CN100433575C

CN100433575C - 一种基站反向链路的冗余备份系统及射频切换装置

Info

Publication number: CN100433575C
Application number: CNB2004100648788A
Authority: CN
Inventors: 赵松璞; 潘甲山; 胡德民; 谭永; 劳锦明
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Haimen science and Technology Development General Corporation
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: CN1756105A

Abstract

一种基站反向链路的冗余备份系统及射频切换装置，其中，备份系统是使用数字切换开关和射频切换开关，对位于两者之间的数字电路、数模混合电路和射频电路进行冗余备份，并且可以分别启用或禁用基站的主集接收电路、分集接收电路与发送电路，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。射频切换装置，由两个子卡、一组功分器和一组定量衰减器构成；该装置的输入端口和输出端口固定，内部功分器、定量衰减器与子卡之间据需要连接。备份切换装置可以支持多种基站容量和载波扇区规划，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

一种基站反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讯基站反向链路的冗余备份，尤其是多载波多扇区基站的反向链路冗余备份。

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体现在美国专利号为6,002,928、名称为“Switchingapparatus and method for transceiver of cellular base station in code division multipleaccess mobile telecommunication system”和专利号为5,666,646、名称为“Radiofrequency(RF)converter system with distributed protection switching and methodtherefor”的专利中。前者利用三个射频开关为收发信机提供备份切换，后者利用两个射频开关为下变频电路提供备份切换。

上述现有技术存在以下问题：

1、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。

2、对收发信机进行冗余备份时，反向接收电路和前向发送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。

3、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。

4、不能适应各种载波扇区规划的情况，缺乏灵活性。

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，提出一种新的基站反向链路的备份系统，它对数字电路、数模混合电路和射频电路进行冗余备份，能提高系统的可靠性。

本发明提出一种用于基站反向链路的备份系统的射频切换装置，可以通过少量的内部调整来适应不同的基站容量与载波扇区规划，而基站的数字接口与射频连线无需改变。

本发明中的基站反向链路的冗余备份系统，是在n条主集接收射频电路及其下游的中频信号至数字信号转换电路和一条备用的主集接收射频电路及其下游的中频信号至数字信号转换电路的前端接第一个射频切换开关，在其后端接一个数字切换开关；在n条分集接收射频电路及其下游的中频信号至数字信号转换电路和一条备用的分集接收射频电路及其下游的中频信号至数字信号转换电路的前端接第二个射频切换开关，在其后端接所述数字切换开关；n个射频前端模块的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端；当有一条电路出现故障时，与故障电路连接的射频切换开关和数字切换开关一起执行切换操作，将原来送往故障电路的射频信号改为送往备用电路，并将备用电路的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路。

上述技术方案中的n个射频前端模块的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端的连接方式为：n个射频前端模块的主集接收天线接收的信号，分别经过n个功分器后连接到第一个射频切换开关的对应输入端；所述n个射频前端模块的分集接收天线接收的信号，分别经过n个定量衰减器衰减器后连接到第二个射频切换开关的对应输入端。

上述技术方案中的n个射频前端模块的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端的连接方式还可以是：两个射频前端模块为一组，一组中的每一个射频前端模块的主集接收天线接收的信号经过功分器后分别连接到第一个射频开关的对应输入端和第二个开关的与另一个射频前端模块对应的输入端；所有射频前端模块的分集接收天线接收的信号输出端连接匹配负载，不送往后继电路。

上述技术方案中的主集接收电路、分集接收电路和中频信号至数字信号转换电路可以分别位于不同的模块，或位于同一模块的不同单元中，用来实现分别启用或者禁用基站的主集接收电路、分集接收电路与发送电路。

上述技术方案中的中频信号至数字信号转换电路中包括数字控制电路和解调器。还可以含有模数转换器、滤波器和下变频器。

本发明中的用于基站反向链路的冗余备份系统的射频切换装置，由两个子卡、一组功分器和一组定量衰减器构成；所述子卡可以是n个输入端口、n+1个输出端口的射频开关或n根直连电缆连接的n个输入端口、n个输出端口的模块；该装置的输入端口和输出端口固定，内部功分器、定量衰减器与子卡之间据需要连接。

相对于现有技术，本发明对基站反向链路中的数字电路、数模混合电路和射频电路都进行了冗余备份，并且其中的主集接收电路中的中频信号至数字信号转换电路和射频接收电路可以单独启用和单独禁用而不受分集接收电路和发射机电路工作状态的影响，同样，分集接收电路中的中频信号至数字信号转换电路和射频接收电路可以单独启用和单独禁用而不受主集接收电路和发射机电路工作状态的影响(可以将它们分别放在独立于发射机之外的模块中)，同时反向链路的冗余备份系统可以单独切换而不受前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，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是现有技术中两种基站反向链路备份系统的结构图；

