高速移動環境中實現信號接收的方法和移動直放站的製作方法
2023-05-05 08:24:26
專利名稱：高速移動環境中實現信號接收的方法和移動直放站的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及移動通信領域的信號接收技術，尤其涉及一種高速移動環境中移動通信信號的接收技術和一種移動直放站。 交通工具運行速度的不斷提高，使人們出行更加快捷便利，但也給高速移動環境中移動通信系統的信號接收帶來了新的難題。高速移動環境主要是指陸地高速移動環境， 如高速鐵路，高速公路等覆蓋場景。對於行動網路的覆蓋來說，150km/h以下速度環境對網絡覆蓋的影響並不明顯，而國內高速鐵路的速度是250km/h至400km/h，是需要解決的主要覆蓋區域。在高速移動環境下，覆蓋主要面臨著兩個標誌性的問題
一是都卜勒頻移。當用戶終端0Π手機，移動上網本)在高速移動的情況下，接收的信號頻率會產生較大的頻移，簡稱為都卜勒頻移，其計算計算公示為
是用戶終端運動速度，c為電磁波傳播速度，&為標準無線信號頻率。對於下行鏈路，用戶終端不能準確的鎖定小區信號頻率，嚴重影響了信號的接收和解調，對於上行鏈路，用戶發送信號頻移是下行鏈路的2倍，對基站接收能力要求更高；
二是小區切換。用戶終端進行小區切換時需要將自身頻率由當前小區頻率變換到目的小區頻率，這就存在一個頻差。而在高速移動環境下由於都卜勒頻移和基站地理位置的影響，前後小區所產生的都卜勒頻移值的符號相反，使得前後小區頻差很大，導致用戶終端頻率切換困難，從而切換失敗、或者直接掉話。專網組網是優化高速環境下的小區切換問題的解決方案之一，但該方案無法應對都卜勒頻移導致的信號接收惡化。洩露電纜技術可以同時解決以上問題，但成本太高，不利於工程實現，只適用於短距離的線路覆蓋或隧道覆蓋。移動直放站的方法提供了解決我們面臨問題的一條思路。直放站屬於同頻放大設備，是指在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發射中轉設備。直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。直放站在下行鏈路中，由施主天線在現有的覆蓋區域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信號進行極好的隔離，將濾波的信號經功放放大後再次發射到待覆蓋區域。在上行連結路徑中，覆蓋區域內的移動用戶終端的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理後發射到相應基站，從而達到基站與用戶終端的信號傳遞。目前，移動直放站的解決方案在高速環境覆蓋中廣泛採用，通過將移動直放站安裝於汽車或高速列車等交通工具上，使直放站與用戶終端同步運動。借用直放站比普通用戶終端更強的信號處理能力，對信號進行估計和校正，消除用戶終端在高速運動環境下接收信號的都卜勒頻移。同時，將經過校正的小區信號由重發天線進行內部覆蓋，可以達到較
背景技術：
其中q為用戶終端移動方向和信號傳播方向的角度，ν好的覆蓋效果，並無線信號避免穿透車體等帶來的損耗。如今，移動直放站技術主要針對都卜勒頻移問題給出了不同的自動頻率控制(AFC)算法，期望能更好的估計和校正快速變化的較大頻移，從而提高高速環境下的系統性能；但該實現算法只是單純的增強對當前小區的信號的處理能力，很難解決切換時所面臨的前後小區的頻率跳變，而且由於切換時目的小區信號鎖定困難，切換成功率仍然不高，容易掉話。
發明內容
本發明的目的是提供高速移動環境中的信號接收方法和實施該方法的移動直放站，解決用戶終端在高速移動過程中由於前後小區頻差導致的切換困難的問題，從而提高小區切換成功率。鑑於以上目的，本發明的技術方案是這樣實現的 一種高速移動環境中實現信號接收的方法，包括如下步驟
a、進行初始化設置設置第一鎖相環和第二鎖相環的輸出頻率對稱變化，並設置當信號的都卜勒頻移值為負值時將該信號輸入到第一鎖相環所在支路，當信號的都卜勒頻移值為正值時將該信號輸入到第二鎖相環所在支路；
b、對獲取到的小區信號計算都卜勒頻移值，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在支路，並控制選通相應的支路將信號輸出。進一步的，所述步驟b中，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時輸入到不同的鎖相環所在支路，並控制選通相應的支路將信號輸出，具體方法為，
當信號的都卜勒頻移值4為正值，且大於第一門限值時，分別將頻移值為負值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，將頻移值為正值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路；
當信號的都卜勒頻移值4為正值，且小於等於第一門限值時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路；
當信號的都卜勒頻移值4為負值，且大於等於第二門限值時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選路器只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路；
