CN201821320U

CN201821320U - Gsm900数字光纤直放站覆盖端变频模块

Info

Publication number: CN201821320U
Application number: CN2010205487779U
Authority: CN
Inventors: 曾祥波; 廖向前
Original assignee: Shenzhen Guoren Communication Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Guoren Communication Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2020-09-29

Abstract

一种GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块，包括上变频单元、下变频单元、控制器和低噪声放大器，低噪声放大器通过隔离器连接上变频单元的输入端；控制器包括微处理器、模块温度检测器、第一功率检测器、第二功率检测器和上行电源开关，所述两个功率检测器的输入端分别接所述低噪声放大器和下变频单元的输出端，微处理器还连接低噪声放大器的第一数控衰减器的控制端和下变频单元的第二数控衰减器的控制端；上变频单元的本振源和下变频单元的本振源均为锁相环频率合成器。本变频模块集成有低噪放，能有效降低直放站覆盖端成本，而且隔离度高，相位噪声低。

Description

GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域的光纤直放站，特别涉及GSM900***中数字光纤直放站的覆盖端变频模块，适用于高要求的GSM900***。

背景技术

现代社会个人对移动通信***的要求越来越高，传输误码率低、传输带宽更宽、高速率、大容量的通信***已成为发展的趋势。随着基站设备厂商分布式基站设备的标准化、通用公共无线接口的制定，对室外直放站(尤其是光纤直放站)等设备具有极大的冲击，在充分调研国内外直放站发展趋势基础上，我们提出了数字光纤直放站的概念。它既可以适应主设备厂家分布式基站的需要，而且可以完全脱离基站厂家，灵活配置，扩大产品的应用范围。

GSM900数字光纤直放站是一类新型的网络优化设备，通过将光纤传输数字化以及信号处理数字化，使其具有信号传输误码率更低、传输带宽更宽、传输距离更远等特点，已经成为新一代直放站的必然之选。如图4所示，现有GSM900数字光纤直放站覆盖端包括数字信号处理器51、变频器52、上行低噪声放大器53、下行功率放大器54和双工器55，因低噪声放大器与变频器容易互相干扰，所以现有数字光纤直放站覆盖端将低噪声放大器53与变频器52分开设置，这种设计使得直放站覆盖端占用空间大、成本高、生产效率偏低。

其次，传统的小信号低噪声放大器通常采用的低噪管为ATF-55143和ATE-35143，这两种低噪管的输入输出驻波大，难匹配，生产的调试工作量大，***元件的参数误差易受到影响，调试的一致性差。因此，迫切需要用一种新的免调试的低噪管来替代ATF-55143，ATE-35143这两种低噪管。

覆盖端的变频器用于完成信号从中频向射频转换或从射频向中频转换，是数字光纤直放站覆盖端不可缺少的重要部件。

频率合成器是电子***的心脏，是决定电子***性能的关键设备，随着通信、数字电视、卫星定位、航空航天、雷达和电子对抗等技术的发展，对频率合成器的稳定度、频率纯度、频率范围提出了越来越高的要求。频率合成技术是将一个或多个高稳定、高精确度的标准频率经过一定变换，产生同样高稳定度和精确度的大量离散频率的技术。频率合成理论自20世纪30年代提出以来，已取得了迅速的发展逐渐形成了目前的3种常用的技术：1、直接频率合成法；2、直接数字频率合成法；3、锁相环频率合成法。

1、直接频率合成法

采用一个M值和N值均可改变的倍频器与分频器以及相应的混频器组成。产生频率间隔为fr/N的M个离散频率。

优点：快速频率变换，频率步进可任意，低相位噪声。

缺点：需要大量的混频器和滤波器，体积庞大，价格昂贵，不能实现单片集成，寄生成分难以抑制。

2、直接数字频率合成法

在参考时钟的控制下，频率控制字K通过相位累加器来寻址正弦ROM表进行相位幅度变换，输出不同的幅度编码；再经过D/A转换器得到相应的阶梯波，最后经过低通滤波器对阶梯波进行平滑，最后得到控制字决定的正弦波。

