发明内容

本发明是为了解决现有直放站电路及工作原理相对复杂，生产制造成本高的问题，提供一种5G直放站信号处理方法，直接对5G射频信号放大，不需要上下变频，直接进行射频信号直放处理；通过设置多个直放站分腔，适用于移动、电信、联通不同的5G频带的直放处理；上下行电路通过同步电路控制导通、关闭，并设置自动增益控制系统，有效防止环路饱和，防止同频干扰；设置网络管理系统，便于多个直放站的管理，调整输出功率，适合大规模生产生以解决写字楼、地下大面积停车场、复杂地下通道的5G信号的盲区问题。

本发明提供一种5G直放站信号处理方法：包括如下步骤：

S1、前向天线1接收下行射频信号：前向天线收到5G下行射频信号交由下行接收机接收，5G下行射频信号经滤波耦合后输送至同步电路，同步电路上电进行小区搜索，先搜索PSS和SSS，获得小区组ID，然后得到时间和频率同步，接下来读取MIB和SIB信息，在SIB信息中得到TDDH的上下行时隙比，并间隔输出5G下行链路控制信号和5G上行链路控制信号；

S2、下行链路导通：5G下行链路控制信号控制射频开关导通下行链路，此时上行链路关闭，5G下行射频信号依次经过导通的射频开关、低噪声放大、驱动放大、抑制环路饱和、功率放大、经过下一个导通的射频开关后并再次滤波由后向天线发射，下行链路通过分腔隔离防止同频干扰；

S3、上行链路导通：5G上行链路控制信号控制射频开关导通上行链路，此时下行链路关闭，后向天线收到5G上行射频信号交由上行接收机接收，5G上行射频信号依次经过导通的射频开关、低噪声放大、驱动放大、抑制环路饱和、功率放大、经过下一个导通的射频开关后再次滤波由前向天线发射，上行链路通过分腔隔离防止同频干扰；

返回步骤S1，持续进行5G信号处理，直至5G信号处理全部完成。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，步骤S1中，同步电路包括射频通道和FPGA，射频通道用于接收5G下行射频信号，FPGA用于进行小区搜索并间隔输出5G下行链路控制信号和5G上行链路控制信号。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，步骤S2、S3中，抑制环路饱和的装置为环形器或者限幅器或者自动增益控制系统。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，

自动增益控制系统包括线性可变增益放大器、耦合器和AGC；

线性可变增益放大器用于进行功率放大，第二耦合器用于耦合输出至AGC，AGC用于调整线性可变增益放大器的GAIN电压，AGC的输入信号电平和设定值电压之间达到正确的平衡，线性可变增益放大器输出固定功率射频信号。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，步骤S2中，5G下行射频信号还经耦合器耦合输出至网管系统；

步骤S3中，5G上行射频信号还经耦合器耦合输出至网管系统；

还包括步骤S4：

S4、网管系统监控：网管系统对信号、电路和电源状态进行监控及调整；

S41、信号监控及调整：网管系统接收5G下行射频信号和5G上行射频信号，进行信号状态状态检测，并通过蓝牙、网口与计算机或手机APP连通，远程监控信号状态；计算机或手机APP发出调整信号状态的指令时，网管系统通过电连接线性可变增益放大器调整输出功率；

S42、电路监控及调整：网管系统接收5G下行射频信号和5G上行射频信号，进行电路状态检测，并通过蓝牙、网口与计算机或手机APP连通，远程监控电路状态；

S43、电源状态监控及调整：网管系统进行电源状态检测，并通过蓝牙、网口与计算机或手机APP连通，远程监控电源状态；当计算机或手机APP发出直放站休眠或关机指令时，网管系统控制直放站休眠或关机。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，