當信號的頻移值4為負值，且小於第二門限值時，設置當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為負值的支路，並設置當前接收頻移值為負值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為正值的支路；然後分別將頻移值為正值的信號傳輸給設置後的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，將頻移值為負值的信號傳輸給設置後的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路。進一步的，所述方法進一步包括所述第一鎖相環的輸出頻率與輸入到第一鎖相環所在支路中的信號進行混頻，所述第二鎖相環的輸出頻率與輸入到第二鎖相環所在支路中的信號進行混頻，消除信號的都卜勒頻移。具體的，所述第一門限值為正值，所述第二門限值為負值，該兩個門限值分別用於判斷是否需要改變支路選擇和信號傳輸。為了實現上述目的，本發明的還提供了一種實施上述信號接收方法的移動直放站，包括施主天線、第一雙工器、下行低噪聲放大器、選頻單元、下行功率放大器、第二雙工器和重發天線，其特徵在於，所述選頻單元分別與下行低噪聲放大器和下行功率放大器連接，用於從下行低噪聲放大器接收信號後，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在的支路，並控制選通相應的支路將信號輸入到下行功率放大器。具體的，所述選頻單元包括
一個監控子單元，用於分析下行低噪聲放大器濾波後信號，根據所述信號的都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在支路，控制選路器選路；
兩個混頻器，分為第一混頻器和第二混頻器，所述第一混頻器連接有第一鎖相環，所述第二混頻器連接有第二鎖相環，每個混頻器分別用於將所在支路的從監控子單元接收的輸入信號頻率與相連的鎖相環的輸出頻率進行混頻，消除都卜勒頻移；
兩個鎖相環，分為第一鎖相環和第二鎖相環，分別用於鎖定不同頻率的信號，且兩個鎖相環的的輸出頻率對稱變化；
一個選路器，對兩個鎖相環所在支路的信號進行選路。由上述技術方案可知本發明通過分別鎖定前後小區信號，並由判定鎖定信號是否覆蓋，消除了接收信號的都卜勒頻移；解決了前後小區切換時的頻差問題；避免了信號的多徑效應。
圖1是本發明高速移動環境中實現信號接收的方法流程圖。圖2是本發明移動直放站的結構框圖。圖3是本發明移動直放站的選頻單元的結構示意圖。圖4是本發明選頻單元的信號處理的流程圖。圖5是是本發明移動直放站移動過程及小區覆蓋圖。
具體實施例方式下面將結合具體附圖和具體實施例對本發明作進一步的描述。如圖1是本發明高速移動環境中實現信號接收的方法流程圖。一種高速移動環境中實現信號接收的方法，包括如下步驟a、進行初始化設置設置第一鎖相環和第二鎖相環的輸出頻率對稱變化，並設置當信號的都卜勒頻移值為負值時將該信號輸入到第一鎖相環所在支路，當信號的都卜勒頻移值為正值時將該信號輸入到第二鎖相環所在支路；b、 對獲取到的小區信號計算都卜勒頻移值，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在支路，並控制選通相應的支路將信號輸出。本發明的方法可應用在高速移動環境中的直放站也可直接應用於手機等移動終端。本發明通過使用雙支路的方法有效的解決了小區切換時的問題，即通過設置第一門限值和第二門限值判斷是否需要改變支路選擇和信號傳輸，並通過在兩個支路中將各支路的輸入信號與連接的鎖相環的輸出頻率進行混頻，解決了都卜勒頻移問題。實施本發明信號接收方法的移動直放站的結構框圖見圖2。由於上行信號的處理不屬於本發明的重點，所以在圖中沒有畫出，在此也不再贅述。本發明的移動直放站，包括施主天線、第一雙工器、下行低噪聲放大器、選頻單元、下行功率放大器、第二雙工器和重發天線；
所述第一雙工器，用於從施主天線接收下行輸入信號，並將該信號輸入到下行低噪聲放大器；
所述下行低噪聲放大器，用於從第一雙工器接收信號，並進行低噪聲放大；所述選頻單元分別與下行低噪聲放大器和下行功率放大器連接，用於從下
行低噪聲放大器接收信號後，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在的支路，並控制選通相應的支路將信號輸入到下行功率放大器；
所述下行功率放大器，用於從選頻單元接收信號，並將所述信號進行放大以及合路後， 輸入到第二雙工器；
所述第二雙工器，用於從功放處理單元接收信號後，發送到重發天線，以將施主小區信號進行重發覆蓋。其中，選頻單元的結構示意圖見圖3。所述選頻單元包括
一個監控子單元，用於分析濾波後信號，計算所述信號的都卜勒頻移值並根據頻移值的正負不同分別輸入到兩個不同的鎖相環所在支路，根據判斷結果控制選路器選路進行分路傳輸；
兩個混頻器，分為第一混頻器和第二混頻器，所述第一混頻器連接有第一鎖相環，所述第二混頻器連接有第二鎖相環，每個混頻器分別用於將所在支路的從監控子單元接收的輸入信號頻率與相連的鎖相環的輸出頻率進行混頻，消除都卜勒頻移；
兩個鎖相環第一鎖相環和第二鎖相環，分別用於鎖定相鄰小區不同頻率的信號，且兩個鎖相環的中心頻率與小區信號標準頻率對稱變化； 一個選路器對傳輸信號進行選路。監控子單元的信號處理的流程圖見圖4，直放站上電後，監控子單元進行初始化 設置第一鎖相環和第二鎖相環的輸出頻率對稱變化，初始化設置第一鎖相環和第二鎖相環的初始頻率為標準無線信號頻率A (可參看3GPP協議標準設定)。並初始化設置當信號的都卜勒頻移值為負值時將該信號輸入到第一鎖相環所在支路，當信號的都卜勒頻移值為正值時將該信號輸入到第二鎖相環所在支路。第一鎖相環所在支路是指第一鎖相環所連接的監控子單元與選路器之間的信號線路，該信號線路中連接有第一混頻器。第二鎖相環所在支路是指第二鎖相環所連接的監控子單元與選路器之間的信號線路，該信號線路中連接有第二混頻器。第一鎖相環和第二鎖相環為兩個相同的鎖相環，其鎖定頻率同步變化，且設定頻率變化值符號相反。即當第一鎖相環鎖定的頻率為A —々/ (即信號頻率變化為遞減)時， 第二鎖相環鎖定的頻率為A H (即信號頻率的變化為遞增)，反之亦然。初始化完成後，小區信號經過低噪放大單元處理後，監控子單元通過對獲取的輸入信號計算都卜勒頻移值，並將計算結果與設置門限值進行比較，主要分以下四種情形
