CN211352455U - 一种带cpe功能的5g信号电梯覆盖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统，本实用新型通过从单元将接收到的5G信号进行转换，转换为5G信号和WiFi信号后同时转发，能够使电梯轿厢在满足5G信号电梯覆盖的同时，可以把5G信号转换为WiFi信号，使得终端用户不需要具备5G制式，也可以在电梯内享受到5G带来的高带宽和大流量。本实用新型的5G信号通过主单元和从单元进行了两级放大处理，信源信号稳定，同时系统增益高，使得电梯在上下运行过程中不会出现轿厢内无信号覆盖或信号忽大忽小的问题。本实用新型的主单元和从单元间采用无线传输，设备结构简单，安装便携，无需人工配置，安装人员不需要专业的工程经验。

Description

一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统

技术领域

本实用新型属于通信系统领域，具体涉及一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统。

背景技术

随着移动通信的快速发展，移动用户飞速增长，对话务密度和移动信号的覆盖要求也不断上升。但城市的发展也同时导致高层建筑越来越多，这些建筑物规模大、质量好，对移动信号有很强的屏蔽作用。在大型建筑物的电梯内，由于电梯井道墙体厚重、电梯轿厢多为金属体，信号衰减严重，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区，这就需要网络运营商专门针对电梯覆盖专门进行网络优化。

5G时代即将来临，全球主要运营商都在积极探索5G网络建设，其中电梯覆盖被认为是移动网络的高价值核心。5G相对于3G/4G而言频率更高，更高的频率意味着更大的传输损耗和穿透损耗，必然会导致5G信号在电梯轿厢内会产生更多的信号弱区和盲区。

现有的电梯覆盖一般分为两大类。

第一类为2G/3G/4G运营商网络覆盖。主要包括传统分布系统覆盖方式、随行轿厢覆盖方式和井顶无线覆盖方式。

传统分布系统覆盖方式把运营商2G/3G/4G无线信号通过射频馈缆引入电梯井道，在电梯井壁每隔3～4层布设一套覆盖天线，完成对电梯井道和电梯轿厢的无线覆盖。该覆盖方式技术成熟，但井道内工程施工难度大。另外，5G信号频率高，传统分布系统使用的无源器件已无法满足需求。

随行轿厢覆盖方式从电梯井道顶部处接收基站信号，把信号送给安装在电梯轿厢上的中继设备对无线通信信号进行放大处理后通过覆盖天线完成对轿厢内用户的信号覆盖。该覆盖方式覆盖信号比较稳定，但随行线缆需要多个卡线装置，安装和维护难度大，且随行线缆对电梯轿厢的正常上下运行存在一定的安全隐患。

井顶无线覆盖系统由在井道顶部安装的有源信号放大设备和转发天线组成。有源信号放大设备接收来自基站的有线或无线信号，并对信号进行放大控制处理，然后通过转发天线把放大处理后的信号沿电梯井道向下无线传输，完成对电梯井道和电梯轿厢的信号覆盖。该覆盖方式工程安装简单，对于低楼层电梯有比较好的覆盖效果。但对于高楼层电梯，当电梯轿厢处于较低楼层时，电梯轿厢离转发天线较远，轿厢内的无线信号下降严重，甚者接收不到转发天线的信号。

第二类为WiFi信号覆盖。Wifi信号主要用于电梯维保或电梯轿厢内的广告屏幕接收后台数据或文件。Wifi信号覆盖系统由安装在电梯轿厢顶部的接收天线、CPE设备和wifi覆盖天线组成。其中接收天线61接收电梯井道1内的运营商无线信号，通过CPE设备62转换为wifi信号，再经过wifi覆盖天线63在电梯轿厢2内进行wifi信号覆盖，从而完成电梯维保数据或电梯广告信息的上传或下发。此wifi信号覆盖方式受限于电梯井道1内的运营商无线信号覆盖情况，并不能保证信息的及时上传下载。

