一种无线通信同频转发系统及方法

技术领域

本发明涉及对无线通信领域，尤其涉及一种无线通信同频转发系统及方法。

背景技术

由于电磁波的传输损耗，无线信号的覆盖范围是有限的，因而会造成很多区域信号微弱或没有信号，形成信号盲区。这一现象在山区中特别明显，山区中由于隧道、弯道、山坡等的阻挡，极易形成信号盲区和弱场区。特别在隧道中，无线信号更是覆盖范围有限。而在隧道开通施工过程中，由于对讲机单机信号覆盖范围有限，隧道内外人员、区间人员的通信则更是困难。为解决隧道开通施工时内外人员的通信问题，通常采用无线同频转发设备对弱场区进行信号放大与转发。现有的实现无线同频转发的设备主要有具备自激干扰抵消系统(Interference cancellation system,ICS)功能的无线信号直放站。ICS无线直放站由施主天线、RF接收模块、数字信号处理模块、RF发射模块、转发天线构成，无线直放站通过施主天线从空间接收信号，处理后再通过转发天线发射信号形成覆盖，其主要应用在弱场区，实现信号放大转发的功能。ICS无线直放站采用的是软件无线电及数字信号处理技术，实现有一定的技术门槛，且ICS技术并不能完全消除同径干扰，所以直放站安装时需要施主天线及转发天线具备一定的隔离度，其增加了设备安装的难度，另外，无线直放站一般为单个设备，导致其覆盖范围有限。综上，现有的无线同频转发设备——ICS无线直放站在隧道应用中仍存在以下问题：造价成本高、技术实现难度大、设备安装复杂、覆盖范围有限等。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种无线通信同频转发系统及方法，针对弱场区进行信号覆盖和增强，同时实现同频信号转发，扩大信号的覆盖范围。

第一方面，本发明提供了一种无线通信同频转发系统，包括依次间隔连接的复数个转发装置；

每一所述转发装置包括同频收发天线、环形器、射频模块、射频开关、电源模块和数字信号处理模块；

所述射频模块包括上行通道的低噪声放大器和下行通道的功率放大器，所述环形器分别与同频收发天线、低噪声放大器和功率放大器连接，所述数字信号处理模块分别与低噪声放大器、功率放大器和射频开关连接，所述射频开关与射频模块连接，所述电源模块分别与环形器、射频模块、射频开关和数字信号处理模块连接。

进一步的，所述同频收发天线通过射频电缆与环形器的第一端口相连，所述低噪声放大器的输入端通过射频电缆与所述第一端口的下一个端口连接，所述低噪声放大器的输出端通过射频电缆与数字信号处理模块相连，所述数字信号处理模块通过射频电缆与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端通过射频电缆与环形器剩余端口相连。

进一步的，所述数字信号处理模块设有2个光纤接口，所述转发装置与相邻的转发装置通过光纤连接。

进一步的，所述转发装置还包括存储单元。

进一步的，所述射频开关与射频模块集成在同一集成单元中，实现对所述射频模块中上下行通道的切换。

第二方面，本发明提供了一种无线通信同频转发方法，需提供如上所述的无线通信同频转发系统，所述方法包括如下步骤：

步骤1、同频收发天线在接收到手持台或基站发送的上行信号之后，通过环形器发送至低噪声放大器，所述低噪声放大器对信号进行放大后，将信号传输至数字信号处理模块；

步骤2、所述数字信号处理模块将接收到的模拟信号转换为数字信号，排除噪声信号和干扰信号后，对所述信号进行信号滤波，将所述信号传输至组网中的其它转发装置；

步骤3、当一转发装置接收到由组网中其它转发装置传来的上行信号时，对所述上行信号进行功率检测，若功率小于信号门限值，则丢弃；否则，通过射频开关关闭本机上行接收通道，使得本机不再接收信号，并在预设的第一延时时间到达后打开下行通道，将信号数据转换为模拟信号后，发送至下行的功率放大器，经过环形器由同频收发天线对信号进行发射，在信号发射完成后，重新通过射频开关关闭下行通道，在预设的第二延时时间到达后打开本机上行接收通道，使设备处于接收状态。