优点：分辨率高，控制频率切换方便，换频速度快，相位噪声小。

缺点：输出频率低，杂散噪声高，且依赖于高速集成电路的发展。

3、锁相环频率合成法

利用锁相环，将压控振荡器VCO的输出频率锁定在所需频率上。

优点：电路简单，成本低，容易控制。

缺点：频率转换需要一定的时间，输出频谱有相位噪声，最高频率受限制。

在频率合成的实现上，锁相环频率合成法可以获得较好的相位噪声。成本更低，电路简单，可靠性更高，生产效率较高，更加适合作为规模化生产。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种集成有低噪放，而且隔离度高、低相位噪声的GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块，以降低直放站覆盖端成本和提高其性能。

为达上述目的，本实用新型GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块，包括上变频单元、下变频单元和控制器，还包括低噪声放大器，低噪声放大器通过隔离器连接所述上变频单元的输入端；所述控制器包括微处理器、接于微处理器相应输入端的模块温度检测器、第一功率检测器和第二功率检测器、以及接于微处理器输出端的上行电源开关，所述第一功率检测器和第二功率检测器的输入端分别接所述低噪声放大器和下变频单元的输出端，微处理器还连接低噪声放大器的第一数控衰减器的控制端和下变频单元的第二数控衰减器的控制端；所述上变频单元的本振源和下变频单元的本振源均为锁相环频率合成器，所述两个本振源分别与所述微处理器的不同输出端连接。

进一步，所述上变频单元的本振源包括依次连接的第一频率合成器、第一环路滤波器和第一压控振荡器，第一压控振荡器的输出反馈至第一频率合成器；所述下变频单元的本振源包括依次连接的第二频率合成器、第二环路滤波器和第二压控振荡器，第二压控振荡器的输出反馈至第二频率合成器。

进一步，所述低噪声放大器包括依次连接的第一级低噪放大器、第二级低噪放大器、第一滤波器、第一自动电平控制器、第三级低噪放大器、第一数控衰减器和第四级低噪放大器，第一自动电平控制器的控制端通过第一ALC控制单元接所述第一功率检测器的输出端。所述第一级低噪放大器优选Avago公司的MGA-631P8芯片，所述第二级低噪放大器优选ASB公司的ASL19W芯片，第三级低噪放大器和第四级低噪放大器优选ANALOG公司的ADL5320。

进一步，所述上变频单元包括依次连接的第一混频管、第二滤波器和第一中频放大器，第一混频管的LO端接上变频单元的本振源。

进一步，所述下变频单元包括依次连接的第二数控衰减器、第二自动电平控制器、第二中频放大器、第二混频管、第三滤波器和射频放大器，第二自动电平控制器的控制端通过第二ALC控制单元接所述第二功率检测器的输出端。

进一步，所述变频模块的壳体为金属壳体，壳体具有上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内设置若干屏蔽隔条分别将上腔体和下腔体分隔成若干子屏蔽腔体。

本实用新型将上行低噪声放大器与上下行变频单元整合在一起，有效降低了覆盖端成本。其用隔离器取代滤波器实现低噪声放大器与上变频单元连接，并采用锁相环频率合成器做混频器的本振源，隔离度高，相位噪声低。

其低噪声放大器包括四级放大，第一级采用MGA-631P8芯片，第二级采用ASL19W芯片，增益高，噪声系数小，调试简单。低噪声放大器在第二级和第三级之间设置自动电平控制器，在第三级和第四级之间设置数控衰减器，增益控制范围大，控制精度高。

其设置有模块温度检测器，能够实时检测模块的当前温度，并根据当前温度的变化来调整数控衰减量，进而调整增益，使得在-25度至+55度的环境温度下，能够确保整个模块的增益在±2dB的误差范围内。

其设置有上行电源开关，在上行射频链路异常时能够自动关闭上行射频链路。

其壳体采用具有上、下两个腔体的金属壳体，而且将上、下腔体分隔成若干屏蔽子腔体，能够使本振源、上行射频部分、下行射频部分、中频部分、电源部分、微处理器部分等分隔在不同的屏蔽子腔体内，从而能够有效防止电路通过空间形成正反馈、防止数字电路受到射频信号的干扰以及射频信号的相互串扰等。

