CN100433574C - 一种基站前向链路的冗余备份系统及射频切换装置 - Google Patents

Abstract

一种基站前向链路的冗余备份系统及射频切换装置，其中，备份系统是在n组小信号射频发射电路及其上游的数字信号至中频信号转换电路和备用电路的前端接一个数字切换开关，在其后端接一个射频切换开关。射频切换装置，由三个子卡构成。本发明的系统对基站前向链路中的数字电路、数模混合电路和射频发射电路都进行了冗余备份，并且前向链路的冗余备份系统可以单独切换而不受反向链路的冗余备份系统的切换状态的影响使得系统具有更高的可靠性。备份切换装置可以支持多种基站容量和载波扇区规划，还可以方便、灵活地选择各种备份方案，而不需改变基站的其它部分以及它们之间的接口与连线。

Description

一种基站前向链路的冗余备份系统及射频切换装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信基站前向链路的冗余备份，尤其是多载波多扇区基站的前向链路冗余备份。

背景技术

随着GSM、CDMA等商用无线通信系统的用户的高速增长，以及无线通信业务的日益丰富，对无线基站的容量要求越来越高，无线规划正在向多载波、多扇区的方向发展，相应地，基站中信号处理电路的集成度也越来越高，每个模块所支持的载频数越来越多、业务量越来越大。因此，单个模块的失效也可能对服务造成很大的影响。在这种情况下，提高单个模块和整个系统的可靠性显得尤为重要。

提高系统可靠性的一种方法就是建立一套冗余备份系统，在某个模块失效的时候自动将它所承担的工作改由备用模块来承担。

这一领域的现有技术主要着眼于小功率射频发射电路的冗余备份和大功率射频发射电路的冗余备份。由于这两种电路具有不同的特点，因此它们的备份方式和切换装置也不相同。

关于小功率射频发射电路的冗余备份的专利包括美国专利号为6,002,928、名称为“Switching apparatus and method for transceiver of cellular base station incode division multiple access mobile telecommunication system”的专利，以及专利号为5,666,646、名称为“Radio frequency(RF)converter system with distributedprotection switching and method therefor”的专利。前者利用三个射频开关为收发信机(transceiver)提供备份切换，后者利用两个射频开关为上变频电路(up-converter)提供备份切换。

关于大功率射频发射电路的冗余备份的专利包括：中国专利申请号为03110663.3、名称为“移动通信基站的线性功率放大器架及其该类型切换方法”，美国专利号为6,292,677、名称为“Power delivery system and method of controllingthe power delivery system for use in a radio frequency system”，专利号为4,070,637、名称为“Redundant microwave configuration”，专利号为4,644,301、名称为“Redundancy system and switching network”和专利号为4,061,989、名称为“Redundancy switching system”。前四个专利都是在射频功率放大器前后各使用一组切换装置对它进行备份切换，相互之间的不同之处在于切换装置的构成、功率放大器的配置、备份能力的差异等。最后一个专利只在功放的一侧使用一组切换装置实现备份切换功能。

上述现有技术存在以下问题：

1、不能兼容多种备份方式以供灵活选择。

2、仅对收发信机、上变频电路和射频功率放大器其中之一进行冗余备份，也没有对数字电路、数模混合电路进行备份，不能全面地提高系统的可靠性。

3、对收发信机进行冗余备份时，前向发送电路和反向接收电路集成在同一个收发信机中，只能同时启用或者同时禁用，缺乏灵活性和可靠性。

4、实施切换的装置都是模拟电路装置，没有借助数字切换装置实现更强大的功能和更高的灵活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷，提出一种新的基站前向链路的备份系统，它对数字电路、数模混合电路和射频发射电路进行冗余备份，能提高系统的可靠性。

本发明提出一种用于基站前向链路的备份系统的射频切换装置，可以按需要选择多种备份方式而无需改变基站的数字接口与射频连线。

本发明中的基站前向链路的冗余备份系统，在n组小信号射频发射电路及其上游的数字信号至中频信号转换电路和一组备用的小信号射频发射电路及其上游的数字信号至中频信号转换电路的前端接一个数字切换开关，在其后端接一个射频切换开关；当有一组电路出现故障时，所述数字切换开关和射频切换开关一起执行切换操作，将原来送往故障电路组的数据比特流转送到备用电路，并且用它的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路；还包括n个射频功率放大器(415～418)、一个备用的射频功率放大器(419)和第二、第三两个射频切换开关(403、404)；所述第二射频切换开关和连接小信号射频发射电路的射频切换开关连接；所述第三射频切换开关连接射频功率放大器和射频前端模块；一个数字信号至中频信号转换电路、一个小信号射频发射电路和一个射频功率放大器一起为一个射频前端模块(420)提供发射信号。

数字信号至中频信号转换电路中包括数字控制电路和调制器(可以是数字的或者模拟的)。数字信号至中频信号转换电路中还可以含有数模转换器、滤波器(数字的或者模拟的)和上变频器(数字的或者模拟的)。

