多频段数字光纤分布式天线系统技术领域
本发明涉及移动通信系统，更具体地说，涉及一种多频段数字光纤分布式
天线系统。
背景技术
移动通信的快速发展，带动了移动互联网和高宽带数据业务的爆炸式增长，
进而也推动了网络建设的不断深入。虽然运营商可以不断增加频点和小区站点
或者引入新的通信制式来应对数据业务量的猛增，但由此导致频谱资源越来越
紧凑，通信制式越来越多样化，给传统的网络覆盖及优化带来极大的挑战。
在使用直放站作为室内外1拖N的拉远覆盖时，如果采用现有的单频段光
纤直放站设备，在多频段、多制式的覆盖小区就不得不采用多台设备，导致成
本上升、安装复杂度提高。如果采用分布式基站建设思路进行覆盖，由于RRU
基本上都只能支持单频，也无法满足多频、多制式的需要，故该种网络覆盖依
然无法克服上述问题。此外，如果采用分布式基站进行拉远覆盖，由于覆盖公
共区域采用的信源可能不是同一个主设备厂家，将导致BBU无法使用，进而影
响整体覆盖方案的实施。因此，采用传统的单频光纤直放站或者RRU方案，不
利用运营商CAPEX(设备投资)和OPEX(运营成本)的改善，也无法实现共建
共享的目的。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种多频段数字光纤分布式天线系统，克服了现
有技术的信号接入及覆盖弱的缺点，提高了网络的有效覆盖范围。
为了实现上述目的，本发明提供了多频段数字光纤分布式天线系统，包括
相互连接通信的近端机和远端机，所述近端机包括收发天线、耦合器、近端变
频单元、近端背板单元、近端数字中频单元、近端电源单元和近端主控单元；
所述收发天线用于近端空间信号的无线接入，所述耦合器用于耦合基站的射频
信号；所述近端变频单元在下行链路中用于将射频信号转变为中频信号，在上
行链路中则提供本振至所述近端数字中频单元，使其将中频信号混频至射频；
所述近端背板单元用于所述近端变频单元与所述近端数字中频单元的互联、电
源的转接；所述近端数字中频单元包括近端模数转换电路、近端数模转换电路、
近端基带处理单元、近端通用公共无线接口单元、近端光收发器组,所述近端模
数转换电路用于接入相应频段的中频滤波及数模转换，所述近端数模转换电路
用于相应频段的数模转换及其输出后的中频滤波，所述近端基带处理单元用于
信号的基带处理，所述近端通用公共无线接口单元用于在下行链路中进行数据
压缩、组帧以及在上行链路中进行解压缩、解帧、监控信息和组网信息的传递，
所述近端光收发器组用于转换光电信号以及与所述远端机进行信号交互；所述
近端主控单元通过所述背板单元与所述近端数字中频单元进行信息交互，并对
所述近端电源单元进行监控和切换；所述远端机包括远端数字中频单元、远端
背板单元、远端变频单元、多工合路器单元和主控单元；所述远端数字中频单
元包括远端光收发器组、远端通用公共无线接口单元(CPRI)、远端基带处理单
元、远端模数转换电路、远端反馈模数转换电路、远端数模转换电路，所述远
端光收发器组用于转换光电信号以及与所述近端机进行信号交互，所述远端通
用公共无线接口单元在下行链路中进行数据解压缩、解帧以及在上行链路中进
行数据压缩、组帧、监控信息和组网信息的传递，所述远端模数转换电路用于
上行接入频段的中频滤波及模数转换，所述远端反馈模数转换电路用于下行耦
合功放信号的中频滤波、模数转换以及配合完成相应频段的数字预失真，所述
远端数模转换电路用于相应频段的数模转换及其输出后的中频滤波；所述远端
背板单元用于所述远端数字中频单元与所述远端变频单元的互联、电源的转接；
所述远端变频单元用于在上行及反馈回路用于将射频信号转变为中频信号，下
行则提供本振至所述远端数字中频单元，使其将中频信号混频至射频；所述多
工合路器单元用于对上下行信号滤波；所述远端主控单元用于进行信息的交互
及控制。
作为本发明的一种改进，所述近端机包括主近端机和从近端机，所述从近
端机用于接收远距离的基站数据，所述主近端机的近端光收发器组包括主近端
