一种基于LTE的非视距中继通信系统论文和设计-曹成报

全文摘要

本发明公开了一种基于LTE的非视距中继通信系统，包含第一LTE系统、第二LTE系统及中继终端；所述第一LTE系统分别与第一用户设备和中继终端通信连接，所述第二LTE系统分别与第二用户设备和中继终端通信连接。本发明能实现非视距的无线链路通信，通信距离较远，可提供较大的传输带宽，且成本低，同时使用的中继终端体积小、重量轻、功耗低，能适应各种环境的使用。

主设计要求

1.一种基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，包含第一LTE系统(1.1)、第二LTE系统(1.2)及中继终端(3)；所述第一LTE系统(1.1)与第一用户设备(4.1)和中继终端(3)通信连接，所述第二LTE系统(1.2)分别与第二用户设备(4.2)和中继终端(3)通信连接；所述第一LTE系统(1.1)，用于将本地覆盖小区内的第一用户设备(4.1)发送到目的地址是第二用户设备(4.2)的数据包通过第一中继小区(2.1)发送到中继终端(3)中，和用于接收由中继终端(3)发送的目的地址是第一用户设备(4.1)的数据包；所述第二LTE系统(1.2)，用于将本地覆盖小区内的第二用户设备(4.2)发送到目的地址是第一用户设备(4.1)的数据包通过第二中继小区(2.2)发送到中继终端(3)中，和用于接收由中继终端(3)发送的目的地址是第二用户设备(4.2)的数据包；所述第一中继小区(2.1)为所述第一LTE系统(1.1)中的第二射频单元(1.1b)产生的无线信号覆盖区域；所述第二中继小区(2.2)为所述第二LTE系统(1.2)中的第二射频单元(1.1b)产生的无线信号覆盖区域。

设计方案

1.一种基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，包含第一LTE系统(1.1)、第二LTE系统(1.2)及中继终端(3)；

所述第一LTE系统(1.1)与第一用户设备(4.1)和中继终端(3)通信连接，所述第二LTE系统(1.2)分别与第二用户设备(4.2)和中继终端(3)通信连接；

所述第一LTE系统(1.1)，用于将本地覆盖小区内的第一用户设备(4.1)发送到目的地址是第二用户设备(4.2)的数据包通过第一中继小区(2.1)发送到中继终端(3)中，和用于接收由中继终端(3)发送的目的地址是第一用户设备(4.1)的数据包；

所述第二LTE系统(1.2)，用于将本地覆盖小区内的第二用户设备(4.2)发送到目的地址是第一用户设备(4.1)的数据包通过第二中继小区(2.2)发送到中继终端(3)中，和用于接收由中继终端(3)发送的目的地址是第二用户设备(4.2)的数据包；

所述第一中继小区(2.1)为所述第一LTE系统(1.1)中的第二射频单元(1.1b)产生的无线信号覆盖区域；

所述第二中继小区(2.2)为所述第二LTE系统(1.2)中的第二射频单元(1.1b)产生的无线信号覆盖区域。

2.根据权利要求1所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述第一LTE系统(1.1)与第二LTE系统(1.2)均包含第一射频单元(1.1a)、第二射频单元(1.1b)、基带单元(1.1c)及EPC核心网(1.1d)，所述第一射频单元(1.1a)与第二射频单元(1.1b)均与基带单元(1.1c)电连接，所述基带单元(1.1c)与EPC核心网(1.1d)通信连接；

所述第一LTE系统(1.1)中的第一射频单元(1.1a)还与第一用户设备(4.1)通信连接，所述第二LTE系统(1.2)中的第一射频单元(1.1a)还与第二用户设备(4.2)通信连接；

所述第一LTE系统(1.1)中的第二射频单元(1.1b)还通过第一中继小区(2.1)与中继终端(3)通信连接，所述第二LTE系统(1.2)中的第二射频单元(1.1b)还通过第二中继小区(2.2)与中继终端(3)通信连接。

