，

主发送链路包括依次连接的数字调制单元、数模转换单元、上变频单元、合路单元、放大单元和光调制单元；

主接收链路包括依次连接的光探测单元、补偿放大单元、分路单元、下变频单元、模数转换单元和数字解调单元；

远端控制单元包括主控单元、FSK调制单元、FSK解调单元，主控单元与FSK调制单元、FSK解调单元分别连接，FSK调制单元连接合路单元，FSK解调单元连接分路单元；

接口处理单元分别连接数字调制单元和数字解调单元，主波分单元分别连接光调制单元和光探测单元。

各部分具体说明如下：

接口处理单元，接收提供以太网数据的原始用户数据包，并对原始用户数据包进行封装为微波数据帧；同时把接收到的微波数据帧进行解封装，变为原始用户数据包；

主发送链路（MU发送链路），微波数据帧调制为光信号的过程；

主接收链路（MU接收链路），光信号解调为微波数据帧的过程；

波分单元，发送和接收不同波长光信号的合波分波，即把发送光信号和接收光信号进行合路在一根光纤上双向传输，MU中的波分单元可称为主波分单元；

远端控制单元，对RU进行参数配置和状态监控。

其中，

远端控制单元包括：

主控单元，把预设的设置参数变为控制信令，组成控制信令帧发送出去；同时把RU返回的控制信令帧解析为内部的控制回复参数返回。具体实施时，一般可采用软件方式提供用户界面，便于用户设置参数，返回的内部参数也可通过用户界面显示以便用户查看。

FSK调制单元，对主控单元发出的控制信令帧进行FSK调制，变为模拟FSK信号；控制信令帧一般采用二进制控制信令数据帧的形式。

FSK解调单元，对从分路单元输入的FSK接收信号进行解调，可还原为包含控制回复参数的二进制的控制信令帧。

MU发送链路包括：

数字调制单元，把接口处理单元输出的微波数据帧经过编码、映射调制、成型滤波处理，转换成数字基带载波信号，即成型后的数字符号；

数模转换单元，把数字调制单元输出的数字基带载波信号进行数模转换，变为模拟基带载波信号；

上变频单元，把数模转换单元输出的模拟基带载波信号经过正交混频，变为射频载波信号；

合路单元，把上变频单元输出的射频载波信号和FSK调制单元输出的模拟FSK信号进行合路，变为承载不同频率的多载波射频信号，即合路信号；

放大单元，对合路单元输出的合路信号进行放大处理，提高信号输出功率，得到放大后的多载波射频信号；

光调制单元，把放大单元输出的多载波射频信号进行直接光强度调制，使多载波射频信号承载于光波上，输出光信号到波分单元。

MU接收链路包括：

光探测单元，接收从波分单元输入的光信号，把光波上的信号还原为多载波射频信号；

补偿放大单元，把光探测单元输出的多载波射频信号放大处理，用以补偿光链路及光探测单元的损耗；

分路单元，使补偿放大单元输出的多载波射频信号经过不同频段的滤波器，分为射频载波信号和FSK接收信号；

下变频单元，把分路单元输出的射频载波信号经过模拟混频，变为模拟基带载波信号；

模数转换单元，模拟基带载波信号经过模数转换变为数字基带载波信号；

数字解调单元，数字基带载波信号经过均衡器、解映射、解码变为微波数据帧，然后输出到接口处理单元。

RU结构框图如图3所示，其包括远端波分单元、远端发送链路、远端接收链路、双工器单元和天线单元，

远端发送链路包括依次连接的光探测单元、补偿放大单元、分路单元、上变频单元和功率放大单元；

远端接收链路包括依次连接的低噪声放大单元、下变频单元、合路单元、滤波放大单元和光调制单元；

远端受控单元包括受控单元、FSK调制单元、FSK解调单元，受控单元与FSK调制单元、FSK解调单元分别连接，FSK调制单元连接合路单元，FSK解调单元连接分路单元；