光收发器组和从近端光收发器组，所述主近端光收发器组用于与所述远端机进
行信号交互，所述从近端光收发器组用于与所述从近端机进行信号交互。
作为本发明的一种改进，在所述近端机中，所述近端变频单元和近端数字
中频单元分离设置，所述近端变频单元与所述近端背板单元热插拔连接；在所
述远端机中，所述远端变频单元和远端数字中频单元分离设置，；通过热插拔所
述近端变频单元的数量而控制接入近端的频段个数；远端则通过增加或者减少
T/R数量实现控制接入远端共用数字板的频段数。
作为本发明的一种改进，所述近端机的近端电源单元包括两个电源模块，
正常工作时，两个电源模块并联，采用均流的方式，当其中一个电源异常时，
另外一个电源独立工作。
作为本发明的一种改进，如果系统采用多输入多输出系统(MIMO)，则需要
将多输入多输出系统(MIMO)频段的数据进行分离,将利用多工合路器单元R1
及多工合路器单元R2单独进行数据的分别发射；如果不考虑MIMO，则将所有频
段由同一个多频段合路器R1输出至天线进行覆盖。
作为本发明的一种改进，所述近端机还包括一与所述近端通用公共无线接
口单元连接的近端千兆网处理单元，所述远端机还包括一与所述远端通用公共
无线接口单元连接的远端千兆网处理单元。
与现有技术相比，本发明多频段数字光纤分布式天线系统服了现有技术不
能便利支持MIMO、不具备近端扩展功能、不兼容千兆网数据透传、射频与中频
系统无法分离等诸多缺点，提高了系统的有效应用范围。满足现有通信网络中
多频段、多制式、大带宽的应用需求，实现共建共享的建设预期。因此本发明
所提出的系统在网络覆盖的应用中，将会有非常广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构及其有益技术效果进行详
细说明。
图1为本发明多频段数字光纤分布式天线系统的组网示意图。
图2为本发明多频段数字光纤分布式天线系统的近端机电路原理框图。
图3为本发明多频段数字光纤分布式天线系统的远端机电路原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结
合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说
明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1、图2和图3，本发明多频段数字光纤分布式天线系统包括相互
连接通信的近端机和远端机，在近端机和远端机内包括如下组成部分：
收发天线AML：完成近端空间信号的无线接入，其中：A标识信号接入方式
为天线、M标识近端、L取值为自然数，标识无线接收的第L频段；
耦合器MN：用于耦合基站的射频信号，其中：N取值自然数，标识耦合接入
的第N个频段；
T/RMN：下行用于将射频信号转变为中频信号，上行则提供本振至近端数字
板DSPU单元，使其将中频信号混频至射频。本发明采用射频T/R与数字中频板
独立设计，通过背板互联，通过盲插功能使各个频段的T/R单元热插拔，可自
由控制接入公共数字板的频段个数；
背板M1：近端的背板，用于完成近端T/R单元与数字板DSPU的互联、电源
的转接、近端DSPU单元的监控信息转发等；
A/DMN：近端第N频段的A/D转换电路，用于完成接入频段的中频滤波及数
模转换；
D/AMN：近端第N频段的D/A转换电路，用于完成该频段的数模转换及其输
出后的中频滤波；
基带处理M1：近端基带处理单元，主要完成信号的基带处理，包含：零中频
变换、数字滤波、增益控制、功率检测、功率控制、TD-LTE上下行开关控制、
GSM时隙开关控制等功能；
CPRIM1：近端CPRI输协议的处理部分，主要在下行完成数据压缩、组帧，
下行完成解压缩、解帧的操作及监控信息、组网信息的传递；
光收发器组M1：近端的从光口，完成电光信号的转换，主要用于完成与扩展
