3G移动通信网基站上下行功率放大分列式组合单元

摘要

一种基于3G数字移动蜂窝通信网的基站上下行功率放大分列式组合单元，其下行链路为：基站→继电器1→双工器1→可调衰减器→功率放大单元→双工器2→继电器2→双工滤波器2→双工滤波器1→雷电保护装置→收发共用天线；其上行链路为：从天线馈口来的上行信号→雷电保护装置→双工滤波器1→旁路开关K1→低噪声放大器→旁路开关K2→双工滤波器2→继电器2→双工器2→双工器1→继电器1→基站，本发明可提高上行信号的信噪比，同时增大下行信号的输出功率，从而充分补偿基站收发信机的信号在通信电缆中的衰减，实现基站区域的无缝覆盖和越区重叠，提高接收灵敏度和通话等级，在放大器出现故障时，可自动旁路，使基站仍然可以工作。

说明书

技术领域

本发明涉及数字移动蜂窝通信设备。

背景技术

第三代移动通信网络(3G)是指WCDMA，CDMA2000，SD-SCDMA等标准制式的数字移动通信网，其建网仍然采用蜂窝方式。现有的移动通信网存在的主要问题包括：

一是如何提高基站的发射功率和接收灵敏度一直是一个较难实现的问题。这主要是由于基站接收系统的有源器件和射频导体中的热运动引起的热噪声。如：接收回路中的电缆线(馈线、跳线等)和基站内的接收分路器、高频放大器等。这些热噪声的引入，降低了系统接收的信噪比(S/N)，从而限制了基站接收灵敏度的提高，降低了通话质量。

二是上、下行放大单元中没有自动检测和旁路电路，一旦放大器出现故障，会导致整个基站无法工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种3G移动通信网基站上下行功率放大分列式组合单元，可提高上行信号的信噪比，同时增大下行信号的输出功率，充分补偿基站收发信机的信号在通信电缆中的衰减，使上下行信号同时放大，实现基站区域的无缝覆盖和越区重叠，并间接提高了用户的接收灵敏度和通话等级，并能在基站之间实现顺利切换；其上、下行放大单元中都带有旁路电路，在放大器出现故障时，可自动旁路，使基站仍然可以工作，不至于中断。

本发明的目的是这样实现的：一种基于3G数字移动蜂窝通信网的基站上下行功率放大分列式组合单元，包括上行放大单元和下行放大单元，上行放大单元和下行放大单元连接在基站收发信机与收发共用天线之间构成上行链路和下行链路，其特征在于：

下行放大单元主要由可调衰减器、功率放大单元、控制单元、双工器1、双工器2、继电器1、继电器2组成，上行放大单元主要由雷电保护装置、双向滤波器和低噪声放大单元组成；双向滤波器由双工滤波器1、双工滤波器2组成；

下行链路的电路结构为：基站收发信机经过继电器1与双工器1连接，双工器1与可调衰减器的输入端连接，可调衰减器的输出端与功率放大单元的输入端连接，功率放大单元的输出端与双工器2连接，双工器2与继电器2连接，继电器2与上行放大单元中的双工滤波器2连接，双工滤波器2与双工滤波器1连接，双工滤波器1经过雷电保护装置与收发共用天线连接；

控制单元由比较器和控制盒组成，比较器跨接在功率放大单元的输入端与输出端之间，比较器的输出端与控制盒连接，控制盒与继电器1、继电器2连接，控制盒控制继电器1、继电器2内触点的通断，比较器对功率放大单元的电流、功率、温度并进行比较判断：

当比较器判断功率放大单元的电流、功率、温度都在设定范围内，功率放大单元处于正常工作状态，比较器输出第一信号给控制盒，控制盒导通继电器1与双工器1之间的连接、继电器2与双工器2之间的连接；控制盒断开继电器1与继电器2之间的连接；

当比较器判断功率放大单元的电流、功率、温度超出设定范围，功率放大单元处于故障工作状态，比较器输出第二信号给控制盒，控制盒断开继电器1与双工器1之间的连接、继电器2与双工器2之间的连接，控制盒导通继电器1与继电器2之间的连接；

上行链路的电路结构为：收发共用天线经过雷电保护装置与双工滤波器1连接；双工滤波器1与低噪声放大单元的输入端连接，低噪声放大单元的输出端与双工滤波器2连接，双工滤波器2与下行放大单元中的继电器2连接，继电器2与双工器2连接，双工器2与双工器1连接，双工器1经过继电器1与基站收发信机连接；