天线连接双工器单元，双工器单元分别连接功率放大单元和低噪声放大单元，远端波分单元分别连接光探测单元、光调制单元。

各部分具体说明如下：

波分单元，对发送和接收的光信号进行合波分波，即把发送光信号和接收光信号进行合路在一根光纤上双向传输，RU中的波分单元可称为远端波分单元；

远端发送链路（RU发送链路），光信号转换为微波信号的过程；

远端接收链路（RU接收链路），微波信号转换为光信号的过程；

双工器单元，接收和发射微波信号隔离；

天线单元，发射和接收自由空间的微波电磁波；

远端受控单元，响应MU对RU的控制命令，并反馈RU的状态信息给MU；

其中，

远端控制单元包括：

受控单元，根据MU发送的控制信令帧解析为内部参数，执行相应控制命令；将反馈状态信息的监控数据组成控制信令帧返回；

FSK调制单元，对受控单元返回的控制信令帧进行FSK调制，变为模拟的监控FSK信号；

FSK解调单元，对从分路单元输入的FSK信号进行解调，可还原为包含受控数据的二进制的控制信令帧。

RU发送链路包括：

光探测单元，接收波分单元所得MU发送的光信号，把光波上的信号还原为多载波射频信号；

补偿放大单元，把光探测单元输出的多载波射频信号放大处理，用以补偿光链路及光探测单元的损耗；

分路单元，补偿放大单元输出的多载波射频信号经过不同频段的滤波器，分为用户的射频信号和FSK信号；

上变频单元，把分路单元输出的用户的射频信号经过上混频，变为微波频段射频信号，即微波信号；

功率放大单元，提高上变频单元输出的微波信号功率，达到发射功率要求，并输出到双工器单元。

RU接收链路包括：

低噪声放大单元，以较低的噪声放大从双工器单元接收的微波信号；

下变频单元，把低噪声放大单元输出的微波信号经过下混频变为射频信号；

合路单元，把下变频单元输出的射频信号和FSK调制单元输出的监控FSK信号合为多载波射频信号；

滤波放大单元，对合路单元输出的多载波射频信号滤除杂散及干扰信号，放大有用多载波射频信号；

光调制单元，把滤波放大单元输出的多载波射频信号经过直接光强度调制，变为光信号并输出到波分单元。

以上各单元的具体实现为现有技术，具体实施时可参考相应市场出售产品，例如光调制单元可采用激光器实现射频信号到光信号的转换。

本发明提出了一种数字微波传输的方法，该方法步骤如下：

步骤1，在本端站点的主单元中，用户接口的数据和对端站点监控管理数据经过交叉复用，按照微波帧格式进行封装成帧，记为微波数据帧。微波数据帧经过编码、映射、成型滤波等处理后调制为数字符号，经过数模转换为差分模拟基带信号，此基带信号携带载波信息，记为模拟基带载波信号。模拟基带载波信号经过上变频为射频载波信号，记为射频信号1。控制信令帧进行FSK调制后，变为模拟FSK信号，记为射频信号2。射频信号1与射频信号2合路，混合所得多载波射频信号经过放大到一定的功率电平，输出到激光器，激光器采用直接光强度调制，把多载波射频信号变换为光信号经过波分单元复用后输出。

实施例中，以站点1为本端站点、站点2为对端站点的情况进行说明，反向传输的实现方式相同。MU1通过接口处理单元可将原始用户数据包提供的数字信号经过接口压缩处理，把原始用户数据包按照编码调制长度以8KHz的频率封装为微波数据帧，经过数字调制单元进行加扰编码、正交幅度调制（QAM）、成型滤波变为数字载波符号，经过数模转换单元进行高速数模转换后，变为正交基带载波信号，基带载波信号经过上变频单元进行正交混频，上变频为中心频点是2100MHz的射频载波信号1。MU1对RU的控制信令如参数设置、状态查询数据为速率为19.2KHz的串行通信数据，经过FSK（Frequency-shift keying）调制后变为433.9MHz的射频信号2。射频信号1和射频信号2在合路单元合路后经过滤波放大单元放大到一定的功率电平，经过直接光调制单元转换为波长是1550nm的光信号。