D-OMU的信号交互；
光收发器组M2：近端的主光口，完成电光信号的转换，主要用于完成与远端
D-ORU的信号交互；
电源PSU1及电源PSU2：两个电源模块，正常工作时两个电源并联，采用均
流的方式；当其中一个模块异常时，另外一模块电源独立工作，确保系统正常
运行，增强系统可靠性；
近端监控MCUM1：近端主控单元，通过背板完成与近端DSPU的信息交互，
达到监控整个网络信息的目的，并对近端的电源工作状态进行监控和切换；
光收发器组R1：远端光口，完成电光信号的转换，主要完成与近端主光口的
信息交互及与远端下一级级联模块的信息交互；
CPRIR1：远端CPRI输协议的处理部分，主要在下行完成数据解压缩、解帧，
上行完成压缩、组帧的操作及监控信息、组网信息的传递；
基带处理R1：远端的基带数据处理单元，主要包含增益控制、功率控制、功
放保护、CFR(峰均比降低)、DPD(数字预失真)、TD-LTE上下行时隙同步、GSM
时隙同步处理、话务量统计等
远端监控MCUR1:实现对远端各个外设的信息交互、控制、数字芯片配置等；
背板R1：远端的背板，用于完成远端T/R单元与远端数字板DSPU的监控互
联、电源的转接等；
A/DRN_0：远端第N频段的A/D转换电路，用于完成上行接入频段的中频滤
波及模数转换；
A/DRN_1：远端第N频段的反馈A/D转换电路，用于完成下行耦合功放信号
的中频滤波及模数转换，主要用于配合完成第N频段的数字预失真；
D/ARN：远端第N频段的D/A转换电路，用于完成该频段的数模转换及其输
出后的中频滤波；
T/RRN：远端第N频段的T/R，在上行及反馈回路用于将射频信号转变为中
频信号，下行则提供本振至远端数字板DSPU单元，使其将中频信号混频至射频。
本级T/R与数字中频板独立设计，可通过增加或者减少远端T/R实现控制接入
远端共用数字板的频段数量；
多工合路器单元R：用于对远端上下行信号滤波，其具备多频段合路功能；
若考虑MIMO的应用，此处需要将MIMO频段进行分离,将两通道分离于多工合路
器单元R1及多工合路器单元R2单独发射，目前典型配置为2*2的MIMO；如果
不考虑MIMO，则可以将所有频段由同一个多频段合路器R1输出至天线进行覆盖。
本发明多频段数字光纤分布式天线系统的工作步骤包括如下几大部分：
1、主D-OMU信号耦合信号的下行工作步骤：
步骤1-1：耦合器N耦合基站发射的第N频段射频信号，其中N为频段数，
取1、2、3、4…；本发明典型配置为4，最大配置为8，但不仅限于8频，其可
支持系统扩展升级；
步骤:1-2：步骤1-1耦合的第N频段射频信号经过T/RMN的混频处理，产
生中频信号，本发明中设计的中频频率统一为204.32MHz，该频率可以根据系统
需要进行调整，其中M标识近端标志，N为步骤1-1所述的第N频段标号；
步骤1-3：A/DMN链路对T/RMN产生的中频信号进行中频滤波，然后由A/D
芯片对中频数据进行采样，实现数模转换，此处采样率采用245.76MSPS；
步骤1-4：近端基带处理单元M1对所有频段的数字中频信号进行基带处理，
主要完成功能：零中频变换、信号滤波、增益控制、功率统计、功率控制等；
步骤1-5：CPRIM1单元对步骤1-4的各个频段数字进行数据压缩、组帧等
功能，将数据按照CPRI协议转换成适合光纤传输的基带数据，本发明光模块速
率采用10G，可以根据系统应用调整为6.25G或者更高的数据速率；
步骤1-6：对步骤1-5中处理完成的数据，光收发器组M2通过光纤将其传
输至远端D-ORU；
步骤1-7：远端光收发器组R1接收近端传来的光信号，将其进行光电转换；
步骤1-8：CPRIR1模块接收来自步骤1-7的CPRI数据，对其进行解帧、
数据解压缩等功能转换，其中R为远端标识；
步骤1-9：基带处理R1对CRPIR1模块分解的所有频段数据进行分频段处
理，包含：增益控制、功率控制、功放保护、CFR(峰均比降低)、DPD(数字预