附图说明

图1为本GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块的原理框图；

图2为其低噪声放大器的原理框图；

图3为第一功率检测器的一种较佳实施例电路图；

图4为实施例变频模块的壳体的结构示意图；其中，图4-a和图4-b分别为壳体从正面和背面的局部剖视图，图4-d为壳体主体部分的正视图，图4-c为图4-d沿A-A向的剖视图；

图5为现有变频模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

参照图1，本GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块包括：上变频单元1，下变频单元2，控制器3，低噪声放大器4，低噪声放大器4通过隔离器5连接所述上变频单元1的输入端。隔离器5用于隔离混频后的交调产物和本振泄露，减小整个链路的带内波动。

上变频单元1包括依次连接的第一混频管11、第二滤波器12和第一中频放大器13，还包括连接在第一混频管11的LO端的本振源14。上变频单元1用于将经低噪声放大后的上行射频信号转换为中频信号。

上变频单元1的本振源14为锁相环频率合成器。该本振源14包括依次连接的第一频率合成器141、第一环路滤波器142和第一压控振荡器143，第一压控振荡器143的输出反馈至第一频率合成器141的RF_INA端。该方案可易性更好，可更换压控振荡器来改变本振的相位噪声。

在一种较佳实施方式中，第一混频管11采用Mini-circuits公司的混频管SYM-25DHW，其典型性能指标如下：带宽80MHz到2500MHz，插损6.4dB，IP3典型值为30dBm，L-R隔离度50dB，L-I隔离度为37dB。第一中频放大器13选用的是韩国PREWELL公司的高增益管PW118，在90MHZ，其典型的性能指标为：增益29dB，P1dB为20.8dBm以及OIP3为40dBm。本振源14的第一频率合成器141采用Analog公司的ADF4153，其典型的性能指标：小数分频，频率高达4GHz，2.7V-3.3V供电，充电泵电压单独供电且电流可调，底部相位噪声为-213dBc/Hz。第一环路滤波器142采用低通滤波器，以滤除杂波和高频信号。第一压控振荡器143采用河北博威的MVCO0812或MVCO1042，其典型的性能指标：供电5V，调谐电压0.5V-4.5V，调谐灵敏度15MHz/V和16MHz/V，推频系数1MHz/V(5V±0.25V)，MVCO812的相位噪声-112dBc/Hz@10KHz，-132dBc/Hz@100KHz，MVCO1042的相位噪-85dBc/Hz@1KHz，-110dBc/Hz@100KHz。

下变频单元2包括依次连接的第二数控衰减器21、第二自动电平控制器22、第二中频放大器23、第二混频管24、第三滤波器25和射频放大器26，第二自动电平控制器22的控制端通过第二ALC控制单元28接第二功率检测器27的输出端。下变频单元2用于将中频信号放大后转换成射频信号。第三滤波器25为射频滤波器，用于滤除混频后的本振泄露以及交调产物。

下变频单元2的本振源29包括依次连接的第二频率合成器291、第二环路滤波器292和第二压控振荡器293，第二压控振荡器293的输出反馈至第二频率合成器291的RF_INA端。

在一种较佳的实施方式中，第二数控衰减器21采用PE4306实现，第二自动电平控制器22采用HSMP-3816实现，第二中频放大器23采用SIRENZA公司的SBB-2089，射频放大器26采用两个放大管AG602，第二ALC控制单元28采用LM2904实现。其中，SBB-2089在90MHz的典型性能指标为：增益20dB，P1dB为20dBm以及OIP3为42dBm。放大管AG602在900MHz的典型性能指标为：增益14dB，P1dB为18.5dBm以及OIP3为33dBm。本振源29的第二频率合成器291和第二压控振荡器293选用与本振源14相同的器件。

控制器3包括：微处理器31，MAX 485接口32，存储器33，接于微处理器31相应输入端的模块温度检测器34、第一功率检测器35和第二功率检测器27，以及接于微处理器31输出端的上行电源开关36，所述第一功率检测器35和第二功率检测器27的输入端分别接所述低噪声放大器4和下变频单元2的输出端，微处理器31还连接低噪声放大器4的第一数控衰减器46的控制端和下变频单元2的第二数控衰减器21的控制端。在一种较佳的实施方式中，微处理器31采用MEGA16，存储器33采用24C16。MAX485为MEGA16对模块外部环境的通信接口。