步骤2，本端站点的主单元发出的光信号传输到本端站点的远端单元，远端单元中，经过波分单元后，把接收光信号还原为多载波射频信号；对多载波射频信号进行补偿放大，用以补偿光链路衰减及激光器的插损，得到强度适中的多载波射频信号，经过滤波处理，得到用户的射频信号及FSK信号。FSK信号经过FSK解调后还原为受控数据给本地受控单元。用户载波信号经过上变频混频后，变为微波频段信号，经过功率放大到发射功率水平，经过双工器单元和天线发射出去。

实施例中，Ru1的光探测单元对Mu1发射过来的光信号进行探测接收，还原为混合射频信号，经过补偿放大单元来补偿光链路及激光器对射频信号的功率损耗，然后经过分路单元的滤波器分为中心频点为2100MHz的射频信号1和中心频点为433.9MHz的射频信号2，射频信号2经过FSK解调单元得到19.2KHz的串行数字信号，送给RU的本地受控单元。射频信号1经过上混频单元直接上混频为15GHz的微波信号，然后经过功率放大单元进行功率放大到发射功率水平经双工器单元、天线发射出去。

步骤3，对端站点的远端单元中，天线接收到微波信号，经过天线和双工器单元还原的微波小信号，经过低噪声放大后得到较纯净的微波信号，经过下变频变为低频的射频信号，与受控单元回复的监控数据调制后的信号（即监控FSK信号）合路为低频的多载波射频信号，合路所得低频信号经过放大处理，进入激光器进行光直接强度调制后变为光信号经过波分单元复用后输出。

实施例中，站点2的RU2的天线接收站点1中RU1发过来的15GHz微波信号，经过低噪声放大单元进行低噪声放大、下变频单元进行下变频为中心频点是1700MHz的射频信号3。RU2受控单元返回19.2KHz的串行数字数据，经过FSK调制单元得到433.7MHz的射频信号4。射频信号3和射频信号4经合路单元合路后经过滤波放大单元放大到合适的功率水平，经过光调制单元直接光强度调制激光器变为波长是1310nm的光信号。

步骤4，对端站点的远端单元发出的光信号传输到对端站点2的主单元MU，主单元中，经过波分单元输入后，经过激光探测还原为低频的多载波射频信号，进行补偿放大后经过滤波处理，得到FSK接收信号和用户低频信号（即射频载波信号）。FSK接收信号经FSK解调后得到RU回复的控制信令帧，解析为控制回复参数。用户低频信号经过下变频为模拟基带载波信号，经模数转换得到数字基带载波信号，进行时域和频域均衡，解映射解码后得到微波数据帧，对微波数据帧进行解封装还原为用户原始数据，即原始用户数据包。

实施例中，站点2的MU2接收RU2所发射波长为1310nm的光信号，经过光探测单元还原为混合射频信号，经过补偿放大单元补偿光链路及激光器的功率损耗，经过分路单元的滤波器分为射频信号3和射频信号4。射频信号4经过FSK解调单元解调为19.2KHz的串行控制返回数据。射频信号3经过下变频单元正交下变频为正交基带载波信号，经过模数转换单元后在数字解调单元经匹配滤波、自适应均衡后经QAM解调解码变为微波数据帧，接口处理单元对微波数据帧进行解封装，还原为原始数据信息。

上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种数字微波传输装置，其特征在于：包括在每个站点设置的主单元和远端单元，一个站点上的主单元和远端单元之间通过一根光纤连接，两个站点之间的远端单元采用无线连接；

所述主单元包括接口处理单元、主发送链路、主接收链路、主波分单元和远端控制单元，所述接口处理单元，用于接收提供以太网数据的原始用户数据包，并对原始用户数据包进行封装为微波数据帧，同时把接收到的微波数据帧进行解封装，变为原始用户数据包；所述远端控制单元，用于对远端单元进行参数配置和状态监控；