失真)、TD-LTE上下行时隙同步、GSM时隙同步处理等；
步骤1-10：经步骤1-9的处理后的数据经过D/ARN链路对其进行数模转换，
并进行中频滤波，实现信号由基带到中频的转换，并与本振进行混频，实现中
频至射频信号的转换；
步骤1-11：T/RRN单元包含第N频段的功放，故该步骤主要完成对第N频
段下行射频信号的放大；
步骤1-12：多工合路器单元接收经过放大后的第N频段射频信号，对其进
行滤波后经天线进行辐射，由于系统要兼容MIMO故预留1个输出的通道，如果
不使用MIMO，所有频段可以经由多工合路器单元R1个进行多频合路输出。
2、扩展D-OMU耦合信号的下行工作步骤：
扩展D-OMU耦合信号的下行工作步骤2-1至步骤2-5与主D-OMU的工作步
骤1-1至1-5相同，此处不再赘述；
步骤2-6：对步骤2-5中处理完成的数据，扩展D-OMU的光收发器组M2通
过光纤将其传输至主D-OMU的光收发器组M1；
步骤2-7：主D-OMU的光收发器组M1接收到信号后完成光电转换，将数据
传输至CPRIM1模块，由该模块将需要传输的频段数据进行数据压缩、组帧后
传递给光收发器组M2；
后续步骤2-8至2-14与主D-OMU的工作步骤1-6至1-12相同，此处不再
赘述。
3、千兆网(WLAN)数据主要实现透传功能，系统不对其进行处理，其下行
工作步骤如下：
步骤3-1：主D-OMU通过RJ45接收基站的WLAN网络数据；
步骤3-2：千兆网处理单元M1对千兆网数据进行解析，完成数据提取；
步骤3-3：CPRIM1模块对提取到的千兆网数据进行组帧；
步骤3-4：组帧完成后的千兆网数据由光收发器组M2的光口经由光纤传送
至远端D-ORU；
步骤3-5：远端D-ORU通过光收发器组R1接收到光纤数据之后，由远端CPRI
R1对千兆网数据完成解析；
步骤3-6：千兆网处理单元R1对数据进行转发，最后经RJ45进行远端覆盖。
4、近端主D-OMU通过收发天线进行近端无线信号传输覆盖时，其下行工作
步骤如下：
该部分的信号工作方式与主D-OMU耦合基站信号的工作方式相同，不同点
在于近端信号的接入方式。如果采用该种布网方式，只需近端将信号通过收发
天线AML接入信号即可，其中A信号以天线方式接入，M标识近端，L取值为自
然数标识第L个频段。
5、上行是下行数据流程的逆过程，主D-OMU信号耦合信号的上行工作步骤：
步骤5-1：远端天线接收第N频段射频信号；
步骤5-2：多工合路器单元对步骤4-1接收的第N频段射频信号进行滤波器
处理；
步骤5-3：步骤5-2接收的第N频段射频信号经过T/RRN的混频处理，产
生中频信号，本发明中设计的中频频率统一为204.32MHz，该频率可以根据系统
需要进行调整；
步骤5-4：A/DRN_0链路对T/RRN产生的中频信号进行中频滤波，然后由
A/D芯片对中频数据进行采样，实现数模转换，此处采样率采用245.76MSPS；
远端的A/DRN_1主要采样T/RRN_1返回的耦合该频段的功放输出信号，辅助
实现该频段的数字预失真功能；
步骤5-5：远端基带处理单元R1对所有频段的数字中频信号进行数字基带
处理，主要完成功能：零中频变换、信号滤波、增益控制、功率统计、功率控
制、TD-LTE上下行时隙控制、GSM时隙控制、话务量统计等；
步骤5-6：CPRIR1单元对步骤5-5的各个频段数字进行数据压缩、组帧等
功能，将数据按照CPRI协议转换成适合光纤传输的基带数据；
步骤5-7：对步骤5-6中处理完成的数据，远端光收发器组R1通过光纤将
其传输至近端D-OMU；
步骤5-8：近端光收发器组M2接收远端传来的光信号，将其进行光电转换；
步骤5-9：CPRIM1模块接收来自步骤5-8的CPRI数据，对其进行解帧、
数据解压缩等功能转换；
步骤5-10：基带处理M1对CRPIM1模块分解的所有频段数据进行分频段处
理，包含：增益控制、功率控制、功率统计等；
