一種應用於gsm數字直放站的自動選頻技術的製作方法

2023-12-10 04:26:06 1

專利名稱：一種應用於gsm數字直放站的自動選頻技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，應用於GSM數字直放站設備，利用該技術可以實現直放站設備自動跟蹤適應信源基站的頻率調整變化。
背景技術：
目前直放站已經在行動網路中大量使用，早期的寬帶直放站由於是對整個頻帶內的射頻信號都進行放大，幹擾非常大，現在已經很少使用，在網運行的大功率直放站都是選頻直放站，只放大施主基站的載頻信號，但是由於網絡優化的原因，施主基站需要經常變更工作頻點，所以選頻直放站的安裝開通和後期維護中最重要的工作就是設置直放站的工作頻點。但是傳統的設置直放站工作頻點的方式有很多不足，目前都是採用直放站的監控平臺更改直放站的工作頻點，工程人員需要知道更改後的工作頻點，通過監控平臺發送更改命令改變直放站的工作頻點。但是這種方式在實際工程使用中，有兩個問題，一個是設備經常監控不到，無法控制直放站設備。由於臨時停電、MODEM(數據機)硬體故障、設備安裝地的行動網路擁塞等等原因都可能導致MODEM無法正常工作，後臺監控也就無法監控到設備；另外一個問題是這種監控方式需要每臺直放站都配備一張開通簡訊功能的SIM(用戶識別卡)卡，網絡運營商需要為SIM卡定期充值，欠費就無法使用，不少地方的網絡運營商都嫌麻煩，後期沒有充值，導致很多SIM卡都欠費，無法正常使用，通過監控平臺遠程監控設備當然也就不可能實現了，所以在實際使用中仍然有種種限制。通過GSM數字直放站的自動選頻技術，可以改變這種局面，極大地方便了直放站的設備開通和工程維護。在信源基站網絡優化更改了扇區工作頻點後，直放站設備會自動搜索工作頻點，並重新鎖定，不需要監控平臺的後臺控制，更不需要工程人員到現場更改。

發明內容
本發明的目的在於實現GSM數字直放站的自動選頻，方便直放站的設備開通和後期工程維護。本發明採用以下方案實現一種應用於GSM數字直放站的自動選頻技術，其特徵在於採用軟體無線電構架，將接收天線輸入的GSM射頻信號下變頻採樣轉換成數字基帶信號後，同時進入通過FPGA硬體編程實現的兩路數字下變頻DDC通道，其中一路為自動選頻模式通道，另外一路為正常工作模式通道；在所述自動選頻模式通道內設計數字選頻器和均方根功率測量模塊，將輸入的數字基帶信號進行單載波功率測量，按照GSM規範，計算一個復幀時間範圍內的數位訊號功率，剔除接近噪聲的工作頻點，按照功率大小排列備選集工作頻點；根據自動選頻算法，將頻點分成三個優先級，將最高優先級的前12個工作頻點更新到當前集，在下一個更新周期到來時提供給正常工作模式的DDC通道使用，完成自動選頻過程。本發明不僅可用於實現數字光纖直放站自動跟蹤適應信源基站的頻率調整變化，
3也可作為其他直放站實現自動選頻功能的良好借鑑。


圖1是本發明實施例中的DDC通道的分離設計框圖。圖2是本發明實施例中的自動選頻功能的DDC設計結構。圖3是本發明實施例中的GSM的幀結構。圖4是本發明實施例中的功率測量積分器設計結構圖。圖5是本發明實施例中的功率測量積分器時鐘關係圖。圖6是本發明實施例中的自動選頻算法程序框圖。
具體實施例方式本發明中實現GSM數字直放站的自動選頻技術，採用軟體無線電構架，將接收天線輸入的GSM射頻信號下變頻採樣轉換成數字基帶信號後，同時進入通過FPGA硬體編程實現的兩路數字下變頻DDC通道，其中一路為自動選頻模式通道，另外一路為正常工作模式通道；在所述自動選頻模式通道內設計數字選頻器和均方根功率測量模塊，將輸入的數字基帶信號進行單載波功率測量，按照GSM規範，計算一個復幀時間範圍內的數位訊號功率， 剔除接近噪聲的工作頻點，按照功率大小排列備選集工作頻點；根據自動選頻算法，將頻點分成三個優先級，將最高優先級的前12個工作頻點更新到當前集，在下一個更新周期到來時提供給正常工作模式的DDC通道使用，完成自動選頻過程。為了讓一般技術人員更好的理解本發明，下面結合附圖對主要的模塊做進一步說明。本發明的自動選頻技術主要包括以下幾個模塊 一、DDC模塊的整體設計