主发送链路包括依次连接的数字调制单元、数模转换单元、上变频单元、合路单元、放大单元和光调制单元；

主接收链路包括依次连接的光探测单元、补偿放大单元、分路单元、下变频单元、模数转换单元和数字解调单元；

远端控制单元包括主控单元、FSK调制单元、FSK解调单元，主控单元与FSK调制单元、FSK解调单元分别连接，FSK调制单元连接合路单元，FSK解调单元连接分路单元；

接口处理单元分别连接数字调制单元和数字解调单元，主波分单元分别连接光调制单元和光探测单元；

所述远端单元包括远端波分单元、远端发送链路、远端接收链路、远端受控单元、双工器单元和天线单元，所述远端受控单元，用于响应主单元对远端单元的控制命令，并反馈远端单元的状态信息给主单元；

远端发送链路包括依次连接的光探测单元、补偿放大单元、分路单元、上变频单元和功率放大单元；

远端接收链路包括依次连接的低噪声放大单元、下变频单元、合路单元、滤波放大单元和光调制单元；

远端受控单元包括受控单元、FSK调制单元、FSK解调单元，受控单元与FSK调制单元、FSK解调单元分别连接，FSK调制单元连接合路单元，FSK解调单元连接分路单元；

天线连接双工器单元，双工器单元分别连接功率放大单元和低噪声放大单元，远端波分单元分别连接光探测单元、光调制单元。

2.一种根据权利要求1所述数字微波传输装置实现的数字微波传输方法，其特征在于：本端站点传输到对端站点的过程如下，

步骤1，在本端站点的主单元中，通过接口处理单元将原始用户数据包封装为微波数据帧后输入主发送链路，经过数字调制单元调制处理为数字基带载波信号，经过数模转换单元得到模拟基带载波信号，模拟基带载波信号经过上变频单元得到射频载波信号；主控单元根据预设的设置参数生成控制信令帧，FSK调制单元对控制信令帧进行FSK调制，变为模拟FSK信号；射频载波信号和模拟FSK信号在合路单元混合所得多载波射频信号经放大单元后输出到光调制单元，光调制单元把多载波射频信号变换为光信号经过主波分单元复用后输出；

步骤2，本端站点的主单元发出的光信号经光纤传输到本端站点的远端单元，经远端波分单元输入远端发送链路，光探测单元将光信号还原为多载波射频信号，经补偿放大单元进行补偿放大，然后经过分路单元滤波处理得到用户的射频信号及FSK信号；FSK信号经过FSK解调单元还原为受控数据给受控单元；用户的射频信号经过上变频单元混频后变为微波信号，经过功率放大单元放大后经过双工器单元和天线发射出去；

步骤3，对端站点的远端单元中天线接收到本端站点的远端单元中天线发送的微波信号，经过双工器单元进入远端接收链路，微波信号经低噪声放大单元和下变频单元得到射频信号，该射频信号与受控单元回复的监控数据调制所得监控FSK信号在合路单元合路为多载波射频信号，所得多载波射频信号经过滤波放大单元后输出到光调制单元，光调制单元把多载波射频信号变换为光信号经过远程波分单元复用后输出；

步骤4，对端站点的远端单元中发出的光信号经光纤传输到对端站点的主单元，经主波分单元输入主接收链路，光探测单元将光信号还原为多载波射频信号，经补偿放大单元进行补偿放大，然后经过分路单元滤波处理得到用户的射频载波信号及FSK接收信号；FSK接收信号经FSK解调单元后得到远端单元回复的控制信令帧，由主控单元解析为控制回复参数；用户的射频载波信号经过下变频单元得到模拟基带载波信号，经过模数转换单元得到数字基带载波信号，然后在数字解调单元解调解码变为微波数据帧，接口处理单元对微波数据帧进行解封装，还原为原始用户数据包。