CN103595478A - 高可靠性的铁路gsm-r数字光纤直放站及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，包括近端机、远端机和操作维护中心，近端机通过耦合器与基站连接，通过光纤与远端机连接，通过FE接口与操作维护中心连接，近端机和远端机均包括主路信号和从路信号，两路信号分别接入两个基站信源，若干个近端机和远端机的两路信号分别构成组网，主从信号交织使基站信号从根部交叉覆盖。近端机和远端机内各模块均具有冗余备份。本发明具有单网交织覆盖功能，满足CTCS-3级列控系统覆盖要求，并通过各模块的冗余备份，极大的提高了系统的稳定性。

Description

高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站及其工作方法

技术领域

    本发明涉及铁路信号传输领域，具体是一种高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站及其工作方法。

背景技术

目前，国内的模拟直放站市场已经呈现低成本竞争态势。随着数字直放站成本的进一步降低，数字直放站将逐步取代模拟直放站。　　

数字直放站具有组网能力强、覆盖能力强、噪声低、功耗低、方便调试、故障率低等特点，经过几年发展已经趋于成熟，在公网2G/3G网络建设中不可或缺。

　　未来的直放站应具备多模式、智能化、低能耗、低成本、操作维护简单、高可靠、可扩展性强等多方面先进功能，并将向数字化方向全面发展。

　　数字光纤直放站和ICS直放站是目前直放站发展的重点。数字技术发展和应用表现出与模拟技术更多的优势和特点，特别是软件无线电的发展，用软件实现原来用硬件设备才能实现的功能和应用，这对设备的体积、性能、设备寿命、使用材料，对调试的及时、准确和方便性都具有现实的意义。

现有公网数字光纤直放站系统，可靠性达不到铁路应用的要求。因此随着国内高速铁路快速发展，高可靠性的数字光纤直放站是今后铁路弱场覆盖主流产品。

发明内容

本发明提供了一种高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站及其工作方法，实现主、从双环路，满足单网交织覆盖功能，可靠性高，稳定性高。

本发明包括近端机、远端机和操作维护中心，近端机通过耦合器与基站连接，通过光纤与远端机连接，通过FE接口与操作维护中心连接，近端机和远端机均包括主路信号和从路信号，两路信号分别接入两个基站信源，若干个近端机和远端机的两路信号分别构成组网，主从信号交织使基站信号从根部交叉覆盖。

进一步改进，所述的近端机和远端机内各模块均具有冗余备份。

进一步改进，所述的近端机和远端机的连接方式为星形、链型、环型、单基站交织型或双基站交织型。

进一步改进，所述的远端机主路信号功率比从路信号高6±1db。

进一步改进，所述的近端机和远端机之间具有以太网透传通道或RS232透传通道。

进一步改进，所述的远端机采用漏缆或天线进行信号覆盖。

进一步改进，所述的远端机装有光旁路。

本发明还提供了一种高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站的工作方法，包括以下步骤：

1）近端机接收到GSM-R移动通信基站的信号，下变频为中频信号并转换成数字信号，打包成串行数据方式，通过光纤发送到远端机；

2）远端机接收到近端机下行数字信号，恢复为中频信号，再上变频到GSM-R频率，通过漏缆或者天线发射出去；

3）远端机从GSM-R移动终端接收到的上行的信号转换到数字信号，同时进行数字降噪处理后，通过光纤传回到近端机，近端机将数字信号转换为GSM-R移动通信基站的信号再发给基站接收；

4）若干台近端机和远端机的主路信号和从路信号分别构成星形、链型、环型或交织型组网，当主路信号故障时，系统切换到从路信号继续工作；

5）主从信号交织覆盖，当一台远端机宕机时，左右两边的远端机从根部覆盖信号，代替宕机的远端机工作。

进一步改进，当主路的基站信号宕机切换到从路信号时，从路信号自动提高6±1dB。

进一步改进，直放站系统正常工作时，近端机和远端机的主用模块输出信号，备用模块无输出信号，当主用模块发生故障后，自动切换至备用模块继续工作，并通知操作维护中心进行维修；主用模块恢复后，自动切换回主用模块进行工作。

    本发明有益效果在于：

1、具有单网交织覆盖功能，满足CTCS-3级列控系统覆盖要求，当主路信号故障时，系统切换到从路信号继续工作；当一台远端机宕机，左右两边的远端机可以根部覆盖，不会影响无线信号正常通信，极大的增加了系统的可靠性。