設計了一種下行DDC模塊，它包含兩種DDC通道，其中一種為自動選頻模式DDC通道， 共設6路；另外的一種則為直放站正常工作模式DDC通道，共設12路，如圖1所示。正常工作模式DDC通道的信號經過頻率選擇後輸出給電光轉換模塊，通過CPRI (通用公共無線接口)協議數據打包，由光纖送達直放站遠端單元；該模式的DDC功能模塊只實現選頻功能，即將輸入的多載波數位訊號分離成獨立的單載波信號；
自動選頻模式的DDC通道出了選頻功能之外，還增加了實時測量載波功率的設計，通過測量有效功率的載波，為自動選頻算法提供數據輸入。自動選頻模式的DDC通道的內部設計方案如圖2所示，DDC模塊為每個DDC通道配置獨立工作的NCO(數控振蕩器)，數字濾波器，RMS (均方根)功率測量功能模塊。其中 NCO用於選擇輸入載波信號的工作頻率，只有符合頻率的載波信號才能進入該DDC通道內部。該DDC模塊的信號處理過程是將AD採樣後的數位訊號序列分別與NCO輸出的兩路相差90度的數字載波信號相乘，這兩路的I、Q信號，經過延遲調整和內插送入CIC(累積梳狀濾波器)和CHR (補償濾波器)濾波器進行兩級抽取，再通過PHR (可編程濾波器)進行脈衝成形，降速後的數位訊號速率為GSM數據速率的兩倍，即270. 833X2=541. 6661cbpS，然後輸入給RMS Power Measure模塊進行功率採樣和測量。二、均方根功率測量模塊要實現對GSM載波信號進行有效的功率測量，首先需要了解GSM信號的特徵。GSM載波按4. 6125ms幀傳送信息，每幀分為8個時隙，如圖3所示
載波功率的有效測量單位是物理信道，即時隙。因為物理信道功率是否存在取決於與其對應的邏輯信道是否正在傳送信息，所以並不是任意一個時隙中都可以檢測到功率。GSM 邏輯信道可分為控制信道和業務信道。控制信道中的廣播控制信道和同步信道，工作時間是持續不斷的，其他控制信道是間歇工作的；業務信道用於攜載語音或用戶數據，只有在有手機用戶使用時才工作。在實際GSM網絡中，一個基站扇區可配置若干個載頻ακα···θι， 廣播控制信道BCCH和同步信道SCH通常映射到主載波CO的第一個時隙TSO上；CO的其他時隙及其他載波的所有時隙用於業務信道和其他控制信道。在這種情況下，只有主載波CO 的TSO可以隨時測試到一直有基站功率發射，而CO的TS1-TS7時隙以及其他載波的任意時隙都只有在有手機用戶佔用時才有基站功率發射。因此，CO可以通過任意一幀的TSO完成功率採樣，即可判斷其是否為有效載波，而其他載波則無法辦到。那麼，其他載波通過多長時間的功率採樣能夠發現其餘載波的有效時隙功率呢？ 根據GSM協議規範，TCH (業務信道)和FACCH (前向接入控制信道)等映射到沈幀的復幀 (120ms)，也就是說只要該載波存在通話過程，在每個復幀中至少有一個時隙是激活的。因此功率檢測分析的周期最小可設計為120ms，為了提高準確性，可以檢測分析N個周期。數字直放站的工作原理可知ADC模塊對各載波在連續時間上進行快速採樣，可保證信號的無失真傳輸。因此為DDC中為檢測功率而進行的二次採樣只要保證每個時隙都能採集到至少1個數據即可，也就是要大於1/0. 577ms=l. 733KHz。