所述低噪声放大单元由低噪声放大器、旁路开关K1、旁路开关K2、检测控制器组成，所述旁路开关K1连接在双工滤波器1与低噪声放大器的输入端之间，所述旁路开关K2连接在低噪声放大器的输出端与双工滤波器2之间，所述旁路开关K1和旁路开关K2之间跨接有检测控制器；检测控制器用于检测低噪声放大器的工作状态：

当低噪声放大器处于正常情况工作状态时：检测控制器将旁路开关K1与低噪声放大器的输入端之间接通，将旁路开关K2与低噪声放大器的输出端之间接通，使双工滤波器1输出的上行信号经过低噪声放大器放大后送给双工滤波器2：

当低噪声放大器处于故障情况工作状态时：检测控制器将旁路开关K1与低噪声放大器的输入端之间断开，将旁路开关K2与低噪声放大器的输出端之间断开，同时将旁路开关K1与旁路开关K2接通，使双工滤波器1输出的上行信号直接送给双工滤波器2。

当功率放大单元的电流大于3安培或输出功率大于150瓦或环境温度小于70摄氏度，比较器输出第一信号给控制盒；

当功率放大单元的电流小于等于3安培或输出功率小于等于150瓦或环境温度大于等于70摄氏度，比较器输出第二信号给控制盒。

所述比较器有四个：比较器1用于检测功率放大单元的正向功率；比较器2用于检测功率放大单元的反向功率；比较器3用于检测功率放大单元的温度；比较器4用于检测功率放大单元的电流。

所述功率放大单元由三级功率放大器级联组成，在第一级功率放大器的输入端与第三级功率放大器的输出端之间跨接有功率反馈电路，该功率反馈电路用于减小三级功率放大器的输入功率，从而改善功率放大器的线性指标。

所述基站收发信机与继电器1之间连接有加电盒，加电盒用于将正28伏直流电引入馈线。

所述双工滤波器2与继电器2之间连接有退电盒，退电盒用于将基站馈线中的电压转换成12伏直流电供给低噪声放大器。

所述上行放大单元安装在发射接收信号塔的顶部。

本发明有以下积极有益效果：信号传输中的多级放大器有利于改善系统热噪声的影响，多级放大系统的噪声主要取决于第一级的噪声系数，本发明的上行放大单元安装在发射接收信号塔的顶部，距天线很近，防止了信号在通信电缆中的衰减，有利于降低接收系统的噪声，从而提高上行信号的信噪比和基站接收系统的灵敏度，本发明采用功率回退的控制方法，提高发射功率，改善功率放大器的线性指标，采用美国产LDMOS砷化镓功率放大管连续三级放大，每级提高增益4dB，共可提高增益12dB，因此可将基站原来的信号覆盖范围扩大一倍以上；

为提高三级放大的线性质量，在功率放大单元之前增加可调衰减器，将原数字信号衰减到一个固定值，本电路通过可调衰减器的调整，将输入功率固定减小到10dB，因此三阶交调系数等线性指标会在原有基础上得到改善。为防止功放故障后影响基站原有系统功能，本发明还增设了旁路电路。当检测出功率放大器出现故障时；自动启动两个继电器形成旁路。基站系统不致于中断。

安装在塔顶的上行放大单元的核心部件是一个低噪声放大器；它具有故障时自动旁路的特性，掉电时旁路也将被激活。在低噪声放大器的两端各设置了一个双工滤波器，保证了由基站来的下行信号经两个双工滤波器直接进入天线。利用这种双-双工器电路，可把现有天线改装成收发共用天线，不用在很小面积的塔顶上另加天线；极大节省了塔顶空间和安装工作量。

附图说明

图1是本发明的上行和下行放大单元与天线、电源系统的整体连接图；

图2是本发明的电路原理框图；

图3是图2中下行放大单元和下行链路的电路结构图；

图4是图2中上行放大单元和上行链路的电路结构图；

图5是本发明控制单元的控制逻辑示意图；

图6是功率放大器处于正常工作时，继电器、双工器之间的连接示意图；

图7是功率放大器工作出现故障时，继电器、双工器之间的连接示意图；

图8是低噪声放大器正常工作时，旁路开关与低噪声放大器之间的连接示意图；

图9是低噪声放大器工作出现故障时，旁路开关与低噪声放大器之间的连接示意图。

具体实施方式

请参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，本发明的下行链路的基本原理是：

下行信号路径和流程：加电盒1将+28V直流电引入馈线，基站的下行信号经由加电盒1由继电器1的A端口进入继电器1，在正常工作状态时，下行信号经继电器1的B端口进入前端双工器1，然后经可调衰减器，进入功率放大单元，然后到达后端双工器2，再由继电器2的E端口进入继电器2，从继电器2的F端口输出进入上行放大单元中的双工滤波器2，由双工滤波器2直接进入双工滤波器1，经过双工滤波器1到收发共用天线的馈口。双工器的作用是使发射信号和接收信号合并到一个端口，并可实现收发信号隔离。