微处理器31通过模块温度检测器34实时检测模块的温度，并进行温度补偿，所述温度补偿是指：微处理器31根据模块当前温度的变化调整第一数控衰减器46和第二数控衰减器21的衰减量，从而调整上行信号和下行信号的增益，使得在-25度至+55度的环境温度下，确保整个模块的增益在±2dB的误差范围内。微处理器31通过第一功率检测器35和第二功率检测器27不但可以监测输出功率，还可以有效地监控模块是否正常工作，并进而能够在上行射频链路异常(如链路因自激干扰基站)时，通过控制上行电源开关36关断上行射频链路的工作电源，将上行射频链路关闭。

参照图2，低噪声放大器4包括依次连接的第一级低噪放大器41、第二级低噪放大器42、第一滤波器43、第一自动电平控制器44、第三级低噪放大器45、第一数控衰减器46和第四级低噪放大器47，第一自动电平控制器44的控制端通过第一ALC控制单元48接所述第一功率检测器35的输出端。

在一种较佳的实施方式中，第一级低噪放大器41采用Avago公司的MGA-631P8芯片，第二级低噪放大器42采用ASB公司的ASL19W芯片，第三级低噪放大器45和第四级低噪放大器47均采用ANALOG公司的ADL5320。其中，MGA-631P8是一种低噪声小信号放大管，在4V/54mA/900MHz的工作条件下，其典型的性能指标如下：噪声系数0.53dB，增益17.5dB，-19.4dB的S11及32.6dBm的OIP3，同时可以依据需要，降低其工作电流。其输入驻波理论上可不用调试。ASL19W也是一款低噪声小信号放大管，在5V/73MA/4.4V的工作条件下，其典型的性能指标如下：噪声系数0.9dB，增益为20dB，22dBm的P1dB及35.5dBm的OIP3。第一和第二两级高增益的低噪声放大器能使整个上行链路获得小于1.3dB的噪声系数。ADL5320在5V的工作电压及880MHz频率下，能够获得17.9dB的增益，47.8dB的OIP3，3.8dB的噪声系数，且其工作电流只有104mA，功耗小。而第一自动电平控制器44采用Avago公司的HSMP-3816，能够实现30dB的压控衰减范围，且获得38dBm的IIP3。第一数控衰减器46采用PE4306，由微处理器31控制，能够实现31dB的控制范围，且在整个范围内的控制精度小于1.5dB。第一ALC控制单元48由LM2904实现，结构简单，成本低。

在一种较佳的实施方式中，第一功率检测器35和第二功率检测器27均采用AD8314芯片，第一功率检测器35和第二功率检测器27的输出端均连接整流二极管，整流二极管的阴极与地之间连接滤波电容。以图3为例，在第一功率检测器35的输出端连接整流二极管D101，整流二极管D101的阴极与地之间连接滤波电容C152。由于AD8314是峰值检波，对于GSM900时隙信号来说，时隙数不同，检测出的功率不同，为了满足不同时隙数的功率检测，所以在检测电路增加了所述整流二极管和滤波电容。

本变频模块的电源供电为9V，9V-5V的DC-DC变换器优先选用传统的LM7805，具有可靠性好、纹波小、杂散信号小等特点。5V-3.3V的DC-DC变换器优先选用三端稳压管LP2985。

一种较佳的实施方案中，将本变频模块的电路分设在两块PCB上，为了防止电路通过空间形成正反馈、防止数字电路受到射频信号的干扰以及射频信号的相互串扰等，因此，用独立屏蔽的腔体对PCB上的不同电路进行隔离，具体采用了以下的变频模块壳体：参照图4-a、4-b、4-c和4-d，变频模块的壳体100为金属壳体，壳体100具有上腔体101和下腔体102，上腔体101和下腔体102内设置若干屏蔽隔条103分别将上腔体101和下腔体102分隔成若干子屏蔽腔体。两块PCB分别装于上腔体101和下腔体102，而且PCB在布局上将可能产生干扰的部分分开布置，例如，将上行射频部分、下行射频部分、低噪声放大部分、中频部分、上行本振源、下行本振源、电源部分、微处理器部分等分开布置，各部分分别与上腔体101或下腔体102内的各个子屏蔽腔体相对应。

