CN103259752B - 一种gsm-r终端滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可以应用于列车自动防护设备（ATP）和机车综合无线通信设备（CIR）的GSM‑R终端滤波器，所述GSM‑R终端滤波器的带外信号抑制不小于35dB，所述GSM‑R终端滤波器的插入损耗不大于6dB。本发明还提供了一种GSM‑R终端滤波器，所述GSM‑R终端滤波器的带外信号抑制不小于30dB，所述GSM‑R终端滤波器的插入损耗不大于4dB。由于采用了上述参数的GSM‑R终端滤波器，极大提高了GSM‑R终端的通信质量。

Description

一种GSM-R终端滤波器
【技术领域】
本发明涉及GSM-R网络建设领域，具体涉及一种GSM-R终端滤波器。
【背景技术】
目前，中国铁路专用移动通信系统GSM-R系统采用EGSM频段，上行885MHz～889MHz，下行930MHz～934MHz。由于我国无线频率资源较为紧张，公众移动通信网络所在频段与铁路专用频段之间的间隔较近，其中中国移动900MHz网络上行890MHz～909MHz，下行935MHz～954MHz；中国联通900MHz网络上行909MHz～915MHz，下行954MHz～960MHz。
在这种情况下，鉴于公众网络特别是中国移动的基站发射功率很大，如移动基站与铁路GSM-R基站距离较近或两者天线方向相对或接近，GSM-R网络极易受到公网的干扰。
为了克服公众网络对于GSM-R网络的影响，特别是公众网络对GSM-R网络造成干扰导致的GSM-R网络通信质量等级的降低，可以通过加装滤波器加以改善。
其中一种滤波器加装在移动基站侧，其原理是通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低的水平。加装在移动基站侧的滤波器会将其自身的上行890MHz～909MHz、下行935MHz～954MHz作为通带，允许在这一频率区间的分量通过，抑制其他频率区间的分量。由于铁路GSM-R网络的频率区间正好处在该滤波器的抑制范围内，通过滤波器的信号中将不包含铁路专用的频率分量，从而起到避免对GSM-R网络造成干扰的作用。另外一种滤波器加装在GSM-R基站侧，与加装在移动基站侧不同的是，这种滤波器将铁路GSM-R专用频段作为其通带，抑制其它的频率分量，保证只有铁路专用频率可以进、出GSM-R基站，起到避免公网基站对GSM-R基站造成干扰的作用。
上述第一种滤波器可以保证移动基站发射出的信号中不包含铁路专用频率的分量，避免对GSM-R网络产生同频、邻频干扰；同时抑制了由于移动基站设备等的原因产生的杂散信号落在铁路专用频段而对GSM-R网络通信质量造成的影响。第二种滤波器保证进入GSM-R基站的信号只包含铁路专用频段的频率分量，避免了公网对GSM-R网络造成的上行干扰。但是，由于该两种滤波器均是加载在基站侧，包括公网频率分量和GSM-R专用频率分量在内的各种频率的无线电波经过空中接口传播后仍然会全部进入铁路专用移动终端（车载ATP（Automatic Train Protection列车自动防护）设备和车载CIR（机车综合无线通信设备）设备）的接收机，此时不同的公网信号之间、公网信号和GSM-R网络信号之间均可能产生一系列的互调信号，这些互调产物中的一部分会落入GSM-R专用频段，从而产生同频或邻频的干扰，严重影响铁路移动终端的下行通信质量，进而影响铁路业务应用。而前述两种滤波器均无法做到对铁路移动终端下行通信质量的保护。
【发明内容】
为了提高GSM-R终端的通信质量，本发明提供了一种安装在GSM-R车载终端设备侧的、滤波参数较佳的GSM-R终端滤波器。
一种GSM-R终端滤波器，所述GSM-R终端滤波器的带外信号抑制不小于35dB，所述GSM-R终端滤波器的插入损耗不大于6dB。
所述GSM-R终端滤波器是腔体滤波器。
所述GSM-R终端滤波器是专用于列车自动防护设备的滤波器。
所述GSM-R终端滤波器的下行通道的级数是10和/或所述GSM-R终端滤波器的上行通道的级数是6。
所述GSM-R终端滤波器是无源滤波器。
本发明还提供了一种GSM-R终端滤波器，所述GSM-R终端滤波器的带外信号抑制不小于30dB，所述GSM-R终端滤波器的插入损耗不大于4dB。
所述GSM-R终端滤波器是腔体滤波器。