由控制单元中的比较器对功率放大单元进行比较，若功率放大单元出现故障，比较器即启动控制单元的控制盒，直接连通继电器1的C端口和继电器2的D端口，让上下行信号以短路方式直接通过。

请参照图3，功率放大单元由三级功率放大器级联组成，在第一级功率放大器的输入端与第三级功率放大器的输出端之间跨接有功率反馈电路，该功率反馈电路用于减小三级功率放大器的输入功率，从而改善功率放大器的线性指标。这种电路连接方法又称“功率回退法”。功率反馈电路可以采用现有技术。

功率回退法是既提高发射功率，又改善功放线性的一种有效方法——当把功率放大器的输入功率减小1dB时，放大器的三阶交调系数改善3～4dB，这种在电路中设计较大功率，但实现时用减小输入功率的方式改善功放线性指标的方法，称为功率回退法；

功率放大器采用美国产LDMOS砷化镓功率放大管，通过连续三级放大，每级提高增益4dB，共可提高增益12dB，因此可将基站原来的信号覆盖范围扩大一倍以上；

由于基站发射信号经放大器放大以后不仅要扩大覆盖范围，而且必须达到网络优化效果；如果任由原来信号在功放过程叠加放大，既可能会形成正反馈，在使用中烧坏功放电路，还可能造成波形失真。为防止烧坏功率放大单元，提高三级放大的线性质量，在放大电路之前增加可调衰减器，将原数字信号衰减到一个固定值，本电路通过可调衰减器的调整，将输入功率固定减小到10dB，因此三阶交调系数等线性指标会在原有基础上得到改善。

请参照图3，为防止功率放大器出现故障后影响基站原有系统功能，本发明还增设了旁路电路。

本旁路电路是由比较器、控制盒和继电器1、继电器2共同组成的：

在比较器中设置了用于比较功率放大单元两端的电流、功率、温度的CPU检测电路。该CPU检测电路可以采用现有技术。

本实施例中，比较器有四个：比较器1用于检测功率放大单元的正向功率；比较器1的信号端1接正向功率参考值。比较器2用于检测功率放大单元的反向功率；比较器2的信号端2接反向功率参考值。比较器3用于检测功率放大单元的温度；比较器3的信号端3接温度参考值。比较器4用于检测功率放大单元的电流，比较器4的信号端4接静态电流参考值。当功率放在单元的电流≤3A；

            或输出功率≤150W；

            或环境温度≥70℃

以上三种条件，任意一种发生时即可检测出功率放大器出现故障；并启动继电器1和继电器2形成旁路，功率放大单元的基本输出功率为200W，输出功率为功率放大单元正向功率与反向功率的差值，请参照图6，本实施例中，控制盒可以由一个变压器构成，该变压器的初级绕组与比较器的输出端耦合，该变压器的次级绕组与继电器1和继电器2的线圈耦合，继电器1的A、B端口之间连接一常闭触点，继电器1的A、C端口之间连接一常开触点，继电器2的E、F端口之间连接一常闭触点，继电器2的D、F端口之间连接一常开触点，

比较器检测判断功率放大器工作正常时：比较器输出第一信号给控制盒，控制盒中的变压器使继电器1和继电器2的线圈失电，继电器1和继电器2的常开触点打开，常闭触点闭合，此时继电器1的A、B端口之间导通，A、C端口之间断开；继电器2的E、F端口之间导通，在D、F端口之间断开；下行信号的路径是：基站收发信机→继电器1→双工器1→可调衰减器→功率放大单元→双工器2→继电器2→双工滤波器2→双工滤波器1→雷电保护装置→收发共用天线。

当比较器检测判断功率放大器工作出现故障，比较器输出第二信号给控制盒，控制盒中的变压器使继电器1和继电器2的线圈得电，继电器1和继电器2的常开触点闭合，常闭触点打开，此时继电器1的A、C端口之间导通，A、B端口之间断开；继电器2的D、F端口之间导通，E、F端口之间断开；下行信号的路径是：