壳体100共六个SMA接口，四个接口作为射频信号输入输出接口，一个接口作为本振参考频率接口(与图1中本振源的REF_in连接)，一个接口作为其它模块的参考频率。单片机的六针ISP编程插槽以及控制电位器旋钮在壳体盖板上开口，在两个SMA端口位置中间放置电源的穿心电容和接线柱。

以上通过具体的实施例对本实用新型的技术方案做了进一步说明，但这些说明并不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域技术人员根据本实用新型权利要求的描述，还可以做出其它的实施方式，这些均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种GSM900数字光纤直放站覆盖端变频模块，包括上变频单元、下变频单元和控制器，其特征在于：

还包括低噪声放大器，低噪声放大器通过隔离器连接所述上变频单元的输入端；

所述控制器包括微处理器、接于微处理器相应输入端的模块温度检测器、第一功率检测器和第二功率检测器、以及接于微处理器输出端的上行电源开关，所述第一功率检测器和第二功率检测器的输入端分别接所述低噪声放大器和下变频单元的输出端，微处理器还连接低噪声放大器的第一数控衰减器的控制端和下变频单元的第二数控衰减器的控制端；

所述上变频单元的本振源和下变频单元的本振源均为锁相环频率合成器，所述两个本振源分别与所述微处理器的不同输出端连接。

2.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述上变频单元的本振源包括依次连接的第一频率合成器、第一环路滤波器和第一压控振荡器，第一压控振荡器的输出反馈至第一频率合成器；所述下变频单元的本振源包括依次连接的第二频率合成器、第二环路滤波器和第二压控振荡器，第二压控振荡器的输出反馈至第二频率合成器。

3.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述低噪声放大器包括依次连接的第一级低噪放大器、第二级低噪放大器、第一滤波器、第一自动电平控制器、第三级低噪放大器、第一数控衰减器和第四级低噪放大器，第一自动电平控制器的控制端通过第一ALC控制单元接所述第一功率检测器的输出端。

4.根据权利要求3所述的变频模块，其特征在于：所述第一级低噪放大器采用Avago公司的MGA-631P8芯片，所述第二级低噪放大器采用ASB公司的ASL19W芯片，第三级低噪放大器和第四级低噪放大器均采用ANALOG公司的ADL5320。

5.根据权利要求3所述的变频模块，其特征在于：所述第一自动电平控制器采用Avago公司的HSMP-3816，所述第一ALC控制单元采用LM2904芯片。

6.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述上变频单元包括依次连接的第一混频管、第二滤波器和第一中频放大器，第一混频管的LO端接上变频单元的本振源。

7.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述下变频单元包括依次连接的第二数控衰减器、第二自动电平控制器、第二中频放大器、第二混频管、第三滤波器和射频放大器，第二自动电平控制器的控制端通过第二ALC控制单元接所述第二功率检测器的输出端。

8.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述第一功率检测器和第二功率检测器均采用AD8314芯片，第一功率检测器和第二功率检测器的输出端均连接整流二极管，整流二极管的阴极与地之间连接滤波电容。

9.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述上变频单元的本振源包括依次连接的第一频率合成器、第一环路滤波器和第一压控振荡器，第一压控振荡器的输出反馈至第一频率合成器；所述下变频单元的本振源包括依次连接的第二频率合成器、第二环路滤波器和第二压控振荡器，第二压控振荡器的输出反馈至第二频率合成器；其中第一频率合成器和第二频率合成器均采用Analog公司的ADF4153，第一压控振荡器和第二压控振荡器均采用河北博威的MVCO0812或MVCO1042。

10.根据权利要求1所述的变频模块，其特征在于：所述变频模块的壳体为金属壳体，壳体具有上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内设置若干屏蔽隔条分别将上腔体和下腔体分隔成若干子屏蔽腔体。