當信號的都卜勒頻移值4為正，且大於第一門限值，表示信號來自前方小區，移動直放站正在遠站點(距離小區所在基站較遠地點)向前方小區移動。監控子單元按照信號都卜勒頻移值的符號，分別將頻移值為負值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，將頻移值為正值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路；
當信號的都卜勒頻移值4為正，且小於等於第一門限值，表示信號來自前方小區，移動直放站處於近站點(距離小區所在基站較近地點)向前方小區移動。此時，監控子單元通過選路器標誌獲取選路器狀態，如果選路器標誌等於0，表示目前選路器兩個支路信號共同覆蓋，則控制只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，並更改選路器標誌等於1。如果選路器標誌等於1，表示選路器當前只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，則監控子單元將所有信號傳輸給當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，不需要修改選路器標誌值。當信號的都卜勒頻移值&為負，且大於等於第二門限值，表示信號來自後方小區， 且移動直放站處於近站點(距離小區所在基站較近地點)逐漸遠離後方小區。此時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選路器只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路。當信號的都卜勒頻移值&為負，且小於門第二限值，表示信號來自後方小區，且移動直放站處於遠站點逐漸遠離後方小區。此時，，監控子單元通過選路器標誌獲取選路器狀態。如果選路器標誌等於1，表示目前選路器只選通當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，則設置當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為負值的支路，並設置當前接收頻移值為負值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為正值的支路，同時控制選通兩個鎖相環所在支路，並更改選路器標誌等於0 ；監控子單元按照都卜勒頻移值的符號，將頻移值為負值的信號傳輸當前接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，將頻移值為正值的信號傳輸給當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路。如果選路器標誌等於0，表示目前選路器已經選通兩個鎖相環所在支路，則監控子單元按照頻移值的符號，將頻移值為負值的信號傳輸當前接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，將頻移值為正值的信號傳輸給當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，不需要修改選路器標誌值。
實施例 為了方便說明，本實施例中引用了一些參數，現對這些參數進行歸類說明如下表， 以便於後續的理解
權利要求
1.高速移動環境中實現信號接收的方法，其特徵在於，包括如下步驟a、進行初始化設置設置第一鎖相環和第二鎖相環的輸出頻率對稱變化，並設置當信號的都卜勒頻移值為負值時將該信號輸入到第一鎖相環所在支路，當信號的都卜勒頻移值為正值時將該信號輸入到第二鎖相環所在支路；b、對獲取到的小區信號計算都卜勒頻移值，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在支路，並控制選通相應的支路將信號輸出。
2.根據權利要求1所述高速移動環境中實現信號接收的方法，其特徵在於，所述步驟 b中，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時輸入到不同的鎖相環所在支路，並控制選通相應的支路將信號輸出，具體方法為，當信號的都卜勒頻移值4為正值，且大於第一門限值時，分別將頻移值為負值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，將頻移值為正值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路；當信號的都卜勒頻移值4為正值，且小於等於第一門限值時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路；當信號的都卜勒頻移值4為負值，且大於等於第二門限值時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選路器只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路；當信號的頻移值4為負值，且小於第二門限值時，設置當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為負值的支路，並設置當前接收頻移值為負值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為正值的支路；然後分別將頻移值為正值的信號傳輸給設置後的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，將頻移值為負值的信號傳輸給設置後的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路。