在上述方案中，在每组电路中在小信号射频发射电路与所述射频切换开关之间还可以有射频功率放大器。

本发明中的数字信号至中频信号转换电路和小信号射频发射电路可以分别放在独立的模块或者同一模块的独立单元中，可以单独启用和单独禁用而不受接收机电路工作状态的影响。

本发明中的用于基站前向链路的备份系统的射频切换装置，由三个子卡构成，每个子卡可以是以下三种类型中的一种：

(1)n个输入端口和n+1个输出端口的射频开关；

(2)n+1个输入端口和n个输出端口的射频开关；

(3)n+1根直连电缆连接的n+1个输入端口和n+1个输出端口。

相对于现有技术，本发明的系统对基站前向链路中的数字电路、数模混合电路和射频发射电路都进行了冗余备份，并且其中的数字信号至中频信号转换电路和小信号射频发射电路可以单独启用和单独禁用而不受接收机电路工作状态的影响(可以将它们放在独立于接收机之外的模块中)，同时前向链路的冗余备份系统可以单独切换而不受反向链路的冗余备份系统的切换状态的影响(可以采用独立的切换控制系统)，这些措施使得系统具有更高的可靠性，更大程度地减少了由于各部分电路的故障导致的服务中断。

本发明提出的备份切换装置可以支持多种基站容量和载波扇区规划，还可以方便、灵活地选择各种备份方案，而不需改变基站的其它部分以及它们之间的接口与连线。这样使得基站的升级和载波扇区的重新规划更加容易、更加平滑。

附图说明

图1是现有技术中三种基站前向链路备份系统的结构图；

图2是本发明基站前向链路备份系统的一种实施方案的结构图；

图3是本发明基站前向链路备份系统的另一种实施方案的结构图；

图4是本发明基站前向链路备份系统的第三种实施方案的结构图；

图5是本发明射频切换装置及其子卡的结构图；

图6是利用图5的切换装置实现图3的备份方案时的系统结构图；

图7是利用图5的切换装置实现图4的备份方案时的系统结构图；

图8是采用图5的切换装置，但只对功率放大器进行备份时的系统结构图；

图9是采用图5的切换装置，但只对数字电路和小功率射频发射电路进行备份时的系统结构图；

图10是采用图5的切换装置，但不提供备份功能时的系统结构图；

图11是本发明中射频切换开关(RF Switch)的两种内部结构图。

图12是本发明中小信号射频发射电路(TX)的一种组成结构图；

图13是本发明中切换控制系统的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的说明。

图1中的(A)、(B)所示为两种现有技术分别为射频功率放大器103～107和射频信号上变频器112～116提供备份保护，所采用的备份机制基本相同。在射频功率放大器前后各有一个射频切换开关101、102，在其中一个射频功率放大器发生故障时，通过控制两个切换开关的切换，选择备用的射频功率放大器107代替有故障的射频功率放大器，从而避免服务的中断。同样地，在射频信号上变频器112～116前后各有一个射频切换开关110、111，在其中一个射频信号上变频器发生故障时，通过控制两个切换开关的切换，选择备用的射频信号上变频器116代替有故障的射频信号上变频器，从而避免服务的中断。图1中的(C)所示为现有技术为收发信机(Transceiver)123～127提供备份保护，有三个射频切换开关120、121和122和上述的收发信机相连，在其中一个收发信机发生故障时(可能是其中的前向发射电路、反向接收电路或者其它组成电路发生故障)，通过控制三个切换开关的切换，选择备用的收发信机127代替有故障的收发信机，从而避免服务的中断。

图2所示为本发明的基站前向链路备份系统的一种实施例。图中，冗余备份系统所保护的电路包括小信号射频发射电路208～212及其上游的“数字信号至中频信号转换电路”203～207。“数字信号至中频信号转换电路”中除了含有数字控制电路外，还含有调制器(可以是数字的或者模拟的)，还可能含有数模转换器、滤波器(数字的或者模拟的)和上变频器(数字的或者模拟的)等电路。系统中有n组这样的电路，另外还有一组备用电路。当有一组电路出现故障时，数字切换开关201和射频切换开关202一起执行切换操作，将原来送往故障电路的数据比特流转送到备用电路，并且用它的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路。数字切换开关201实现数据比特流的解复用、转发等功能，可以用可编程逻辑器件或者其它数字器件实现。

图3是本发明的基站前向链路备份系统的另一种方案，它与图2所示的方案的不同之处在于：冗余备份系统所保护的电路除了小信号射频发射电路308～312及其上游的“数字信号至中频信号转换电路”303～307外，还包括射频功率放大器313～317。

图4是本发明的基站前向链路备份系统的第三种方案，即图2所示的本发明备份系统和图1所示的现有技术之一相结合所构成的备份系统结构图。一个“数字信号至中频信号转换电路”405、一个小信号射频发射电路410和一个功率放大器415一起为一个射频前端模块420提供发射信号，它们对应着一根发射天线，它们一起构成了基站的一条前向链路。该系统中总共提供了n条这样的前向链路，另外还有一个备用的射频功率放大器419，而链路中的其它电路也有一组备用电路409、414。但是，射频功率放大器和链路中的其它电路不是直接连接起来的，它们之间通过两个射频切换开关402、403连接在一起。这两个射频切换开关使得备用射频功率放大器和上游的备用电路可以分别被启用，而且可以分别用来代替不同链路上的故障电路，而不像图3所示方案那样必须同时启用并且用于替代同一条故障电路。这一特点使得该系统具有比图3更高的可靠性。