所述GSM-R终端滤波器是专用于机车综合无线通信设备的滤波器。
所述GSM-R终端滤波器的下行通道的级数是6和/或所述GSM-R终端滤波器的上行通道的级数是6。
所述GSM-R终端滤波器是无源滤波器。
面向铁路车载CIR设备和ATP设备的不同使用特点，针对CIR设备应用将两套独立的滤波器集成在同一套设备中，具备两套输入、输出接口，分别对应CIR设备的话音通信接口和GPRS数据通信接口；针对ATP设备主、备通信模块各自采用一套独立的滤波器设备与其连接，保证CIR设备及ATP设备的两路均可同时工作。
本GSM-R终端滤波器输入、输出端口采用TNC接头，减少与车载天线及CIR设备、ATP设备之间的接头转换。滤波器的两套输入、输出接口位于面板同一侧，便于安装、维护。
本GSM-R终端滤波器为无源设备，其引入对于CIR设备及ATP设备的整体RAMS指标（可靠性、可用性、可维护性、安全性）、设备电磁兼容特性无任何影响，不影响车载终端系统的整体稳定性。
本发明的有益效果是：由于采用了上述参数的GSM-R终端滤波器，极大提高了GSM-R终端的通信质量。
【附图说明】
图1是一种实施例的GSM-R终端的通信质量对比测试框图；
图2是一种实施例采用10级下行信道GSM-R终端滤波器的ATP设备的信号仿真图；
图3是一种实施例采用9级下行信道GSM-R终端滤波器的ATP设备的信号仿真图；
图4是一种实施例采用11级下行信道GSM-R终端滤波器的ATP设备的信号仿真图；
图5是一种实施例采用6级上行信道GSM-R终端滤波器的ATP设备的信号仿真图；
图6是一种实施例采用5级上行信道GSM-R终端滤波器的ATP设备的信号仿真图；
图7是一种实施例采用7级上行信道GSM-R终端滤波器的ATP设备的信号仿真图；
图8是一种实施例采用6级下行信道GSM-R终端滤波器的CIR设备的信号仿真图；
图9是一种实施例采用5级下行信道GSM-R终端滤波器的CIR设备的信号仿真图；
图10是一种实施例采用7级下行信道GSM-R终端滤波器的CIR设备的信号仿真图；
图11是另一种实施例的GSM-R终端的通信质量对比测试框图；
图12是图11中的第一GSM-R手持终端的信号质量仿真图；
图13是图11中的第二GSM-R手持终端的信号质量仿真图；
图14是GSM-R终端滤波器下行信道级数分别采用8、10和12级的信号对比图。
【具体实施方式】
以下将结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细说明。
实施例1
采用如图1中的原理框图进行通信质量对比测试，用第一QoS（quality of service服务质量）一体化测试设备和第二QoS一体化测试设备作为ATP设备，将模拟服务器号码添加至MSC（移动交换中心）数据库，用于模拟RBC（Radio Block Center无线闭塞中心）与作为ATP设备的GSM-R移动终端之间的通信。第一QoS一体化测试设备直接通过天线A、经过GSM-R网络向CSD地面模拟服务器发起CSD呼叫，第一QoS一体化测试设备可以对测试数据进行记录；而第二QoS一体化测试设备通过用于ATP设备的GSM-R滤波器和天线A、经过GSM-R网络向CSD地面模拟服务器发起CSD呼叫，第二QoS一体化测试设备也可以对测试数据进行记录，其中，两个天线A的增益相同。
采用图1中GSM-R终端滤波器和第二QoS一体化测试设备进行一系列的测试，得到表1中的测试结果：
表1用于ATP设备的GSM-R终端滤波器下行通道基本参数规格测试结果
其中，测试报告中包含当前通信质量等级的参数；由表1可以看出，当带外抑制不小于35dB，同时插入损耗不大于6dB时，滤波器的性能表现出最佳状态，在此基础上，无论是带外抑制减小或是插入损耗增大均会导致滤波器性能成倍数下降（包括通信质量5级以上的比例增加，接收错误包数的比例增加）。因此确定滤波器下行通道的基本参数时，应确定通带中心频率为932MHz，带宽为4MHz，插入损耗6dB，带外信号抑制不小于35dB。
选用切比雪夫式滤波器作为本设计滤波器的逼近函数。
利用下式计算频率变换的归一化频率：
Ω = w 0 w 2 - w 1 ( w w 0 - w 0 w ) = 1 w ( w w 0 - w 0 w ) ;
结合常数ε，本领域技术人员在根据上述参数即可以确定滤波器所需级数N：