目前业界普遍认为5G小基站是5G室内覆盖的主要解决方案，但5G小基站在电梯部署过程中会存在光纤无法到位、工程施工难度大、成本高等问题。另外，在5G网络建设初期，5G手持终端的成本比较高，很多用户无法在不更换手机的前提下无法及时享受到5G的网络优势，5G CPE终端可以把5G信号转换为wifi信号提供给现有手持终端用户使用，但5G CPE终端在电梯内也会由于接收信号问题而无法使用。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统，在满足5G信号电梯覆盖的同时，可以把5G信号转换为wifi信号，使得终端用户不需要具备5G制式，也可以在电梯内享受到5G带来的高带宽和大流量。

为了达到上述目的，本实用新型包括置于电梯井道外的主单元和置于电梯井道内的从单元，主单元连接施主天线，电梯井道内设置有转发天线，转发天线连接主单元，从单元连接接收天线，电梯轿厢内设置有覆盖天线，覆盖天线连接从单元；

施主天线用于主单元与5G基站的无线通信；

主单元用于对接收的信号进行放大滤波，并转发；

转发天线用于与接收天线通信；

从单元用于对接收到的信号进行放大滤波及协议转换，转换为5G信号和WiFi信号后进行转发；

覆盖天线用于覆盖和接收电梯轿厢内的5G信号和WiFi信号。

主单元包括与施主天线连接的施主信号开关和与转发天线连接的转发信号开关，施主信号开关与转发信号开关均连接同步电路，施主信号开关与转发信号开关间设置有主单元上行链路和主单元下行链路；

主单元上行链路包括与转发信号开关连接的主单元上行低噪放，主单元上行低噪放下游连接主单元上行滤波器，主单元上行滤波器下游连接主单元上行功放；

主单元下行链路包括与上行施主信号开关连接的主单元下行低噪放，主单元下行低噪放下游连接主单元下行滤波器，主单元下行滤波器下游连接主单元下行功放，主单元下行功放下游连接转发信号开关。

从单元包括与接收天线连接的中继模块和5G信号处理模块，以及与覆盖天线连接的双工模块，中继模块与5G信号处理模块连接，5G信号处理模块连接有线接口模块和WiFi模块，WiFi模块连接双工模块；

5G信号处理模块用于把5G信号进行数字信号处理，一方面解析出5G信号的收发同步开关，用于控制中继模块的上下行链路开关状态，另一方面把5G信号协议解析变换为WiFi数字信号及网口信号，并把WiFi数字信号发送给WiFi模块进行处理，把网口信号发送给有线接口模块。

中继模块包括与接收天线连接的接收信号开关和与双工模块连接的覆盖信号开关，接收信号开关和覆盖信号开关间设置有上行链路和下行链路；

上行链路包括与覆盖信号开关连接的中继上行低噪放，中继上行低噪放下游连接中继上行滤波器，中继上行滤波器下游连接中继上行功放，中继上行功放下游连接接收信号开关；

下行链路包括与接收信号开关连接的中继下行低噪放，中继下行低噪放下游连接中继下行滤波器，中继下行滤波器下游连接中继下行功放，中继下行功放下游连接覆盖信号开关。

下行时，施主天线用于接收室外5G信号，并发送至主单元；

主单元用于将接收到的室外5G信号进行放大滤波，并作为5G下行信号发送至转发天线；

接收天线用于接收转发天线转发的下行5G信号后，并发送至从单元；

从单元用于对接收到的下行5G信号进行放大滤波及协议转换，生成5G信号和WiFi信号并发送至覆盖天线；

覆盖天线用于覆盖电梯轿厢内的5G信号和WiFi信号。

上行时，覆盖天线用于接收来自轿厢内终端发出的5G或WiFi上行信号，并发送至从单元；

从单元用于将接收到的5G或WiFi上行信号进行放大滤波或协议转换为5G信号，并把处理过的5G信号发送至接收天线；

转发天线用于将接收到的5G信号发送至主单元；

主单元用于将接收到的5G信号进行放大滤波，并发送至施主天线。

与现有技术相比，本实用新型通过从单元将接收到的5G信号进行转换，转换为5G信号和WiFi信号后同时转发，能够使电梯轿厢在满足5G信号电梯覆盖的同时，可以把5G信号转换为WiFi信号，使得终端用户不需要具备5G制式，也可以在电梯内享受到5G带来的高带宽和大流量。本实用新型的5G信号通过主单元和从单元进行了两级放大处理，信源信号稳定，同时系统增益高，使得电梯在上下运行过程中不会出现轿厢内无信号覆盖或信号忽大忽小的问题。本实用新型的主单元和从单元间采用无线传输，设备结构简单，安装便携，无需人工配置，安装人员不需要专业的工程经验。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理框图；