图5是本发明提出的一种用于基站前向链路备份切换的射频切换装置及其子卡的结构图。该装置501是一个由三个子卡502～504构成的模块，每个子卡可以有三种类型505、506、507。如果射频切换开关的内部实现方式使得它的输入端和输出端可以互换使用，那么上述三种子卡可以缩减成两种：507和505(或者506)。适当的工艺结构设计使得子卡安装位置可以安装任一种类的子卡。通过在模块中安装适当种类的子卡，可以在系统中实现包括图2～图4所示方案在内的多种备份功能，也可以在不具备备份功能的系统中使用，而模块对外的接口及它与其它模块之间的连线保持不变。这样就能以一种统一的基站机架提供与不同需求相适应的多种配置方式，既有利于批量生产，也有利于基站容量与功能的平滑升级。具体实现方法在后面的附图中描述。

图6就是采用图5的切换装置实现图3的备份方案时的系统结构图，其中603和604位置安装“直连电缆”类型的子卡，605位置安装“射频切换开关”类型的子卡。

图7是采用图5的切换装置实现图4的备份方案时的系统结构图，其中703、704和705位置都安装“射频切换开关”类型的子卡。

图8是采用图5的切换装置实现现有技术时的系统结构图，其中803位置安装“直连电缆”类型的子卡，804和805位置安装“射频切换开关”类型的子卡。也可以在804位置安装“直连电缆”类型的子卡，803和805位置安装“射频切换开关”类型的子卡，实现相同的功能。

图9是采用图5的切换装置实现图2的备份方案时的系统结构图，其中903位置安装“射频切换开关”类型的子卡，904和905位置安装“直连电缆”类型的子卡。也可以在904位置安装“射频切换开关”类型的子卡，903和905位置安装“直连电缆”类型的子卡，实现相同的功能。

图10是采用图5的切换装置实现无备份功能的系统时的结构图，其中1003、1004和1005位置都安装“直连电缆”类型的子卡。

图11是射频切换开关的两种可能的内部组成结构。1101～1111可以是射频继电器(RF Relay)或其它能实现类似功能的器件。除此之外，射频切换开关还可以有其它的组成结构，例如由Transfer型的继电器组成的环。

图12是前向链路小信号射频发射电路(TX)的一种可能的组成结构图，其中包括滤波器、放大器和上变频器。

图13是备份切换的控制流程图。如图A所示，在基站运行过程中，当链路发生故障时，监控系统分析从链路各单元收集到的状态信息，判断链路是否工作正常，如果工作不正常，则诊断故障类型，定位发生故障的具体单元，并向操作维护系统发出告警信息。同时，应急系统判断是否还有可用的备用资源，如果有，则控制各级切换装置切换到合适的状态以继续提供正常的服务；如果没有，则向操作维护系统发出更严重的告警信息。如图B所示，当故障单元修复并完成安装后，系统在自检结束后会提示现场和后台操作人员从备用单元切换回到正常单元上去，这样可以释放备用资源，以备在下一次出现故障的时候使用。

Claims (7)

1、一种基站前向链路的冗余备份系统，在n组小信号射频发射电路(208～211)及其上游的数字信号至中频信号转换电路(203～206)和一组备用的小信号射频发射电路(212)及其上游的数字信号至中频信号转换电路(207)的前端接一个数字切换开关(201)，在其后端接一个射频切换开关(202)；当有一组电路出现故障时，所述数字切换开关(201)和射频切换开关(202)一起执行切换操作，将原来送往故障电路组的数据比特流转送到备用电路，并且用它的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路，其特征在于，还包括n个射频功率放大器(415～418)、一个备用的射频功率放大器(419)和第二、第三两个射频切换开关(403、404)；所述第二射频切换开关和连接小信号射频发射电路的射频切换开关连接；所述第三射频切换开关连接射频功率放大器和射频前端模块；一个数字信号至中频信号转换电路、一个小信号射频发射电路和一个射频功率放大器一起为一个射频前端模块(420)提供发射信号。

2、权利要求1所述的基站前向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述的数字切换开关是用数字器件实现的。

3、权利要求2所述的基站前向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述的数字切换开关是用可编程逻辑器件实现的。

4、权利要求1所述的基站前向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述数字信号至中频信号转换电路和小信号射频发射电路分别放在独立的模块或者同一模块的独立单元中。

5、权利要求1所述的基站前向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述数字信号至中频信号转换电路中包括数字控制电路和调制器。

6、权利要求5所述的基站前向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述数字信号至中频信号转换电路中还含有数模转换器、滤波器和上变频器。

7、权利要求1所述的基站前向链路的冗余备份系统，其特征在于，在每组电路中在小信号射频发射电路与所述射频切换开关之间还有射频功率放大器(313～317)。

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