图2是本发明的基站反向链路的冗余备份系统的一种实施方案的结构图；

图3是本发明的基站反向链路的冗余备份系统的另一种实施方案的结构图；

图4是本发明的基站反向链路的冗余备份系统的第三种实施方案的结构图；

图5是本发明的用于基站反向链路的冗余备份系统的射频切换装置及其子卡的结构图；

图6是基站采用图5的射频切换装置，但不提供备份功能时的结构图；

图7是本发明中射频切换开关的两种内部结构图。

图8是本发明中射频接收电路(RX)模块的一种组成结构图；

图9是本发明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描述了基站反向链路备份的两种现有技术。第一种现有技术在收发信机(103～107)之前使用三个射频切换开关(100、101和102)，分别负责收发信机之中主集接收电路(MRX)、分集接收电路(DRX)与前向发射电路(TX)的备份切换。在其中一个收发信机(103～106任何一个)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)，通过控制三个射频切换开关的切换，选择备用的收发信机(107)代替有故障的收发信机，从而避免服务的中断。第二种现有技术所备份的是射频下变频电路(112～116)，在它两侧各使用一个射频切换开关(110、111)。在其中一个下变频电路(112～115之一)发生故障时，通过控制两个射频切换开关的切换，选择备用的下变频电路(116)代替有故障的下变频电路。

图2所示的本发明的基站反向链路备份系统中，冗余备份系统所保护的电路包括主集接收射频电路MRX(216～220)、分集接收射频电路DRX(221～225)及其下游的“中频信号至数字信号转换电路”(226～235)。“中频信号至数字信号转换电路”中除了含有数字控制电路外，还含有解调器(可以是数字的或者模拟的)，还可能含有模数转换器、滤波器(数字的或者模拟的)和下变频器(数字的或者模拟的)等电路。系统中有n组主集接收电路和一组备用主集接收电路。当有一组电路出现故障时，射频切换开关(201)和数字切换开关(203)一起执行切换操作，将原来送往故障电路的射频信号改为送往备用电路，并将备用电路的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路。同样，系统中有n组分集接收电路和一组备用分集接收电路。当有一组电路出现故障时，射频切换开关(202)和数字切换开关(203)一起执行切换操作，将原来送往故障电路的射频信号改为送往备用电路，并将备用电路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(203)实现数据比特流的提取、复用等功能，可以用可编程逻辑器件或者其它数字器件实现。

图3和图4所示系统的备份机制和图2是相同的，不同的是它们所在基站的载波扇区规划。它们都可以用图5所示的射频切换装置来实现。

在图2基站中，不同的射频前端模块(RFE)为不同的扇区提供服务，从同一个RFE的主集接收天线和分集接收天线接收下来的信号分别作为同一个扇区的主集接收信号和分集接收信号送往后级电路进行处理。这样的扇区数等于正常工作的链路的数目，每个扇区可支持的最多载波数目等于单条链路所支持的载波数目。当用图5所示的装置实现时，主集接收信号在进入射频切换开关(201)前经过功分器(208～211)，而分集接收信号在进入射频切换开关(202)前经过3dB的定量衰减器(212～215)。定量衰减器用来平衡功分器在主集接收通路上引入的插入损耗。在这里使用功分器和定量衰减器的目的是使得各种载波扇区规划下射频切换装置所引入的插损基本相同。也可以不使用这两组器件，而在进行后续信号处理时考虑这里的插损差异。

在图3基站中，一个扇区需要用两个射频前端模块(RFE)来提供服务，目的是使得可以同时使用双倍数目的载波。例如304和305为同一个扇区服务，306和307为另一个扇区服务。这时每个RFE只使用主集接收天线，它既作为半数载波的发射天线和主集接收天线，又作为另一半载波的分集接收天线。这样的扇区数等于正常工作的链路数的一半，每个扇区可支持的最多载波数目等于单条链路所支持的载波数目的两倍。从一个RFE的主集接收天线和另一个RFE的主集接收天线接收下来的信号分别作为同一个扇区的半数载波的主集接收信号和分集接收信号送往后级电路进行处理。当用图5所示的装置实现时，RFE的“分集接收信号”输出端连接匹配负载，不送往后继电路；而每路主集接收信号在进入射频切换开关(301)前经过功分器(308～311)，功分器输出的两路信号分别作为半数载波的主集接收信号和另一半载波的分集接收信号分别送往射频切换开关301和302。