图2是本实用新型的主单元原理框图；

图3是本实用新型的从单元原理框图；

其中，1、电梯井道；2、电梯轿厢；71、施主天线；72、主单元；73、转发天线；74、接收天线；75、从单元；76、覆盖天线；720、同步电路；721、施主信号开关；722、主单元下行低噪放；723、主单元下行滤波器；724、主单元下行功放；725、转发信号开关；726、主单元上行低噪放；727、主单元上行滤波器；728、主单元上行功放；729、主单元电源管理模块；751、中继模块；752、双工模块；753、5G信号处理模块；754、WiFi模块；755、从单元电源管理模块；756、有线接口模块；7511、接收信号开关；7512、中继下行低噪放；7513、中继下行滤波器；7514、中继下行功放；7515、覆盖信号开关；7516、中继上行低噪放；7517、中继上行滤波器；7518、中继上行功放。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

参见图1，本实用新型包括置于电梯井道1外的主单元72和置于电梯井道1内的从单元75，主单元72连接施主天线71，电梯井道1内设置有转发天线73，转发天线73连接主单元72，从单元75连接接收天线74，电梯轿厢2内设置有覆盖天线76，覆盖天线76连接从单元75。

下行方向，施主天线71接收室外5G信号，经主单元72放大滤波后通过转发天线73对5G下行信号进行无线转发，接收天线74接收到转发天线73转发的5G信号后，传送给从单元75进行放大滤波及协议转换，并通过覆盖天线76把放大滤波后的5G信号及协议转换后的WiFi信号完成电梯轿厢2内的5G及WiFi信号覆盖；上行方向，覆盖天线接收来自轿厢内终端发出的5G或wifi上行信号，经从单元75放大滤波或协议转换，把处理过的5G信号通过接收天线74沿电梯井道向上发射，转发天线73接收到来自接收天线74的5G上行信号后，经主单元放大滤波，并通过施主天线完成与5G基站的无线连接。

参见图2，主单元72包括与施主天线71连接的施主信号开关721和与转发天线73连接的转发信号开关725，施主信号开关721与转发信号开关725均连接同步电路720，施主信号开关721与转发信号开关725间设置有主单元上行链路和主单元下行链路；

主单元下行链路包括与上行施主信号开关721连接的主单元下行低噪放722，主单元下行低噪放722下游连接主单元下行滤波器723，主单元下行滤波器723下游连接主单元下行功放724，主单元下行功放724下游连接转发信号开关725。

下行链路方向，施主信号开关721接收来自施主天线71的室外5G射频信号，在同步模块720的开关信号处理下把开关状态打到下行链路方向，并把室外射频信号发送给主单元下行低噪放722；主单元下行低噪放722把施主信号开关721送过来的下行射频信号进行低噪声放大后输出给主单元下行滤波器723；主单元下行滤波器723对主单元下行低噪放722输出的下行射频信号进行滤波，滤除5G频带外杂散、谐波及无用信号后，只留下5G下行信号发送给主单元下行功放724；主单元下行功放724对主单元下行滤波器723送过来的5G下行信号进行功率放大以提高设备输出下行信号覆盖范围，并把放大后的5G下行信号发送给转发信号开关725；转发信号开关725在同步模块720的开关信号处理下把开关状态打到下行链路方向，并把主单元下行功放724送过来的5G下行信号提供给转发天线73对电梯井道1进行5G信号覆盖。

主单元上行链路包括与转发信号开关725连接的主单元上行低噪放726，主单元上行低噪放726下游连接主单元上行滤波器727，主单元上行滤波器727下游连接主单元上行功放728；

