一种无线中继装置及其实现方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线中继装置及其实现方法。

背景技术：

下一代广播电视网(nextgenerationbroadcastingnetwork，简称ngb)作为适合我国国情的、“三网融合”的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络，是引领和支撑三网融合发展的重要手段。其中ngb无线系统(ngb-wireless，简称ngb-w)需要结合广播电视无线传输技术和无线宽带通信技术的优势，为了满足用户的综合业务需求，ngb-w应提供单向广播、数据推送、双向互动和宽带双向接入等网络服务。

为了满足ngb-w的各种业务需求，需要ngb-w无线网络具备高效的传输技术，比如：支持多种工作频段、不小于100公里的单频组网半径、抗干扰能力等各项关键技术。如果采用传统的单塔覆盖方式，对发射机的输出功率及塔高都有非常严格的要求，必然造成设备成本及复杂性的增加和可靠性的降低，因此一种低成本、简单可靠的中继装置是非常必要的。

同时为了支持各种业务，还需要ngb-w网络覆盖不同的地域场景，比如：公共场所、建筑物深室内、民航、铁路、公路等，针对这种具有大范围移动性的传统无线广播电视业务覆盖盲区，一种低成本、简单可靠的中继装置能很好的满足ngb-w网络的覆盖率。

另外，在满足ngb-w网络覆盖率的同时，针对双向交互业务、移动互联网接入业务、紧急物联网业务、以及一些跨行业业务，比如城市交通、铁路等对延时要求较高的应用场景，还需要整个ngb-w网络具备低时延的特性。另外，目前的无线通信系统比如lte系统中，不管是转发器repeater还是中继器relay，都不能同时兼顾同频和异频工作、并满足低时延的要求，lte转发器repeater和lte中继器relay的原理图分别如图1和图2所示。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种低时延、支持同频和异频工作的无线中继装置。

本发明提供的一种无线中继装置，包括下行处理单元、上行处理单元和监控单元；所述下行处理单元，用于接收来自基站cap的第一射频信号，并变换到中频信号；将中频信号变换到第二射频信号，并发射给用户终端sta；所述上行处理单元，用于接收来自用户终端sta的第三射频信号，并变换到中频信号；将中频信号变换到第四射频信号，并发射给基站cap；所述监控单元，用于接收来自用户终端sta的射频信号，并变换到中频信号；对该中频信号进行处理和解析，获取中继需要的工作频率和信号带宽；根据工作频率和信号带宽指示设置射频信号的参数值。

本发明提供的一种实现异频无线中继的方法，在中继装置中设置下行处理单元、监控单元，包括：

所述下行处理单元接收来自基站(cap)的第一射频信号rf1，并变换到中频信号；再将所述中频信号变换到第二射频信号rf2，并发射给用户终端(sta)；

所述监控单元，接收来自基站(cap)的第五射频信号rf5，并将该rf5信号变换到中频信号；所述协议解析模块对该中频信号进行处理和解析，获取中继需要的工作频率和信号带宽；

根据所述工作频率和信号带宽指示设置所述第二射频信号rf2。

采用本发明提供的无线中继方法及装置，可以改变工作频段即支持同频和异频中继操作，低时延特性、抗干扰性、工作模式简单，并具备一定的多频段mesh功能。

本发明增加了系统监测通道，增强了中继装置的功能性，同时在降低使用难度的同时，又符合ngb-w网络的关键传输特性。本发明中系统监测通道除了能监测系统关键信息之外，还能监测环境的频谱资源。本发明中的发射和接收通道不是采用常规的lna和pa实现，而是增加了射频收发机(transceiver)，为中继装置工作在跟基站同频和异频提供了灵活的选择。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是现有技术中的转发器(repeater)原理示意图；

图2是现有技术中的中继器(relay)原理示意图；

图3是本发明实例中提供的中继装置架构示意图；

图4是本发明实施例中系统的帧结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

参照图3本发明实施例提供的一种实现异频无线中继的装置300，包括下行处理单元31、上行处理单元32和监控单元33；

下行处理单元31，具有第一接收模块和第一发射模块，其中，所述第一接收模块，用于接收来自基站cap的第一射频信号rf1，并变换到中频信号；所述第一发射模块将所述中频信号变换到第二射频信号rf2，并发射给用户终端sta；