3.根据权利要求2所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述中继终端(3)由中继终端A(3.1)和中继终端B(3.2)组成，所述中继终端A(3.1)和中继终端B(3.2)均包含功放模块(3.11)、LTE模块(3.12)及路由模块(3.13)；

所述功放模块(3.11)与LTE模块(3.12)通信连接，所述LTE模块(3.12)与路由模块(3.13)通信连接；

所述中继终端A(3.1)中的功放模块(3.11)还与第一天线(5.1)通信连接，所述中继终端B(3.2)中的功放模块(3.11)还与第二天线(5.2)通信连接；

所述中继终端A(3.1)中的路由模块(3.13)与中继终端B(3.2)中的路由模块(3.13)通过网线通信连接。

4.根据权利要求3所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述功放模块(3.11)包含天线接口(3.11a)、射频隔离切换电路(3.11b)、发射放大电路(3.11c)、接收放大电路(3.11d)及射频收发接口电路(3.11e)；

所述天线接口(3.11a)与射频隔离切换电路(3.11b)电连接，所述射频隔离切换电路(3.11b)均与发射放大电路(3.11c)和接收放大电路(3.11d)电连接，所述发射放大电路(3.11c)和接收放大电路(3.11d)均与射频收发接口电路(3.11e)电连接，所述射频收发接口电路(3.11e)与LTE模块(3.12)通信连接；

所述中继终端A(3.1)中的天线接口(3.11a)还与第一天线(5.1)通信连接，所述中继终端B(3.2)中的天线接口(3.11a)还与第二天线(5.2)通信连接。

5.根据权利要求4所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述LTE模块(3.12)包含射频接口(3.12a)、射频放大收发电路(3.12b)、射频芯片(3.12c)及基带芯片(3.12d)；

所述射频接口(3.12a)一端与射频收发接口电路(3.11e)通信连接，另一端与射频放大收发电路(3.12b)电连接，所述射频放大收发电路(3.12b)与射频芯片(3.12c)电连接，所述射频芯片(3.12c)与基带芯片(3.12d)电连接，所述基带芯片(3.12d)与路由模块(3.13)通信连接。

6.根据权利要求5所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述路由模块(3.13)包含LTE模块接口(3.13a)、CPU(3.13b)及网络接口(3.13c)，所述LTE模块接口(3.13a)一端与基带芯片(3.12d)通信连接，另一端与CPU(3.13b)电连接，所述CPU(3.13b)与网络接口(3.13c)电连接；

所述中继终端A(3.1)中路由模块(3.13)的网络接口(3.13c)与中继终端B(3.2)中路由模块(3.13)的网络接口(3.13c)通过网线通信连接。

7.根据权利要求3所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述第一天线(5.1)和第二天线(5.2)均为高增益定向天线。

8.根据权利要求1所述的基于LTE的非视距中继通信系统，其特征在于，所述第一中继小区(2.1)与第二中继小区(2.2)的信号覆盖范围均不小于70km。

设计说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于LTE的非视距中继通信系统。

背景技术

目前的微波和无线网桥等设备只能支持视距通信，无法在非视距可达的两地建立通信链路，且通信距离受限，需要多跳才能实现远距离中继，成本过高，工程施工难度大，虽然卫星通信可以实现相关功能，但价格昂贵，带宽较低，无法满足低成本应用的需求。

发明内容

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于LTE的非视距中继通信系统，通过在两个本地LTE网络中分别增加一台射频收发设备构建一个中继小区，并在两个中继小区的覆盖重叠区域设置一台中继终端，中继终端使用两面高增益天线分别指向两个中继小区，实现两个中继小区的无线接入，从而打通两个本地LTE网络之间的数据通信链路。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于LTE的非视距中继通信系统，包含第一LTE系统、第二LTE系统及中继终端；

所述第一LTE系统分别与第一用户设备和中继终端连接，所述第二LTE系统分别与第二用户设备和中继终端通信连接；

所述第一LTE系统，用于将本地覆盖小区内的第一用户设备发送到目的地址是第二用户设备的数据包通过第一中继小区发送到中继终端中，和用于接收由中继终端发送的目的地址是第一用户设备的数据包；