上行链路方向，转发信号开关725接收来自转发天线73的5G上行射频信号，在同步模块720的开关信号处理下把开关状态达到上行链路方向，并把5G上行射频信号发送给主单元上行低噪放726；主单元上行低噪放726把转发信号开关725送过来的5G上行射频信号进行低噪声放大后输出给主单元上行滤波器727；主单元上行滤波器727对主单元上行低噪放726输出的上行射频信号进行滤波，滤波5G频带外杂散、谐波及无用信号后，只留下5G上行信号发送给主单元上行功放728；主单元上行功放728对主单元上行滤波器727送过来的5G上行信号进行功率放大以提高设备上行信号传输距离，并把放大后的5G上行信号发送给施主信号开关721；施主信号开关721在同步模块720的开关信号处理下把开关状态打到上行链路方向，并把主单元上行功放728送过来的5G上行信号输出给施主天线71，5G上行信号通过施主天线71发送给5G基站。

同步模块720完成对5G无线信号的收发同步信号提取，用于主单元射频链路的收发时隙控制，包括施主信号开关721和转发信号开关725的上下行链路开关控制、各低噪放和功放模块的供电或信号使能控制，以确保主单元收发时隙与5G基站保持一致。

主单元电源管理模块729分别与施主信号开关721、主单元下行低噪放722、主单元下行功放724、转发信号开关725、主单元上行低噪放726、主单元上行功放728及同步模块720等有源模块及电路相连，通过外部电源接口获取交流或直流供电，并将获取到的交流或直流供电转变为施主信号开关721、主单元下行低噪放722、主单元下行功放724、转发信号开关725、主单元上行低噪放726、主单元上行功放728及同步模块720等有源模块所需的各种供电电压，然后将输出的电压按需提供给各模块或电路使用。

参见图3，从单元75包括与接收天线连接的中继模块751和5G信号处理模块753，以及与覆盖天线76连接的双工模块752，中继模块751与5G信号处理模块753连接，5G信号处理模块753连接有线接口模块756和WiFi模块754，WiFi模块754连接双工模块752。

中继模块751完成电梯井道内5G信号和电梯轿厢内终端信号的双向中继放大；双工模块752完成5G信号与wifi信号的双工滤波；5G信号处理模块753用于把5G信号进行数字信号处理，一方面解析出5G信号的收发同步开关，用于控制中继模块751的上下行链路开关状态，另一方面把5G信号协议解析变换为WiFi数字信号及网口信号，并把WiFi数字信号发送给WiFi模块754进行处理，把网口信号发送给有线接口模块756。WiFi模块754负责把5G信号处理模块发送过来的WiFi数字信号变为WiFi射频信号，后经双工模块752发送给终端用户；有线接口模块756负责把5G信号处理模块发送过来的网口信号通过RJ45等网络接口有线信号供给电梯轿厢内用户使用；从单元电源管理模块755负责给中继模块751、5G信号处理模块753、WiFi模块754及有线接口模块756提供电源。

中继模块包括与接收天线连接74的接收信号开关7511和与双工模块752连接的覆盖信号开关7515，接收信号开关7511和覆盖信号开关7515间设置有上行链路和下行链路，下行链路负责把电梯井道内的5G射频信号放大滤波传递给终端，上行链路负责把终端射频信号放大滤波，并通过接收天线及转发天线传递给主单元。

上行链路包括与覆盖信号开关7515连接的中继上行低噪放7516，中继上行低噪放7516下游连接中继上行滤波器7517，中继上行滤波器7517下游连接中继上行功放7518，中继上行功放7518下游连接接收信号开关7511；

上行方向，覆盖信号开关7515接收来自双工模块752的上行射频信号，在5G信号处理模块753的开关信号处理下把开关状态打到上行链路方向，并把上行射频信号发送给中继上行低噪放7516；中继上行低噪放7516把覆盖信号开关7515送过来的上行射频信号进行低噪声放大后输出给中继上行滤波器7517；中继上行滤波器7517对中继上行低噪放7516输出的上行射频信号进行滤波，滤波5G频带外杂散、谐波及无用信号后，只留下5G上行信号发送给中继上行功放7518；中继上行功放7518对中继上行滤波器7517送过来的5G上行信号进行功率放大以提高设备上行信号传输距离，并把放大后的5G上行信号发送给接收信号开关7511；接收信号开关7511在5G信号处理模块753的开关信号处理下把开关状态打到上行链路方向，并把中继上行功放7518送过来的5G上行信号输出给接收天线74，5G上行信号通过接收天线74及转发天线73发送给主单元。