N = ar cosh ( 10 L s 10 - 1 ) / ϵ ar cosh Ω ,
在本设计中，计算得到N=10，即本滤波器下行频率区间（930MHz～934MHz）采用10级腔体。
根据以上计算确定的各项参数利用软件进行仿真，其结果如图2所示，横轴表示信号频率（单位为MHz），纵轴表示信号电平的绝对值（图2至10的横轴和纵轴均表示相同的含义），曲线L表示被测信号，在通带930-934.6MHz之间的最大插入损耗出现在点P2处，大约为5.74dB，而934.6MHz处点P1的带外信号抑制达到35.035dB，满足上述的滤波器参数设置要求。
为了进一步验证采用10级腔体设计的合理性，分别对9级腔体和11级腔体的情况进行了仿真。
如图3所示，当该GSM-R滤波器的腔体下行通道的级数设计为9级时，虽然插入损耗满足上述参数设置的要求，但是在934.6MHz处点P3的带外信号抑制仅仅为30dB，不能满足上述参数设置的要求。
如图4所示，当该GSM-R滤波器的腔体下行通道的级数设计为11级时，虽然在934.6MHz处点P4的带外抑制满足上述参数设置的要求，但是带内934MHz处的最大插入损耗达到6.45dB，不能满足上述参数设置的要求。
同理，对于本GSM-R滤波器的上行通道进行测试，得到如表2所示的结果：
表2用于ATP设备的GSM-R终端滤波器上行通道基本参数规格测试结果
由表2所示，无论是带外抑制小于25dB或是插入损耗大于1.5dB，均会导致GSM-R滤波器的性能成倍下降（包括通信质量5级以上的比例的增加，以及接受错误包数的比例增加）。因此确定滤波器上行通道的基本参数时，应确定通带中心频率为887MHz，带宽为4MHz，插入损耗1.5dB，带外信号抑制不小于25dB。同样采用切比雪夫式滤波器作为本设计滤波器上行通道的逼近函数，计算得到上行通道的级数为6级，即本滤波器上行频率区间（885MHz～889MHz）采用6级腔体。
如图5所示，被测信号曲线L，其在整个通带（885MHz～889MHz）内的最大插入损耗在889MHz处点P7，约为1.39dB，通带以外1MHz处点P6的带外抑制达到29dB，两者均能满足上述参数设置的要求。
如图6所示，当该GSM-R滤波器的腔体上行通道的级数设计为5级时，虽然插入损耗满足上述参数设置的要求，但是在通带以外1MHz处点P8的带外信号抑制仅仅为21dB，不能满足上述参数设置的要求。
如图7所示，当该GSM-R滤波器的腔体上行通道的级数设计为7级时，虽然在带外1MHz处的带外抑制满足上述参数设置的要求，但是带内的插入损耗比超过1.5dB，包括889MHz处点P9的插入损耗达到1.8dB，不能满足上述参数设置的要求。
综上可以看出，当本GSM-R滤波器的下行通道和上行通道的技术分别为10级和6级时，GSM-R滤波器的滤波性能最佳。
利用如图1所示的原理图进行进一步的测试，其中滤波器1和滤波器2均为本实施例1的GSM-R终端滤波器（分别通过第二QoS一体化测试设备进行测试），得到如表3所示的结果：
表3GSM-R专用腔体滤波器电路域数据业务测试结果
通过对测试结果进行分析可以发现，在测试点1，不连接GSM-R滤波器的情况下，通信质量5级以上的测量报告数量占测量报告总数的百分比超过了20%，统计所有测量报告并计算其通信质量平均值（0～7级）达到了2.59，在发送的所有12157个数据包中错误包数多达760个，严重影响了业务应用；而在连接了GSM-R滤波器以后，通信质量5级以上的测量报告数量占测量报告总数的百分比仅为0.06%，通信质量平均值不超过0.02，在10957个总数据包中错误包仅为1包，极大地改善了终端通信质量水平。在测试点2和测试点3表现出了同样的结果。
实施例2
与实施例1相似，采用如图1所示的原理框图进行通信质量对比测试，但不同的是QoS一体化测试设备与服务器之间发起长呼且GSM-R滤波器是用于CIR设备的，经过一系列的测试，得到表4和表5的测试结果：
表4用于CIR设备的GSM-R滤波器下行通道基本参数规格测试结果
表5用于CIR设备的腔体滤波器上行通道基本参数规格测试结果
从表4和5的测试结果可以看出，为了保证最佳的通信质量，应规定下行通带中心频率为932MHz，带宽为4MHz，插入损耗4dB，带外信号抑制不小于30dB；上行通带中心频率为887MHz，带宽为4MHz，插入损耗1.5dB，带外信号抑制不小于25dB。与实施例1相同的方法，利用切比雪夫式滤波器作为本设计滤波器的逼近函数，分别计算得到本滤波器的下行通道和上行通道的级数分别为6级。