所述第二LTE系统，用于将本地覆盖小区内的第二用户设备发送到目的地址是第一用户设备的数据包通过第二中继小区发送到中继终端中，和用于接收由中继终端发送的目的地址是第二用户设备的数据包；

所述第一中继小区为所述第一LTE系统中的第二射频单元产生的无线信号覆盖区域；

所述第二中继小区为所述第二LTE系统中的第二射频单元产生的无线信号覆盖区域。

在上述方案中，所述第一LTE系统与第二LTE系统均包含第一射频单元、第二射频单元、基带单元及EPC核心网，所述第一射频单元与第二射频单元均与基带单元电连接，所述基带单元与EPC核心网通信连接；

所述第一LTE系统中的第一射频单元还与第一用户设备通信连接，所述第二LTE系统中的第一射频单元还与第二用户设备通信连接；

所述第一LTE系统中的第二射频单元还通过第一中继小区与中继终端通信连接，所述第二LTE系统中的第二射频单元还通过第二中继小区与中继终端通信连接。

在上述方案中，所述中继终端由中继终端A和中继终端B组成，所述中继终端A和中继终端B均包含功放模块、LTE模块及路由模块；

所述功放模块与LTE模块通信连接，所述LTE模块与路由模块通信连接；

所述中继终端A中的功放模块还与第一天线通信连接，所述中继终端B中的功放模块还与第二天线通信连接；

所述中继终端A中的路由模块与中继终端B中的路由模块通过网线通信连接。

在上述方案中，所述功放模块包含天线接口、射频隔离切换电路、发射放大电路、接收放大电路及射频收发接口电路；

所述天线接口与射频隔离切换电路电连接，所述射频隔离切换电路均与发射放大电路和接收放大电路电连接，所述发射放大电路和接收放大电路均与射频收发接口电路电连接，所述射频收发接口电路与LTE模块通信连接；

所述中继终端A中的天线接口还与第一天线通信连接，所述中继终端B中的天线接口还与第二天线通信连接。

在上述方案中，所述LTE模块包含射频接口、射频放大收发电路、射频芯片及基带芯片；

所述射频接口一端与射频收发接口电路通信连接，另一端与射频放大收发电路电连接，所述射频放大收发电路与射频芯片电连接，所述射频芯片与基带芯片电连接，所述基带芯片与路由模块通信连接。

在上述方案中，所述路由模块包含LTE模块接口、CPU及网络接口，所述LTE模块接口一端与基带芯片通信连接，另一端与CPU电连接，所述CPU与网络接口电连接；

所述中继终端A中路由模块的网络接口与中继终端B中路由模块的网络接口通过网线通信连接。

在上述方案中，所述第一天线和第二天线均为高增益定向天线。

在上述方案中，所述第一中继小区与第二中继小区的信号覆盖范围均不小于70km。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)能实现非视距的无线链路通信，通信距离较远，且成本较低。

(2)采用本发明的LTE非视距中继通信系统，其理论覆盖范围高达107km，传输速率可达下行450Mbps，上行150Mbps，可提供较大传输带宽。

(3)中继终端的体积小、重量轻、功耗低，支持各种环境的使用。

附图说明

图1为本发明提供的基于LTE的非视距中继通信系统的示意图；

图2为图1中第一LTE系统的组成框图；

图3为图1中中继终端的组成框图；

图4为图3中功放模块的组成框图；

图5为图3中LTE模块的组成框图；

图6为图3中路由模块的组成框图；

图7为LTE的非视距中继通信系统的连接示意图一；

图8为LTE的非视距中继通信系统的连接示意图二。

图中：1.1、第一LTE系统；1.1a、第一射频单元；1.1b、第二射频单元；1.1c、基带单元；1.1d、EPC核心网；1.2、第二LTE系统；2.1、第一中继小区；2.2、第二中继小区；3、中继终端；3.1、中继终端A；3.11、功放模块；3.11a、天线接口；3.11b、射频隔离切换电路；3.11c、发射放大电路；3.11d、接收放大电路；3.11e、射频收发接口电路；3.12、LTE模块；3.12a、射频接口；3.12b、射频放大收发电路；3.12c、射频芯片；3.12d、基带芯片；3.13、路由模块；3.13a、LTE模块接口；3.13b、CPU；3.13c、网络接口；3.2、中继终端B；4.1、第一用户设备；4.2、第二用户设备；5.1、第一天线；5.2、第二天线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，为本发明提供的一种基于LTE的非视距中继通信系统，包含第一LTE系统1.1、第二LTE系统1.2及中继终端3，其中：