其中第一接收模块负责将从cap端(基站)接收到的射频信号变换到中频信号，第一发射模块负责将rf1输出的中频信号变换到射频信号；

第一接收模块由(1)lna，(2)down-mixer，(3)rx-lpf，(4)pll构成。其中lna负责放大接收到的cap(基站)的弱射频信号；down-mixer负责把射频信号下变频到中频信号；rx-lpf负责根据信号的带宽，滤出干扰信号；pll负责产生中继对应的射频工作频段的本振(lo)信号；

第一发射模块由(5)tx-lpf，(6)up-mixer，(7)ppa，(8)pll构成。其中(5)tx-lpf接收rf1输出的中频信号，并根据信号的带宽，滤出干扰信号；(6)up-mixer负责把中频信号上变频到射频信号；(7)ppa负责放大发射的弱射频信号；(8)pll负责产生中继对应的射频工作频段的本振(lo)信号；

上行处理单元32，具有第二接收模块和第二发射模块，其中，所述第二接收模块，用于接收来自用户终端sta的第三射频信号rf3，并变换到中频信号；所述第二发射模块将所述中频信号变换到第四射频信号rf4，并发射给基站cap；

其中第二接收模块负责将从sta端(终端)接收到的射频信号变换到中频信号，第二发射模块负责将rf3输出的中频信号变换到射频信号；

第二接收模块由(9)pll，(10)lna，(11)down-mixer，(12)rx-lpf构成。其中10lna负责放大接收到的sta端(终端)的弱射频信号；(11)down-mixer负责把射频信号下变频到中频信号；(12)rx-lpf负责根据信号的带宽，滤出干扰信号；(9)pll负责产生中继对应的射频工作频段的本振(lo)信号；

第二发射模块由(13)tx-lpf，(14)up-mixer，(15)ppa，(16)pll构成。其中(13)tx-lpf接收rf3输出的中频信号，并根据信号的带宽，滤出干扰信号；(14)up-mixer负责把中频信号上变频到射频信号；(15)ppa负责放大发射的弱射频信号；(16)pll负责产生中继对应的射频工作频段的本振(lo)信号；

监控单元33，监听cap端(基站)的信号，负责产生txen和rxen信号，控制中继站完全按照系统的帧结构中的上下行时序对射频信号进行中继。本发明实施例中，系统的帧结构如图4所示。

发射：使用rxen信号使能中继站的发射通道。

接收：使用txen信号使能中继站的接收通道。

这样，整个系统工作时，cap(基站)的发射的下行信号，通过中继站的桥接，无缝的传送到sta端(终端)；同理，sta(终端)发送的上行信号，也能通过中继站的桥接，无缝的传送到cap端(基站)。中继站对整个系统来说是透明的。

所述监控单元包括第三接收模块和第三发射模块、以及协议解析模块、监控模块mcu；其中，

所述第三接收模块，用于接收来自用户终端sta的第五射频信号rf5，并将该rf5信号变换到中频信号；所述协议解析模块对该中频信号进行处理和解析，获取中继需要的工作频率和信号带宽；

所述监控模块mcu用于根据所述工作频率和信号带宽指示设置所述第二射频信号rf2和第四射频信号rf4的参数值。

若进行同频转发中继，则所述监控模块mcu指示将所述第二射频信号rf2设置为与第一射频信号rf1相同的频率，经射频放大器进行放大后发射；和/或

所述监控模块mcu指示将所述第四射频信号rf4设置为与第三射频信号rf3相同的频率，经射频放大器进行放大后发射。

所述监控模块按照系统的物理帧结构中的上下行时序控制所述下行处理单元和/或所述上行处理单元发射所述射频信号，实现中继。

另外，若进行同频转发中继，则将所述第一射频信号rf1和/或第三射频信号rf3经射频放大器进行放大后，直接发射。

本发明一种实现异频无线中继的方法，在中继装置中设置下行处理单元、监控单元，包括：

所述下行处理单元接收来自基站(cap)的第一射频信号rf1，并变换到中频信号；再将所述中频信号变换到第二射频信号rf2，并发射给用户终端(sta)；

所述监控单元接收来自基站(cap)的第五射频信号rf5，并将该rf5信号变换到中频信号；所述协议解析模块对该中频信号进行处理和解析，获取中继需要的工作频率和信号带宽；