S1、前向天线1接收下行射频信号：前向天线收到5G下行射频信号交由下行接收机接收，5G下行射频信号经耦合后输送至同步电路，同步电路上电进行小区搜索，先搜索PSS和SSS，获得小区组ID，然后得到时间和频率同步，接下来读取MIB和SIB信息，在SIB信息中得到TDDH的上下行时隙比，并间隔输出5G下行链路控制信号和5G上行链路控制信号，当5G下行链路控制信号控制对应频率范围的下行链路导通时进入步骤S2，当5G上行链路控制信号控制对应频率范围的上行链路导通时进入步骤S3；

S2、下行链路导通：5G下行链路控制信号控制射频开关导通对应频率范围的下行链路，此时上行链路和其他频率范围的下行链路关闭，5G下行射频信号经过第一多工器后输出至对应频率范围的下行链路，依次经过导通的射频开关、低噪声放大、驱动放大、抑制环路饱和、功率放大、经过下一个导通的射频开关后再次滤波，再经过第二多工器由后向天线发射，下行链路通过分腔隔离防止同频干扰；

S3、上行链路导通：5G上行链路控制信号控制射频开关导通对应频率范围的上行链路，此时下行链路和其他频率范围的上行链路关闭，后向天线收到5G上行射频信号交由上行接收机接收，5G上行射频信号经过第一多工器后输出至对应频率范围的下行链路，依次经过导通的射频开关、低噪声放大、驱动放大、抑制环路饱和、功率放大、经过下一个导通的射频开关后再次滤波，再经过第二多工器由前向天线发射，上行链路通过分腔隔离防止同频干扰；返回步骤S1，持续进行信号处理，直至5G信号处理全部完成。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，

步骤S1中，5G上行链路控制信号频率范围包括：2515MHz-2675MHz频段、3400MHz-3500MHz频段和3500MHz-3600MHz频段；

步骤S2中，第一多工器和第二多工器均为三工器，下行链路包括三条，分别对应2515MHz-2675MHz频段、3400MHz-3500MHz频段和3500MHz-3600MHz频段；

步骤S3中，第一多工器和第二多工器均为三工器，上行链路包括三条，分别对应2515MHz-2675MHz频段、3400MHz-3500MHz频段和3500MHz-3600MHz频段。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，步骤S2中，5G下行射频信号经耦合器耦合输出至网管系统；

步骤S3中，5G上行射频信号经耦合器耦合输出至网管系统；

还包括步骤S4：

S4、网管系统监控：网管系统对信号、电路和电源状态进行监控及调整；

S41、信号监控及调整：网管系统接收5G下行射频信号和5G上行射频信号，进行信号状态状态检测，并通过蓝牙、网口与计算机或手机APP连通，远程监控信号状态；计算机或手机APP发出调整信号状态的指令时，网管系统通过电连接线性可变增益放大器调整输出功率；

S42、电路监控及调整：网管系统接收5G下行射频信号和5G上行射频信号，进行电路状态检测，并通过蓝牙、网口与计算机或手机APP连通，远程监控电路状态；

S43、电源状态监控及调整：网管系统进行电源状态检测，并通过蓝牙、网口与计算机或手机APP连通，远程监控电源状态；计算机或手机APP发出直放站休眠或关机指令时，网管系统控制直放站休眠或关机。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，步骤S1中，射频开关为级联的多级开关；

步骤S2、S3中分腔隔离为：低噪声放大的装置和驱动放大的装置放置在同一个腔体里，抑制环路饱和的装置和功率放大的装置放置在同一个腔体里，滤波装置和射频开关放置在同一腔体里或者不分腔隔离。

本发明所述的一种5G直放站信号处理方法，作为优选方式，步骤S1中，5G下行链路控制信号为下行时隙高电平，5G上行链路控制信号为上行时隙高电平；

后向天线发射5G下行射频信号后2us同步电路停止输出5G下行链路控制信号，再延迟3us后同步电路输出5G上行链路控制信号

物理小区ID(Physical Cell Identities，PCI)，用于区分不同的小区。PSS的全称是Primary Synchronization Signal，即主同步信号，用于传输组内ID即N(2)_ID值。SSS的全称是Secondary Synchronization Signal，即辅同步信号，用于传输组ID即N(1)_ID值。