下行链路包括与接收信号开关7511连接的中继下行低噪放7512，中继下行低噪放7512下游连接中继下行滤波器7513，中继下行滤波器7513下游连接中继下行功放7514，中继下行功放7514下游连接覆盖信号开关7515。

下行方向，接收信号开关7511接收来自接收天线74的井道内5G射频信号，在5G信号处理模块753的开关信号处理下把开关状态打到下行链路方向，并把电梯井道内5G射频信号发送给中继下行低噪放7512；中继下行低噪放7512把接收信号开关7511送过来的下行射频信号进行低噪声放大后输出给中继下行滤波器7513；中继下行滤波器7513对中继下行低噪放7512输出的下行射频信号进行滤波，滤除5G频带外杂散、谐波及无用信号后，只留下5G下行信号发送给中继下行功放7514；中继下行功放7514对中继下行滤波器7513送过来的5G下行信号进行功率放大以提高设备输出下行信号覆盖范围，并把放大后的5G下行信号发送给覆盖信号开关7515；覆盖信号开关7515在5G信号处理模块753的开关信号处理下把开关状态打到下行链路方向，并把下行功放7514送过来的5G下行信号提供给双工模块752。

双工模块752负责把5G信号和wifi信号进行合路和分离。下行方向上，双工模块752负责把中继模块751中覆盖信号开关7515发送过来的5G下行信号以及WiFi模块754发送过来的WiFi下行射频信号合路滤波，并把合路后的混合信号通过覆盖天线76进行电梯轿厢内信号覆盖，完成与终端的无线链路通信；上行方向上，双工模块752负责把覆盖天线76接收到的5G上行信号和WiFi上行信号进行滤波分离，分离后的5G上行信号发送给中继模块751进行上行放大滤波，分离后的WiFi上行信号发送给WiFi模块754进行WiFi信号处理。

5G信号处理模块753主要完成两部分工作：一是负责解析出5G信号的帧结构及收发开关信号，收发开关信号用于控制中继模块751的上下行链路开关状态，以确保中继模块751处于TDD时分双工状态；二是下行链路负责作为CPE终端接入注册到5G基站，把5G信号解析为数字信号提供给WiFi模块754和有线接口模块756，完成5G到WiFi和网口的协议转换，上行链路上则是把WiFi模块754发送过来的wifi数字信号或有线接口模块756发送过来的网口信号转变为5G上行信号通过接收天线74和转发天线73发送给主单元，从而完成5GCPE的功能。

WiFi模块754下行链路负责把5G信号处理模块753送过来的WiFi数字信号上变频为WiFi射频信号，后通过双工模块752提供给终端用户；上行链路负责把终端用户发送过来的WiFi射频信号协议解析转换为数字信号发送给5G信号处理模块753，通过5G信号处理模块753完成与5G基站的通信。

有线接口模块756下行链路负责把5G信号处理模块753送过来的数字信号通过RJ45或其他网络接口提供给终端用户；上行链路负责把终端用户发送过来的有线网络信号发送给5G信号处理模块753，通过5G信号处理模块753完成与5G基站的通信。

从单元电源管理模块755分别与接收信号开关7511、中继下行低噪放7512、中继下行功放7514、覆盖信号开关7515、中继上行低噪放7516、中继上行功放7518、5G信号处理模块753、WiFi模块754及有线接口模块756等有源模块及电路相连，通过外部电源接口获取交流或直流供电，并将获取到的交流或直流供电转变为接收信号开关7511、中继下行低噪放7512、中继下行功放7514、覆盖信号开关7515、中继上行低噪放7516、中继上行功放7518、5G信号处理模块753、WiFi模块754及有线接口模块756等有源模块所需的各种供电电压，然后将输出的电压按需提供给各模块或电路使用。