进一步的，所述步骤2之后还包括，将所述信号数据存储至当前转发装置，在当前转发装置空闲时再将存储的信号数据通过下行通道发送至当前转发装置下的手持台。

进一步的，所述噪声信号的排除方式具体如下：

对信号功率进行检测，若信号功率大于一预设门限值，则判为非噪声信号，否则，判为噪声信号，丢弃所述噪声信号。

进一步的，所述干扰信号的排除方式具体为：

在确定为非噪声信号后，通过对信号持续时间进行统计，若n次信号持续时间超过一预设时间的，则判为非干扰信号，否则判为干扰信号，丢弃所述干扰信号，其中，n为一预设的次数值，n≥1。

或者在确定为非噪声信号后，设置延时发送时间，对数据进行延时发送。

本发明的优点在于：

1、无需使用ICS等复杂的数字信号处理技术可实现信号的同频转发，解决现有信号弱区和信号盲区的问题，且可灵活组网，满足超长距离通信，实现信号区域全覆盖；

2、采用射频开关对上下行通道进行切换时，通过设置一定延时后再进行开关切换，有效提升了系统安全及可靠性；

3、采用同频收发天线设置，节省设备成本，同时方便安装维护；

4、通过数字信号处理模块可实现对信号进行功率统计且设置接收信号功率门限，减轻了噪声信号对系统的影响，并通过对信号持续时间进行统计且该时间可设，消除了干扰信号对系统的影响；

5、在数字处理模块中使用选频技术可以消除邻道信号对通信频点的影响，提高信号传输质量。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种无线通信同频转发系统的结构示意图。

图2为本发明中转发装置的结构示意图。

图3为本发明中转发装置信号收发示意图。

图4为本发明一种无线通信同频转发方法的执行流程图。

图5为本发明一种无线通信同频转发方法中上行通道数据处理流程图。

图6为本发明一种无线通信同频转发方法中下行通道数据处理流程图。

图7为本发明系统在一实施例中的使用状态示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本发明的一种无线通信同频转发系统，包括依次间隔连接的复数个转发装置10，具体的，两相邻转发装置10之间的间隔根据实际需要设置，比如500m、1000m等；

每一所述转发装置10包括同频收发天线11、环形器12、射频模块13、射频开关14、电源模块15和数字信号处理模块16；

所述射频模块13包括上行通道的低噪声放大器131和下行通道的功率放大器132，所述环形器12分别与同频收发天线11、低噪声放大器131和功率放大器132连接，所述数字信号处理模块16分别与低噪声放大器131、功率放大器132和射频开关14连接，所述射频开关14与射频模块13连接，收发电平信号，所述电源模块15分别与环形器12、射频模块13、射频开关14和数字信号处理模块16连接。

较佳的，所述同频收发天线11通过射频电缆与环形器12的第一端口相连，所述低噪声放大器131的输入端通过射频电缆与所述第一端口的下一个端口(顺时针)连接，所述低噪声放大器131的输出端通过射频电缆与数字信号处理模块16相连，所述数字信号处理模块16通过射频电缆与所述功率放大器132的输入端相连，所述功率放大器132的输出端通过射频电缆与环形器12剩余端口相连。

较佳的，所述数字信号处理模块16设有2个光纤接口17，具备两路光纤数据收发通道，所述转发装置10与相邻的转发装置10通过光纤连接。

较佳的，所述转发装置10还包括存储单元，用于存储信号数据。

较佳的，所述射频开关14与射频模块13集成在同一集成单元中，实现对所述射频模块中上下行通道的切换。

如图4至图6所示，本发明的一种无线通信同频转发方法，需提供如上所述的无线通信同频转发系统，所述方法包括如下步骤：

步骤1、同频收发天线在接收到手持台或基站发送的上行信号之后，通过环形器发送至低噪声放大器，所述低噪声放大器对信号进行放大后，将信号传输至数字信号处理模块；

步骤2、所述数字信号处理模块将接收到的模拟信号转换为数字信号，排除噪声信号和干扰信号后，对所述信号进行信号滤波，将所述信号传输至组网中的其它转发装置；

步骤3、当一转发装置接收到由组网中其它转发装置传来的上行信号时，对所述上行信号进行功率检测，若功率小于信号门限值，则丢弃；否则，通过射频开关关闭本机上行接收通道，使得本机不再接收信号，以避免出现自激，并在预设的第一延时时间到达后打开下行通道，将信号数据转换为模拟信号后，发送至下行的功率放大器，经过环形器由同频收发天线对信号进行发射，在信号发射完成后，重新通过射频开关关闭下行通道，在预设的第二延时时间到达后打开本机上行接收通道，使设备处于接收状态。