系统信息是小区级别的信息，即对接入该小区的所有UE生效。系统信息可分为MIB(MasterInformationBlock)和多个SIB(SystemInformationBlock)，每个系统信息包含了与某个功能相关的一系列参数集合。

LNA(Low Noise Amplifier)低噪声放大器。因为接收电路中的信噪比通常是很低的，往往信号远小于噪声，通过放大器的时候，信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理，这就要求放大器能够抑制噪声。LNA用在接收机由于对噪声要求很严格，所以bias较低，这样就能实现很小的NF和很高的效率。

PA(Power Amplifier功放)主要功能是功率放大，以满足系统要求，最重要的指标是输出功率大小，其次线性如何等等，一般用在发射机的最后一级。在手机中，PA加在主极天线发射端的天线开关与收发器中间；LNA加在主极天线接收端的天线开关与收发器中间，或者加在副极天线的天线开关与收发器中间，或者GPS天线与GPS中间。

5GNR是基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础。2015年8月，高通推出的5GHz以下5GNR原型系统和试验平台，是推动5G迈向商用非常重要的一步。5GHz这段频段是基于5G达到优质覆盖非常重要的关键，高通在这个原型系统上面应用非常多的技术。

5G移动网络与早期的2G、3G和5G移动网络一样，5G网络是数字蜂窝网络，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为蜂窝的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。蜂窝中的所有5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵和低功率自动收发器(发射机和接收机)进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的蜂窝中可以重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个蜂窝穿越到另一个蜂窝时，他们的移动设备将自动“切换”到新蜂窝中的天线。

5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达8Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的5G LTE蜂窝网络快80倍。另一个优点是较低的网络延迟(更快的响应时间)，低于1毫秒，而5G为30-60毫秒。由于数据传输更快，5G网络将不仅仅为手机提供服务，而且还将成为一般性的家庭和办公网络提供商，与有线网络提供商竞争。以前的蜂窝网络提供了适用于手机的低数据率互联网接入，但是一个手机发射塔不能经济地提供足够的带宽作为家用计算机的一般互联网供应商。

限幅器(Limiter)是指能按限定的范围削平信号电压波幅的电路，又称削波器。限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平(称作限幅电平)，且再不随输入电压变化。

transceiver:无线电收发两用机：安装在一个部件上并共用一部分相同电路的无线电发报机和收报机，通常便携或机动使用。

5G同步电路原理：

5G RF前端包括滤波、低噪放等电路，Transceiver电路支持多射频N41\N77N78频段处理，基带处理部分通过FPGA(DSP)解算输出上下行时隙。串口配置5G NR的制式，频段、小区信息配置等。同时可以读取频段、小区信息等。频段锁定和失锁指示电平提示(高电平)。

同步电路上电后进行小区搜索，先搜索PSS和SSS，得到小区组ID，然后更加精确的时间和频率同步。接下来读取MIB和SIB信息，在SIB信息中得到TDDH的上下行时隙比。

上下行时隙格式为：D/S/U/D/D。

5G NR的上下行时隙比格式比4G丰富。对于直放站需要提供精准的上下行同步定时才能正常工作。5G NR的一个无线帧10ms，由两个半帧构成，每个半帧长度为5ms。第一个半帧长5ms、包含子帧#0～#4，第二个半帧长5ms、包含子帧#5～#9。结构是固定的。

5G NR的子载波间隔，是可以灵活配置的，可配置为2μ*15KHz，范围15KHz～240KHz。

直放站的LNA和PA开关切换转换点上需要避免同时打开的问题，同步电路与基站的实际空口距离不确定，上行和下行切换点的处理：在下行结束的2us后将下行时隙指示关闭，再延迟3us打开上行时隙指示；在上行时隙结束到下行时隙开始的转换点，先将上行时隙指示关闭后，延迟3us打开下行时隙指示。