第一LTE系统1.1分别与第一用户设备4.1和中继终端3通信连接，第二LTE系统1.2分别与第二用户设备4.2和中继终端3通信连接；

第一LTE系统1.1，用于将本地覆盖小区内的第一用户设备4.1发送到目的地址是第二用户设备4.2的数据包通过第一中继小区2.1发送到中继终端3中，和用于接收由中继终端3发送的目的地址是第一用户设备4.1的数据包；

第二LTE系统1.2，用于将本地覆盖小区内的第二用户设备4.2发送到目的地址是第一用户设备4.1的数据包通过第二中继小区2.2发送到中继终端3中，和用于接收由中继终端3发送的目的地址是第二用户设备4.2的数据包；

其中，第一中继小区2.1为第一LTE系统1.1中第二射频单元1.1b产生的无线信号覆盖区域；

其中，第二中继小区2.2为第二LTE系统1.2中第二射频单元1.1b产生的无线信号覆盖区域。

如图1和如图2所示，第一LTE系统1.1与第二LTE系统1.2均包含第一射频单元1.1a、第二射频单元1.1b、基带单元1.1c及EPC核心网1.1d，第一射频单元1.1a与第二射频单元1.1b均与基带单元1.1c电连接，基带单元1.1c与EPC核心网1.1d通信连接；

第一LTE系统1.1中的第一射频单元1.1a还与第一用户设备4.1通信连接，第二LTE系统1.2中的第一射频单元1.1a还与第二用户设备4.2通信连接；

第一LTE系统1.1中的第二射频单元1.1b还通过第一中继小区2.1与中继终端3通信连接，第二LTE系统1.2中的第二射频单元1.1b还通过第二中继小区2.2与中继终端3通信连接。

如图3和图7所示，中继终端3由中继终端A 3.1和中继终端B 3.2组成，中继终端A3.1和中继终端B 3.2均包含功放模块3.11、LTE模块3.12及路由模块3.13；

功放模块3.11与LTE模块3.12通信连接，LTE模块3.12与路由模块3.13通信连接；

中继终端A 3.1中的功放模块3.11还与第一天线5.1通信连接，中继终端B 3.2中的功放模块3.11还与第二天线5.2通信连接；

中继终端A 3.1中的路由模块3.13与中继终端B 3.2中的路由模块3.13通过网线通信连接。

如图4和图8所示，功放模块3.11包含天线接口3.11a、射频隔离切换电路3.11b、发射放大电路3.11c、接收放大电路3.11d及射频收发接口电路3.11e；

天线接口3.11a与射频隔离切换电路3.11b电连接，射频隔离切换电路3.11b均与发射放大电路3.11c和接收放大电路3.11d电连接，发射放大电路3.11c和接收放大电路3.11d均与射频收发接口电路3.11e电连接，射频收发接口电路3.11e与LTE模块3.12通信连接；

中继终端A 3.1中的天线接口3.11a还与第一天线5.1通信连接，中继终端B 3.2中的天线接口3.11a还与第二天线5.2通信连接。

如图5和图8所示，LTE模块3.12包含射频接口3.12a、射频放大收发电路3.12b、射频芯片3.12c及基带芯片3.12d；

射频接口3.12a一端与射频收发接口电路3.11e通信连接，另一端与射频放大收发电路3.12b电连接，射频放大收发电路3.12b与射频芯片3.12c电连接，射频芯片3.12c与基带芯片3.12d电连接，基带芯片3.12d与路由模块3.13通信连接。