较佳的，所述步骤2之后还包括，将所述信号数据存储至当前转发装置，在当前转发装置空闲时再将存储的信号数据通过下行通道发送至当前转发装置下的手持台。

较佳的，所述噪声信号的排除方式具体如下：

对信号功率进行检测，若信号功率大于一预设门限值，则判为非噪声信号，否则，判为噪声信号，丢弃所述噪声信号。

较佳的，所述干扰信号的排除方式具体为：

在确定为非噪声信号后，通过对信号持续时间进行统计，若n次信号持续时间超过一预设时间的，则判为非干扰信号，否则判为干扰信号，丢弃所述干扰信号，其中，n为一预设的次数值，n≥1。

或者在确定为非噪声信号后，设置延时发送时间，对数据进行延时发送。

较佳的，所述组网中各转发装置之间采用通用无线接口(Common Public RadioInterface,CPRI)协议进行信号数据的封装与传输。

下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明：

如图7所示，在本发明的一较佳实施例中，在施工的隧道内部署本发明无线通信同频转发系统及组网的示意图，该系统的近端机(第一个转发装置)部署在隧道入口处，其余远端机(其余的转发装置)间隔500m部署在隧道内，近端机与远端机之间通过链型组网连接。

在一具体场景下，比如某一远端机A下的手持台B希望与其他手持台进行通话，则向其距离最近的一转发装置的同频收发天线发送上行信号(图中RX表示转发装置接收手持台信号，TX表示转发装置发送信号给手持台)，经对应的环形器后信号发送至低噪声放大器，低噪声放大器对信号放大后传输至数字处理模块，数字处理模块将模拟信号转换为数字信号，对信号功率进行检测，当信号功率大于所设置的信号门限时(具体的信号门限值根据实际情况设置)，对信号持续时间进行统计，否则将信号判断为噪声信号丢弃，当信号的持续时间超过30ms(具体根据实际传输的信号情况进行调整)时，对信号数据进行信号滤波，通过CPRI协议将信号数据由光纤传输至组网中其他的远端机和近端机(图中FRX表示转发装置通过光纤接收来自其他转发装置信号，RTX表示转发装置通过光纤发送信号给其它转发装置)，若信号的持续时间未超过30ms，则将信号判定为干扰信号丢弃；而本机则存储信号数据，在本机设备空闲时再将存储的信号数据通过下行通道发送至本机下的手持台，由此实现本机转发，远端机A下的其他手持台也接收到该手持台发送的话音信号，对信号进行解调，播放该手持台发送的话音。

其他远端机和近端机通过光纤接收到远端机A发送的信号后，通过其数字信号处理模块根据CPRI协议对数据进行解封装，然后再对信号进行功率检测，当信号功率大于所设置的信号门限(具体的信号门限值根据实际情况设置，可以与上面的门限值一致或不同)时，通过射频开关关闭本机上行接收通道，使得本机不再接收信号，所设延时时间到达后打开下行通道，将信号数据转换为模拟信号后，发送至下行功率放大器，再经环形器由同频收发天线对信号进行发射，使得其他的远端机和近端机下的手持台也能接收到远端机A转发的信号，并对信号进行解调，播放远端机A下手持台发送的话音，在完成信号发射后重新通过射频开关关闭下行通道，所设延时时间(此处延时时间与上面的延时时间根据需要设置成一致或不同，视具体情况而定)到达后打开本机上行接收通道，使设备处于接收状态。至此，其他所有手持台均收到远端机A下手持台发送的话音，完成通话。

其他远端机和近端机下手持台发起通话时，信号传输过程均与上述远端机A下手持台发起通话的过程一致。

需要说明的是，本发明中还可以将同频收发天线拆分为接收天线和发送天线，同样可以实现本发明的接收和发送同频信号的功能。

本发明的无线通信同频转发系统可通过数字信号处理模块的光纤接口进行组网，增加设备覆盖范围，当隧道施工范围进一步扩大时，可逐步增加组网设备，以达到信号全覆盖。本发明可以应用于隧道施工过程中施工人员之间的对讲机信号中继，也可以应用于隧道内施工人员与隧道外监控人员之间的对讲机信号中继。无需使用ICS等复杂的数字信号处理技术实现信号的同频转发，只需使用通用的单模光纤即可实现超长距离通信组网，进而实现区域全覆盖。该设备技术实现难度小、造价成本低、安装维护简单、组网覆盖范围广，在实际使用中可有效解决隧道等信号盲区及弱场区的问题。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。