AGC工作原理：

在AGC回路中操作线性可变增益放大器，输出射频的样本必须反馈到检测器(通常使用定向耦合器和附加衰减)。当VOUT连接到的GAIN引脚时，对检测器的VSET输入施加一个设定值电压。基于定义的线性dB值，是探测器VSET和射频输入信号相关,探测器调整GAIN电压(检测器的输出VOUT是一个误差放大器输出),直到水平RF输入对应于应用选点电压(VSET)。增益设定值使检测器的输入信号电平和设定值电压之间达到正确的平衡。

前向天线(接收)下行接送机。接收射频信号经过耦合器，耦合端到同步电路，进行小区搜索，解算上下行时隙，输出时隙电平控制射频开关；射频信号通过多工器后传输至接收射频信号对应的直放站分腔。直通端经过下行射频开关，下行时隙电平开启下行射频开关，通过下行低噪放、驱动放大器、AGC、可变增益功放(功放+可变衰减器)、耦合器、又经过射频开关开启、滤波器、多工器隔离后下行到后向天线(发射)，上行射频开关关闭；后向天线(接收)上行。接收射频信号经过多工器输送至滤波器、上行时隙电平开启射频开关，通过上行低噪放、驱动放大器、AGC、可变增益功放(功放+可变衰减器)、耦合器、又经过射频开关开启，下行射频开关关闭、又经过滤波器、多工器、耦合器上行到前向天线(发射)。AGC可以保护环路不被饱和的功能。同时使下行和上行输出固定功率。

网管系统包括电路状态检测和控制系统，采用微控制单元(MCU)进行控制，包括模数转换器。

网管系统用于检测电源系统的工作状态，检测直放站是否和基站同步状态、频点和信号强度，检测工作温度，自动开启散热系统。

上下功率采集系统，分别获取N41/N77/N78/N79上下行功率，并AD转换到MCU的处理器。MCU对数据进行计算和整理，通过蓝牙模块、WIFI模块、以太网模块传输；电源检测系统对工作电压、电流进行采集，交付给MCU功耗计算，检测电源工作动态。温控系统。通过温度传感器采集系统的工作环境温度，交付MCU进行管理。

检测状态数据通过wifi、蓝牙、网口和计算机或手机APP连接，可以远程检测产品的工作状态进行管理。包括温度、电源状态、信号功率、频点。可以通过APP(或计算机)调整上行和下行功率，可以手动或自动控制散热系统。控制直放站主机休眠或关机，并对移动、联通、电信通道进行控制(关闭和开启)，达到节能减排效果。

本直放站动态范围为：-90—-30dBm，适用于n41\n77\n78\79或其他TDD系统，隔离度大于170dB，输出最大和固定23dBm。可以增大输出功率，要增加环路隔离度，在前向和后向加环形器或射频开关。

应用：使用于复杂环境的5G信号覆盖。写字楼，地下大面积停车场，复杂地下通道。

本发明具有以下优点：

(1)上下行链路没有使用变频技术，而是将5G信号直放处理；并联多个直放站分腔，分别处理移动、电信、联通的信号；利用独立的同步电路处理TDD，上下行信多射频开关组合逻隔离度高；通过分腔隔离，有效提高隔离度，同时防止同频干扰；

(2)通过设置环路饱和系统，解决放大器之间环路耦合问题，防止同频干扰；AGC后级增加增益，可增加输出功率，同时使下行链路和上行链路输出固定功率。

(3)设置网管系统，可远程监控直放站工作状态，调整输出功率，设置休眠或关机。

(4)工作电压5.5V，适用于5G的n41\n77\n78\n79频段，适合各种功率的5G直放站和微功率站的射频前端。