如图8所示，用于CIR设备的滤波器的级数是6级的仿真图，其中曲线M表示被测信号，在通带930-934.6MHz之间的最大插入损耗出现在点P10处，大约为3.87dB，而934.6MHz处点P11的带外信号抑制达到30.711dB，满足上述的滤波器参数设置要求。
为了进一步验证采用6级腔体设计的合理性，分别对5级腔体和7级腔体的情况进行了仿真。
如图9所示，当该GSM-R滤波器的腔体下行通道的级数设计为5级时，虽然插入损耗满足上述参数设置的要求，但是在934.6MHz处点P12的带外信号抑制仅仅为22.46dB，不能满足上述参数设置的要求。
如图10所示，当该GSM-R滤波器的腔体下行通道的级数设计为7级时，虽然在934.6MHz处点P4的带外抑制满足上述参数设置的要求，但是带内934MHz处的最大插入损耗超过4dB，不能满足上述参数设置的要求。
当对于用于CIR设备的滤波器来说，上行通道的级数采用6级时，由实施例1中的图5的仿真可以看出，最大插入损耗约为1.39dB且通带以外1MHz的带外抑制达到29dB的参数满足本滤波器的参数设置要求。
如图11所示，用第一GSM-R手持终端和第二GSM-R手持终端作为CIR设备，第一GSM-R手持终端一端直接与天线A连接，另一端与测试计算机连接，第二GSM-R手持终端一端通过GSM-R中断滤波器与天线A连接，另一端与测试计算机连接，两个天线A的增益保持一致。
第一GSM-R手持终端和第二GSM-R手持终端均保持锁定在发生通信质量劣化的频点（1015），两者之间发起长呼测试，并监测同一时刻下是否连接GSM-R滤波器的通信质量对比情况，如图12和图13所示，横轴表示时间，右纵轴表示通信质量等级，曲线T表示被测信号曲线，如图12所示，在没有连接GSM-R滤波器的情况下，第一GSM-R手持终端的曲线T的通信质量长时间、大面积出现通信质量劣于4级的情况，且频繁出现通信质量劣化至6级、7级；而在同一时刻，连接了GSM-R终端滤波器的第二GSM-R手持终端的曲线T，其通信质量基本保持在0级，在测试环境不变的情况下，极大地改善了测试终端的通信质量水平。
如图14所示，横轴和纵轴分别表示频率和电平绝对值，其中，曲线N1、N2和N3分别表示采用10级、12级和8级的GSM-R终端滤波器的下行信号曲线。
可以看出，曲线N3与曲线N1相比，其滚降特性表现略差，带外信号受到抑制的程度和速度均差于曲线N1；而曲线N2与曲线N1相比，虽然滚降特性与曲线N1基本一致甚至优于曲线N1，但过多的腔体级数为实际调试带来了一定的困难，在通带边界处的有用信号受到一定影响，综合比较仍逊于曲线N1。
虽然曲线N3和曲线N2代表的两种方案表现出的性能较最佳方案有所不如，但对于带外信号以及由其带来的互调信号和杂散信号对于有用信号的干扰仍表现出了较好的抑制作用，在功能上同样可以实现对于铁路车载CIR设备及ATP设备通信质量等级的较大改善，这是传统的基站滤波器所无法实现的。

Claims (4)

1.一种GSM-R终端滤波器，其特征是：所述GSM-R终端滤波器下行通道的带外信号抑制不小于35dB且插入损耗不大于6dB，所述GSM-R终端滤波器上行通道的带外信号抑制不小于25dB且插入损耗不大于1.5dB；所述GSM-R终端滤波器是腔体滤波器；所述GSM-R终端滤波器的下行通道的级数是10，所述GSM-R终端滤波器的上行通道的级数是6；所述GSM-R终端滤波器是专用于列车自动防护设备的滤波器。
2.如权利要求1所述的GSM-R终端滤波器，其特征是：所述GSM-R终端滤波器是无源滤波器。
3.一种GSM-R终端滤波器，其特征是：所述GSM-R终端滤波器下行通道的带外信号抑制不小于30dB且插入损耗不大于4dB，所述GSM-R终端滤波器上行通道的带外信号抑制不小于25dB且插入损耗不大于1.5dB；所述GSM-R终端滤波器是腔体滤波器；所述GSM-R终端滤波器的下行通道的级数是6，所述GSM-R终端滤波器的上行通道的级数是6；所述GSM-R终端滤波器是专用于机车综合无线通信设备的滤波器。
4.如权利要求3所述的GSM-R终端滤波器，其特征是：所述GSM-R终端滤波器是无源滤波器。
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