基站收发信机→继电器1→继电器2→双工滤波器2→双工滤波器1→雷电保护装置→收发共用天线；也就是将功率放大单元旁路，从而当功率放大器出现故障时，不会导致整个基站系统瘫痪。

请参照图4，本发明的上行链路的基本原理是：上行信号的路径是：从天线馈口来的上行信号经雷电保护装置进入双工滤波器1，经旁路开关K1进入低噪声放大器，再经旁路开关K2进入继电器2的F端口，然后由继电器2的E端口进入双工器2，然后直接进入双工器1，再沿继电器1进入基站内。

上行放大单元安装在发射接收信号塔的顶部，收发共用天线的下方，距天线很近，防止了信号在通信电缆中的衰减，有利于降低接收系统的噪声，从而提高上行信号的信噪比和基站接收系统的灵敏度。

上行放大单元的核心部件是一个低噪声放大器；它具有故障时自动旁路的特性，掉电时旁路也将被激活，低噪声放大器由基站馈线供电，或者通过直流电缆直接供电。

上行功率放大单元的基本原理是：收发共用天线接收到的上行信号先经雷电保护装置进入双工滤波器1，由双工滤波器1再进入旁路开关K1，在正常情况下该旁路开关K1与低噪声放大器之间处于“导通”状态，上行信号通过低噪放大器，提高信噪比，再经旁路开关K2进入双工滤波器2，其电源给馈方式与下行功率放大单元相反，是通过退电盒将基站馈线电压转变成正12V直流电退回到低噪声放大器。

当低噪声放大器正常工作时，上行信号路径是：从收发共用天线馈口来的上行信号→雷电保护装置→双工滤波器1→旁路开关K1→低噪声放大器→旁路开关K2→双工滤波器2→继电器2的F端口→继电器2的E端口→双工器2→双工器1→继电器1的B端口→继电器1的A端口→基站收发信机。

在低噪声放大器出现故障时：由检测控制器检测到故障，启动旁路开关K1和K2的旁路电路，使上行信号从双工滤波器1直接导通到双工滤波器2，不经过低噪声放大器；上行信号路径是：从收发共用天线馈口来的上行信号→雷电保护装置→双工滤波器1→旁路开关K1→检测控制器→旁路开关K2→双工滤波器2→继电器2的F端口→继电器2的E端口→双工器2→双工器1→继电器1的B端口→继电器1的A端口→基站收发信机。从而在低噪声放大器出现故障时，不会导致整个基站系统瘫痪。

检测控制器可以采用现有技术，实施时，旁路开关K1、K2可以用继电器实现：请参照图8，旁路开关K1的G端口和J端口之间连接一常闭触点，G端口和H端口之间连接一常开触点。旁路开关K2的L端口和N端口之间连接一常闭触点，L端口和M端口之间连接一常开触点。

在正常工作时，旁路开关K1的G端口和J端口之间导通；G端口和H端口之间断开。旁路开关K2的L端口和N端口之间导通，L端口和M端口之间断开。上行信号经过旁路开关K1的常闭触点进入低噪声放大器，再经旁路开关K2的常闭触点进入双工滤波器2。

请参照图9，当低噪声放大器出现故障时：检测控制器检测到故障，发出电信号给使旁路开关K1的线圈，使其常闭触点打开，常开触点闭合，即旁路开关K1的G端口、J端口之间断开，G端口、H端口之间导通，旁路开关K2的L端口与N端口之间断开，M端口与N端口之间导通，旁路开关K1的H端口旁路开关K2的M端口被检测控制器连通，低噪声放大器被旁路。

本发明的上行放大单元的功能是：考虑到在塔顶会直接遭受到雷击，故在上行塔顶放大单元内部设置了雷电保护装置；遇到雷击时，超高电压将通过雷电保护装置，将强大电流导入地下。由于上行放大单元被放置在塔顶，供电方式是通过馈线给电；本发明设置了退电盒，退电盒能将基站馈线的交流电分离、转换成+12V直流电，向低噪声放大器供电；加电盒和退电盒可以采用现有技术。在低噪声放大器的两端各设置了一个双工滤波器，保证了由基站来的下行信号经两个双工滤波器直接进入天线。其优势是把现有天线改装成收发共用天线，不用在很小面积的塔顶上另加天线；极大节省了塔顶空间和安装工作量。双工滤波器可以由发送滤波器和接收滤波器组成，也可由介质滤波器构成。