如图6和图8所示，路由模块3.13包含LTE模块接口3.13a、CPU 3.13b及网络接口3.13c，LTE模块接口3.13a一端与基带芯片3.12d通信连接，另一端与CPU 3.13b电连接，CPU3.13b与网络接口3.13c电连接；

中继终端A 3.1中路由模块3.13的网络接口3.13c与中继终端B 3.2中路由模块3.13的网络接口3.13c通过网线通信连接。

其中，第一天线5.1和第二天线5.2均为高增益定向天线。

其中，第一中继小区2.1与第二中继小区2.2的信号覆盖范围均不小于70km。

本发明基于LTE的非视距中继通信系统的通信过程如下：当两地的第一LTE系统1.1和第二LTE系统1.2上电后，第一LTE系统1.1下面的第一用户4.1通过本地覆盖小区接入第一LTE系统1.1，并被分配一个IP地址(如20.41.1.2)，中继终端A 3.1通过高增益定向第一天线5.1指向第一中继小区2.1的方向，并在远处搜索到第一中继小区2.1的信号，通过无线接入第一中继小区2.1所在的第一LTE系统1.1，并被分配一个IP地址(如30.41.1.3)；

第二LTE系统1.2下面的第二用户4.2通过本地覆盖小区接入第二LTE系统1.2，并被分配一个IP地址(如30.41.2.2)，中继终端B 3.2通过高增益定向第二天线5.2指向第二中继小区2.2的方向，并在远处搜索到第二中继小区2.2的信号，通过无线接入第二中继小区2.2所在的第二LTE系统1.2，并被分配一个IP地址(如30.41.2.3)；

中继终端A 3.1中的路由模块3.13配置有固定的IP地址(如192.168.1.100)，中继终端B 3.2中的路由模块3.13也配置有固定的IP地址(如192.168.1.200)，同时中继终端A3.1中的路由模块3.13与中继终端B 3.2中的路由模块3.13通过网线连接。

第一用户4.1与第二用户4.2需要进行业务通信时，第一用户4.1发出一个IP数据包，目的地址为第二用户4.2的IP地址(如30.41.2.2)，源地址为第一用户4.1的IP地址(如30.41.1.2)，该IP数据包通过LTE空口协议到达第一LTE系统1.1的基带单元1.1c中进行解调，然后将被解调出的IP数据包发送给第一LTE系统1.1中的EPC核心网1.1d，并由EPC核心网1.1d解出该IP数据包，同时判断该IP数据包的去向，被解出的IP数据包通过第一中继小区2.1发送给中继终端A 3.1，中继终端A 3.1中的LTE模块3.12接收到发送过来的IP数据包，然后根据中继终端A 3.1中LTE模块3.12配置的路由转发规则，将IP数据包转发给中继终端A 3.1中的路由模块3.13，中继终端A 3.1中的路由模块3.13根据内部配置的路由规则，通过网线将IP数据包发送给中继终端B 3.2中的路由模块3.13，中继终端B 3.2中的路由模块3.13接收到IP数据包后，根据内部配置的路由规则，将IP数据包发送到中继终端B3.2中的LTE模块3.12，根据中继终端B 3.2中LTE模块3.12内部配置的路由规则，并通过LTE空口协议将IP数据包发送到第二LTE系统1.2的基带单元1.1c中进行解调，然后将解调出的IP数据包发送给第二LTE系统1.2的EPC核心网1.1d，并由EPC核心网1.1d解出IP数据包，同时判断该IP数据包的去向，再根据第二LTE系统1.2中EPC核心网1.1d内部配置的数据发送规则，通过第二LTE系统1.2下的本地覆盖小区，将解出的IP数据包发送给覆盖小区内的第二用户4.2，从而实现了第一用户4.1到第二用户4.2的数据报文传送，同理第二用户4.2也可以向第一用户4.1发送报文，从而实现两个非视距超远距离覆盖系统下终端之间的相互通信。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明的说明书内容所作的等效流程变换，或直接或间接应用在其他相关技术领域，均同理包含在本发明的专利保护范围内。

设计图

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