3.根據權利要求1或2所述高速移動環境中實現信號接收的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括所述第一鎖相環的輸出頻率與輸入到第一鎖相環所在支路中的信號進行混頻，所述第二鎖相環的輸出頻率與輸入到第二鎖相環所在支路中的信號進行混頻，消除信號的都卜勒頻移。
4.根據權利要求1或2所述高速移動環境中實現信號接收的方法，其特徵在於，所述第一門限值為正值，所述第二門限值為負值，該兩個門限值分別用於判斷是否需要改變支路選擇和信號傳輸。
5.一種移動直放站，包括施主天線、第一雙工器、下行低噪聲放大器、選頻單元、下行功率放大器、第二雙工器和重發天線，其特徵在於，所述選頻單元分別與下行低噪聲放大器和下行功率放大器連接，用於從下行低噪聲放大器接收信號後，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在的支路，並控制選通相應的支路將信號輸入到下行功率放大器。
6.根據權利要求5所述移動直放站，其特徵在於，所述選頻單元包括一個監控子單元，用於分析下行低噪聲放大器濾波後信號，根據所述信號的都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在支路，控制選路器選路；兩個混頻器，分為第一混頻器和第二混頻器，所述第一混頻器連接有第一鎖相環，所述第二混頻器連接有第二鎖相環，每個混頻器分別用於將所在支路的從監控子單元接收的輸入信號頻率與相連的鎖相環的輸出頻率進行混頻，消除都卜勒頻移；兩個鎖相環，分為第一鎖相環和第二鎖相環，分別用於鎖定不同頻率的信號，且兩個鎖相環的輸出頻率對稱變化；一個選路器，對兩個鎖相環所在支路的信號進行選路。
7.根據權利要求6所述移動直放站，其特徵在於，所述監控子單元用於，初始化時設置，當信號的都卜勒頻移值為負值時將該信號輸入到第一鎖相環所在支路，當信號的都卜勒頻移值為正值時將該信號輸入到第二鎖相環所在支路。
8.根據權利要求5-7任一項所述移動直放站，其特徵在於，所述監控子單元用於根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在的支路，並控制選通相應的支路將信號，具體為當信號的都卜勒頻移值4為正值，且大於第一門限值時，分別將頻移值為負值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，將頻移值為正值的信號傳輸給當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路；當信號的都卜勒頻移值4為正值，且小於等於第一門限值時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路；當信號的都卜勒頻移值4為負值，且大於等於第二門限值時，將所有信號傳輸到當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，且控制選路器只選通當前設置的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路；當信號的頻移值4為負值，且小於第二門限值時，設置當前接收頻移值為正值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為負值的支路，並設置當前接收頻移值為負值的鎖相環所在支路變為接收頻移值為正值的支路；然後分別將頻移值為正值的信號傳輸給設置後的接收頻移值為正值的鎖相環所在支路，將頻移值為負值的信號傳輸給設置後的接收頻移值為負值的鎖相環所在支路，且控制選通兩個鎖相環所在支路。
9.根據權利要求8所述移動直放站，其特徵在於，所述第一門限值為正值，所述第二門限值為負值，該兩個門限值分別用於判斷移動直放站是否需要改變支路選擇和信號傳輸。
10.根據權利要求9所述移動直放站，其特徵在於，所述第一門限值和所述第二門限值通過實際測量得到。
全文摘要
本發明提出一種高速移動環境中實現信號接收的方法，包括如下步驟進行初始化設置設置第一鎖相環和第二鎖相環的輸出頻率對稱變化，並設置當信號的都卜勒頻移值為負值時將該信號輸入到第一鎖相環所在支路，當信號的都卜勒頻移值為正值時將該信號輸入到第二鎖相環所在支路；對獲取到的小區信號計算都卜勒頻移值，根據都卜勒頻移值的正負不同將信號進行區分判斷，對應不同判定條件時將信號輸入到不同的鎖相環所在支路，並控制選通相應的支路將信號輸出。本發明通過分別鎖定前後小區的信號，消除了接收信號的都卜勒頻移；解決了前後小區切換時的頻差問題；避免了信號的多徑效應。
文檔編號H04B7/15GK102571165SQ20101058727
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者任震宇, 肖奕, 黎建 申請人:邁普通信技術股份有限公司