步骤5-11：经步骤5-10的处理后的数据经过D/AMN链路对其进行数模转
换，并进行中频滤波，实现信号由基带到中频的转换，并与本振进行混频，实
现中频至射频信号的转换；
步骤5-12：T/RMN单元对上行信号进行一定放大处理后，最终由基站接收
完成上行数据的传输。
6、扩展D-OMU耦合信号的上行工作步骤：
扩展D-OMU耦合信号的上行工作步骤6-1至步骤6-8与主D-OMU的工作步
骤5-1至5-8相同，此处不再赘述；
步骤6-9：CPRIM1模块接收来自步骤6-8的CPRI数据，对其进行解帧、
数据解压缩等功能转换，并将属于扩展D-OMU的数据发送给光收发器组M1；
步骤6-10：对步骤6-9中处理完成的数据，主D-OMU光收发器组M1通过光
纤将其传输至扩展D-OMU的光收发器组M2；
后续步骤6-11至6-14与主D-OMU的工作步骤5-9至5-12相同，此处不再
赘述。
7、千兆网(WLAN)数据主要实现透传功能，系统不对其进行处理，其上行
工作步骤如下：
步骤7-1：远端D-ORU通过RJ45接收基站的WLAN网络数据；
步骤7-2：千兆网处理单元R1对千兆网数据进行解析，完成数据提取；
步骤7-3：CPRIR1模块对提取到的千兆网数据进行组帧；
步骤7-4：组帧完成后的千兆网数据由光收发器组R1的光口经由光纤传送
至近端主D-OMU；
步骤7-5：近端D-OMU通过光收发器组M1接收到光纤数据之后，由近端CPRI
M1对千兆网数据完成解析；
步骤7-6：千兆网处理单元M1对数据进行转发，最后经RJ45进行上行回传。
8、近端主D-OMU通过收发天线进行近端无线信号传输覆盖时，其上行工作
步骤如下：
该部分的信号工作方式与主D-OMU耦合基站信号的工作方式相同，不同点
在于近端信号的输出方式。如果采用该种布网方式，只需在近端将信号通过收
发天线AML输出信号即可。
具体实施中还需要保证的几个关键点：1、保证近端D-OMU的数字板DSPU
及近端T/RMN的时钟同源；2、保证远端D-ORU的数字板DSPU及远端T/RRN
的时钟同源；3、近端D-OMU的基带处理M1、CPRIM1等可以采用一块或者多块
FPGA协同处理完成，亦或者采用FPGA与DSP等多核架构实现；4、远端D-ORU
的基带处理M1及CPRIM1可以采用一块或者多块FPGA协同处理完成，亦或者
采用FPGA与DSP等多核架构实现；5、近端D-OMU及远端D-OMU的DSPU单元的
监控及数字芯片配置可由MCU或者MCU与CPLD协同完成。
请参阅图3，本发明的组网方式可以支持星形、链形、环形等组网形式。为
增强系统的可靠性，涉及光纤传输的部分可增加一根光纤作备份，如链路2所
示。
本发明多频段数字光纤分布式天线系统如有如下优点：1.近端机(OMU)具
备扩展光口，用于将远距离的基站数据进行延伸接收；2、引入千兆网(WLAN)
数据透传功能；3、数字中频(DSPU)单元和变频(T/R)单元分离，支持热插
拔，可以根据需要实现任意频段、任意制式的自由组合；4、远端机(ORU)支
持射频合路输出及各个频段单独输出，可以满足目前LTE系统的MIMO需要；5、
近端电源部分采用双电源供电，可支持冗余切换功能，实现当其中某一路电源
异常后，系统供电可继续正常工作，提高可靠性。6、系统可支持多个频段同时
工作，典型配置为4频，最高可支持8频。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述
实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的
具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保
护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为
了方便说明，并不对本发明构成任何限制。