在图4基站中，一个扇区同样需要用两个射频前端模块(RFE)来提供服务，只是服务于同一个扇区的RFE在顺序上不再是相邻的，例如404和406为同一个扇区服务，405和407为另一个扇区服务。当通过增加载波来扩充基站容量(扇区数不变)时，采用这种配置可以直接使用原来的天馈系统作为新的天馈系统的一部分，使得升级更平滑、更容易。

对于类似于图3、图4之间的载波扇区规划差异，既可以像上述附图一样通过调整射频切换装置(300、400)内部的电缆连接关系来提供支持，也可以在数字切换开关(303、403)之中进行调整，将对应于相同扇区、相同载波的主、分集接收信号的比特流送往相同的后续处理单元进行处理。

图5是本发明提出的一种用于实现基站反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(500)是一个由两个子卡(501、502)、一组功分器(503～506)和一组定量衰减器(507～510)构成的模块。每个子卡可以有两种类型(511、512)。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，并且以合适的方式用电缆连接模块中的组成部件，就可以支持多种基站容量和载波扇区规划，而模块对外的接口以及它与其它模块之间的连线保持不变，正如图2、图3和图4所示。这样的装置也可以应用在不具备备份功能的系统中，图6是它在一种载波扇区规划下在不具备备份功能的系统中的应用(它也可以在其它载波扇区规划下应用)。通过使用这样的装置，可以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。

图7是射频切换开关的两种可能的内部组成结构，A、B各表示一种。701～711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，切换装置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8是反向链路小信号射频接收电路(RX)的一种可能的组成结构图，其中包括滤波器、放大器和下变频器。

图9是备份切换的控制流程图。如图中的A图所示，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。如图中的B图所示，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链路切换回到正常链路上去，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

1、一种基站反向链路的冗余备份系统，在n条主集接收射频电路(216～219)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(226～229)和一条备用的主集接收射频电路(220)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(230)的前端接第一个射频切换开关(201)，在其后端接一个数字切换开关；在n条分集接收射频电路(221～224)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(231～234)和一条备用的分集接收射频电路(225)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(235)的前端接第二个射频切换开关(202)，在其后端接所述数字切换开关；n个射频前端模块(204～207)的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端；所述主集接收射频电路、分集接收射频电路分别位于不同的模块；当有一条电路出现故障时，与故障电路连接的射频切换开关(201或202)和数字切换开关(203)一起执行切换操作，将原来送往故障电路的射频信号改为送往备用电路，并将备用电路的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路；

所述n个射频前端模块(204～207)的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端的连接方式为：所述n个射频前端模块(204～207)的主集接收天线接收的信号，分别经过n个功分器(208～211)后连接到第一个射频切换开关的对应输入端；所述n个射频前端模块(204～207)的分集接收天线接收的信号，分别经过n个定量衰减器(212～215)后连接到第二个射频切换开关的对应输入端。

2、权利要求1所述的基站反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所述的基站反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至3任一权利要求所述的基站反向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述中频信号至数字信号转换电路与主集接收射频电路、分集接收射频电路位于不同的模块，或位于同一模块的不同单元中。

5、权利要求1至3任一权利要求所述的基站反向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述中频信号至数字信号转换电路中包括数字控制电路和解调器。

6、权利要求5所述的基站反向链路的冗余备份系统，其特征在于，所述中频信号至数字信号转换电路中还含有模数转换器、滤波器和下变频器。

7、一种基站反向链路的冗余备份系统，在n条主集接收射频电路(216～219)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(226～229)和一条备用的主集接收射频电路(220)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(230)的前端接第一个射频切换开关(201)，在其后端接一个数字切换开关；在n条分集接收射频电路(221～224)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(231～234)和一条备用的分集接收射频电路(225)及其下游的中频信号至数字信号转换电路(235)的前端接第二个射频切换开关(202)，在其后端接所述数字切换开关；n个射频前端模块(204～207)的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端；所述主集接收射频电路、分集接收射频电路分别位于不同的模块；当有一条电路出现故障时，与故障电路连接的射频切换开关(201或202)和数字切换开关(203)一起执行切换操作，将原来送往故障电路的射频信号改为送往备用电路，并将备用电路的输出代替原来故障电路的输出送往后级电路；

所述n个射频前端模块(204～207)的接收天线接收的信号，分别接到两个射频切换开关的输入端的连接方式为：每两个射频前端模块为一组，一组中的每一个射频前端模块的主集接收天线接收的信号经过功分器后分别连接到第一个射频开关的对应输入端和第二个开关的与另一个射频前端模块对应的输入端；所有射频前端模块的分集接收天线接收的信号输出端连接匹配负载，不送往后继电路。