根据所述工作频率和信号带宽指示设置所述第二射频信号rf2。

若进行同频转发中继，则所述监控模块mcu指示将所述第二射频信号rf2设置为与第一射频信号rf1相同的频率，经射频放大器进行放大后发射。

在中继装置中还设置有上行处理单元，该方法还包括：

所述上行处理单元，接收来自用户终端sta的第三射频信号rf3，并变换到中频信号；将所述中频信号变换到第四射频信号rf4，并发射给基站cap；

所述监控单元，根据所述工作频率和信号带宽指示设置所述第四射频信号rf4的参数值。

所述监控模块mcu指示将所述第四射频信号rf4设置为与第三射频信号rf3相同的频率，经射频放大器进行放大后发射。

所述监控模块按照系统的物理帧结构中的上下行时序控制所述下行处理单元和/或所述上行处理单元发射所述射频信号，实现中继。

与现有技术中的方案相比，本发明具有以下的优点：

1)可以改变工作频段即支持同频和异频中继操作

现有lte等系统的repeater或直放站等设备只能工作在跟基站同一个频段下，对于某些特定频率资源受限的场景就会受到影响。而本专利中的rf1、rf2、rf3和rf4是采用射频收发机(transceiver)实现的，其工作频率是可以通过软件灵活可配置的，达到可以灵活的改变工作频段，达到即可跟基站同频工作，也可以异频工作的目的。

中继装置的工作频率是通过配置pll(锁相环)来实现的。如下中继系统框图-图3中的频率f1和f2相同，则中继装置为同频工作；如果频率f1和f2不相同，则中继装置为异频工作；

同时中继是工作在同频还是异频，是从监听通道解析出的同频异频标志位中得到的。如果同频异频标志位为1，则要求中继同频工作；

如果同频异频标志位为0，则要求中继异频工作；同时结合中继监听通道得到的频谱环境和系统要求的临近信道的保护间隔来决定最终的异频频率；比如，如果系统要求的临近信道的保护间隔为20mhz，则中继装置异频工作时，f1＝f2±20mhz；

2)低时延特性

现有lte等系统的relay，不管是type2或者type3，都需要对数据进行解码和解调出来，额外增加了系统的时延，如果采用多级中继，就造成系统的异常；而本专利对信号的处理是：把rf1的射频信号下变频到模拟中频信号，然后在通过rf2上变频到射频信号，整个信号在中继装置中的传输，最多us级别。在确保同频工作的同时，有保证了系统的低时延特性，为ngb-w的单频覆盖不小于120公里的覆盖提供了保障。

从cap(基站端)来的射频信号，进入中继后，只是从射频(高频)变换到低频，然后又从低频变频到中频，信号经历的时延仅仅是电路的响应时延和信号的路径传输时延(速度为近似为光速：3x10⁸m/s)，所以由中继装置引入的信号时延很低。

3)抗干扰性

对于某些特定场景下的应急通信，本专利的射频收发机rf5和协议解析器+mcu模块组成的监听链路，可以预先扫描频谱资源，把中继后的频率选定在无干扰的频谱上，保障应急通信的成功。

由于中继的监听通道可以获得空中的电磁信号的功率，区分出没有干扰的频段，同时配置射频pll工作在没有干扰的频段，这样起到了抗干扰的目的；

4)工作模式简单

本发明的中继装置上电进入监听模式，利用射频收发机rf5和协议解析器+mcu模块组成的监听链路，通过无线的方式自动获取需要的工作频段和信号带宽及接收端的信号功率后，进入中继工作模式，配置对应的工作频率、设置对应的接收和发射增益。不需要外部设置软件的参与，只需要保证中继装置和上级cap之间的无线链路信号正常。

5)具备一定的多频段mesh功能

对于ngb-w系统来说，除了vhf和uhf工作频段之外，可能还有其他的工作频段，如果其他工作频段的无线链路中断时，还可以利用此中继装置，利用监测到的系统转发或mesh要求，中继装置进入对应的频段，中继无线链路。

本发明增加了系统监测通道，增强了中继装置的功能性，同时在降低使用难度的同时，又符合ngb-w网络的关键传输特性。

本发明中系统监测通道除了能监测系统关键信息之外，还能监测环境的频谱资源。

本发明中的发射和接收通道不是采用常规的lna和pa实现，而是增加了射频收发机(transceiver)，为中继装置工作在跟基站同频和异频提供了灵活的选择。

本领域技术人员可以明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性的方法步骤和装置单元均可以电子硬件、软件或二者的结合来实现。为了清楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的步骤和单元均以其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实现依赖于特定的应用和整个系统所实现的设计约束。本领域技术人员能够针对每个特定的应用，以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结果不应解释为背离本发明的范围。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。