這裡推薦設計採樣時鐘為 ^KHz,即每個時隙採樣15個數據，一個TDMA的幀採樣120個數據，一個沈幀的復幀內採樣3. 12K的數據，這樣即可以保證較好的精度又可避免對FPGA提出太高的性能要求。RMS Power Measure功率測量計算的設計方案如圖4、圖5所示PHR濾波器輸出的IQ信號經過二次採樣後輸出的I路和Q路的數據不斷地被平方，累加後的數據在每個時鐘上升沿送入數字積分器中，數字積分器對輸入的數據不斷地進行累加運算，這個數字積分器又受控於積分間隔計數器，積分間隔計數器計數到達預置閥值的時候會置零然後重新開始計數，在置零時同時輸出clear (清零)信號，清空數字積分器中的數值，讓數字積分器重新開始積分運算。而積分次數計數器則負責在到達預置的積分次數後發出enable(使能)信號和中斷信號，這數字積分器的數值就從寄存器中輸出，而中斷信號則提示監控中心模塊接收該時刻的數據。寄存器輸出的載波功率值為
Power = M ~ Q · Q) η為積分次數，可根據精度需要進行取值三、自動選頻算法
用於自動選頻模式的DDC通道從直放站設備啟動開始就跟蹤採集直放站輸入的各載波功率，並將結果上報監控中心模塊，由監控中心模塊的自動選頻算法計算後傳送給正常工作模式DDC通道使用，。實現自動選頻算法的程序流程如圖6所示
設每個頻點包含3個元素頻點號η，功率P和功率有效標記m，記作以移動EGSM系統為例，共有120個可選頻點，頻點集合為
權利要求
1.一種應用於GSM數字直放站的自動選頻技術，其特徵在於採用軟體無線電構架，將接收天線輸入的GSM射頻信號下變頻採樣轉換成數字基帶信號後，同時進入通過FPGA硬體編程實現的兩路數字下變頻DDC通道，其中一路為自動選頻模式通道，另外一路為正常工作模式通道；在所述自動選頻模式通道內設計數字選頻器和均方根功率測量模塊，將輸入的數字基帶信號進行單載波功率測量，按照GSM規範，計算一個復幀時間範圍內的數位訊號功率，剔除接近噪聲的工作頻點，按照功率大小排列備選集工作頻點；根據自動選頻算法，將頻點分成三個優先級，將最高優先級的前12個工作頻點更新到當前集，在下一個更新周期到來時提供給正常工作模式的DDC通道使用，完成自動選頻過程。
2.根據權利要求1所述的應用於GSM數字直放站的自動選頻技術，其特徵在於所述的自動選頻模式通道包括數控振蕩器NC0、數字濾波器、RMS均方根功率測量功能模塊；其信號處理的過程是將所述的數字基帶信號分別與數控振蕩器NCO輸出的兩路相差90度的數字載波信號相乘後，經過延遲調整和內插送入CIC和CHR濾波器進行兩級抽取，再通過 PFIR進行脈衝成形，然後輸入給RMS均方根功率測量模塊進行功率採樣和測量。
3.根據權利要求1所述的應用於GSM數字直放站的自動選頻技術，其特徵在於所述的自動選頻算法按以下方式實現設每個頻點包含3個元素頻點號n，功率P和功率有效標記m,記作
全文摘要
本發明涉及應用於GSM數字直放站的自動選頻技術，其通過軟體無線電構架，將射頻的GSM信號下變頻採樣轉化成數字基帶信號，在FPGA(現場可編程門陣列)晶片中設計了兩路的DDC通道，其中一路為自動選頻模式通道，在這路DDC通道內循環遍歷所有頻點，計算各頻點的功率，剔除接近噪聲的工作頻點，按照功率大小排列備選集的載波頻點，最後通過自動選頻算法，篩選出新的直放站設備工作頻點，本發明不僅可用於實現數字光纖直放站自動跟蹤適應信源基站的頻率調整變化，也可作為其他直放站實現自動選頻功能的良好借鑑。
文檔編號H04B1/00GK102447479SQ201110374790
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者張健榮, 許祥政, 譚金生, 賴克中, 陳群峰 申請人:福建郵科通信技術有限公司