施主天线不仅限于无线接收室外运营商信号，也可以无线接收楼内5G信号，或有线耦合5G无线信号。

主单元72中的同步模块可以用modem提取，也可以使用GPS信号获取，只要能提供5G信号的收发时隙信号控制，不局限于实现形式。

从单元75中5G信号处理模块753的5G射频信号输入不一定来源于接收天线74，也可以是中继模块751的任何位置，比如中继模块751的输出。

本实用新型原理框图只描述了单个通道，多通道同样使用于本实用新型的案例范畴。

WiFi模块754包含任意WiFi可用频率范围。

本实用新型中的主单元与从单元中的下行低噪放、下行滤波器、下行功放、上行低噪放、上行滤波器、上行功放的数量和指标不受限制，均在本实用新型的描述范畴之内。

本实用新型中的主单元与从单元上下行链路可以用模拟器件实现，也可以用上下变频、FPGA等数字器件实现，只要满足相关5G射频信号双向中继放大功能，均在本实用新型的描述范畴之内。

Claims (4)

1.一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统，其特征在于，包括置于电梯井道(1)外的主单元(72)和置于电梯井道(1)内的从单元(75)，主单元(72)连接施主天线(71)，电梯井道(1)内设置有转发天线(73)，转发天线(73)连接主单元(72)，从单元(75)连接接收天线(74)，电梯轿厢(2)内设置有覆盖天线(76)，覆盖天线(76)连接从单元(75)；

施主天线(71)用于主单元(72)与5G基站的无线通信；

主单元(72)用于对接收的信号进行放大滤波，并转发；

转发天线(73)用于与接收天线(74)通信；

从单元(75)用于对接收到的信号进行放大滤波及协议转换，转换为5G信号和WiFi信号后进行转发；

覆盖天线(76)用于覆盖和接收电梯轿厢(2)内的5G信号和WiFi信号。

2.根据权利要求1所述的一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统，其特征在于，主单元(72)包括与施主天线(71)连接的施主信号开关(721)和与转发天线(73)连接的转发信号开关(725)，施主信号开关(721)与转发信号开关(725)均连接同步电路(720)，施主信号开关(721)与转发信号开关(725)间设置有主单元上行链路和主单元下行链路；

主单元上行链路包括与转发信号开关(725)连接的主单元上行低噪放(726)，主单元上行低噪放(726)下游连接主单元上行滤波器(727)，主单元上行滤波器(727)下游连接主单元上行功放(728)；

主单元下行链路包括与上行施主信号开关(721)连接的主单元下行低噪放(722)，主单元下行低噪放(722)下游连接主单元下行滤波器(723)，主单元下行滤波器(723)下游连接主单元下行功放(724)，主单元下行功放(724)下游连接转发信号开关(725)。

3.根据权利要求1所述的一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统，其特征在于，从单元(75)包括与接收天线连接的中继模块(751)和5G信号处理模块(753)，以及与覆盖天线(76)连接的双工模块(752)，中继模块(751)与5G信号处理模块(753)连接，5G信号处理模块(753)连接有线接口模块(756)和WiFi模块(754)，WiFi模块(754)连接双工模块(752)；

5G信号处理模块(753)用于解析出5G信号的收发同步开关，并控制中继模块(751)的上下行链路开关状态；用于将5G信号协议解析变换为WiFi数字信号及网口信号，并把WiFi数字信号发送给WiFi模块(754)进行处理，把网口信号发送给有线接口模块(756)。

4.根据权利要求3所述的一种带CPE功能的5G信号电梯覆盖系统，其特征在于，中继模块包括与接收天线连接(74)的接收信号开关(7511)和与双工模块(752)连接的覆盖信号开关(7515)，接收信号开关(7511)和覆盖信号开关(7515)间设置有上行链路和下行链路；

上行链路包括与覆盖信号开关(7515)连接的中继上行低噪放(7516)，中继上行低噪放(7516)下游连接中继上行滤波器(7517)，中继上行滤波器(7517)下游连接中继上行功放(7518)，中继上行功放(7518)下游连接接收信号开关(7511)；

下行链路包括与接收信号开关(7511)连接的中继下行低噪放(7512)，中继下行低噪放(7512)下游连接中继下行滤波器(7513)，中继下行滤波器(7513)下游连接中继下行功放(7514)，中继下行功放(7514)下游连接覆盖信号开关(7515)。

Images