2、近端机和远端机内各模块均由冗余备份，当某一模块发生故障时，自动切换到备用模块，不影响系统正常工作。

3、远端机装有光旁路，当某一台远端设备掉电或光发告警时，进行自动切换至光旁路，其后面串联的远端设备可以正常接收到光纤信号。

4、远端机主路信号功率比从路信号高6±1db，当主路的基站信号宕机切换到从路信号时，从路信号自动提高6±1dB，防止了主从路之间信号的频繁切换。

5、操作维护中心实时测量各远端机与近端机之间的时延并进行调节，将任意两台远端机之间的时延调成一致，可有效防止各远端覆盖的同频干扰，还可以通过调整时延消除远端单之间重叠覆盖之间的时延色散问题。

附图说明

图1为GSM-R数字光纤直放站一种具体实施方式示意图。

图2为近端机一种具体实施方式示意图。

图3为远端机一种具体实施方式示意图。

图4为近端机和远端机星形连接示意图。

图5为近端机和远端机链形连接示意图。

图6为近端机和远端机环型连接示意图。

图7为近端机和远端机单基站交织型示意图。

图8为近端机和远端机双基站交织型示意图。

图9为漏缆型近端机结构示意图。

图10为漏缆型远端机结构示意图。

图11为嵌入式漏缆监测模块构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为GSM-R数字光纤直放站一种具体实施方式示意图，包括近端机、远端机和操作维护中心，近端机通过耦合器与基站连接，通过光纤与远端机连接，通过FE接口与操作维护中心连接，近端机和远端机均包括主路信号和从路信号，两路信号分别接入两个基站信源，若干个近端机和远端机的两路信号分别构成组网，主从信号交织使基站信号从根部交叉覆盖。

近端机结构如图1和图2所示，括相连的变频模块和数字中频板，变频模块通过双工器连接到基站，变频模块和数字中频板均与电源模块和监控单元连接。

远端机结构如图1和图3所示，采用漏缆或者天线覆盖，包括相连的数字中频板和变频模块，数字中频板与近端机中的数字中频板通过光纤相连，变频模块依次通过功放和双工器连入天线或漏缆，天线或漏缆通过滤波器和低噪放模块连回变频模块上，各模块均与电源模块和监控单元连接。

设备的一般工作模式如下：

1）近端机接收到GSM-R移动通信基站的信号，通过变频模块下变频到中频信号，经模拟信号/数字信号转换到数字信号，由数字基带处理单元将数字信号打包并转换为串行数据方式，再经光纤收发器发送到远端机；

2）远端机接收到近端机下行数字信号，由数字基带处理单元解帧，再通过数字滤波方式对每个系统选用的频点进行数字滤波处理，将得到的数字信号恢复为中频信号，再经变频模块上变频到GSM-R频率，经发射机发射出去；

3）远端机从GSM-R移动终端接收到的上行的信号经远端机接收子系统接收后，通过变频模块下变频到中频信号，然后转换到数字信号，同时进行数字降噪处理后，通过光纤传回到近端机，近端机将数字信号转换为GSM-R移动通信基站的信号再发给基站接收；

4）近端机和远端机的主路信号和从路信号分别构成环形组网，使两个基站小区信号从根部交叉覆盖，当一台远端机宕机时，左右两边的远端机从根部覆盖信号，代替宕机的远端机工作。

设备功能要求如下：

①上行底噪抑制

设备支持上行底噪抑制，满足以下功能要求：

a)  单独对每个远端设备DRRU的上行链路进行控制，减小各远端设备DRRU之间上行噪声相互干扰，消除上行对基站的噪声干扰；

b)  设备采用载波选频方式，只对信源小区所使用的载频进行放大，滤除非工作频点，减少到达基站的上行噪声电平；

c)  支持时隙自动关断功能，对于处在空闲状态下的时隙进行关断，进一步降低上行噪声。

②自动时延调整

设备支持自动时延调整，满足以下功能要求：

a)  实时测量各远端机DRRU与近端机DMU之间的时延，应支持手动或自动的方式进行调节,应将任意两台DRRU之间的时延调成一致，有效防止各远端覆盖的同频干扰。

b)  通过调整时延消除远端单之间重叠覆盖之间的时延色散问题。

③多种冗余组网方式

近端机与远端机设备之间支持星形、链形、环型、交织型等冗余组网方式。

④光旁路功能

远端机设备应具备光旁路功能，当某一台远端机设备掉电或光发告警时，进行自动切换至光旁路，其后面串联的远端机设备可以正常接收到光纤信号。

⑤应采用CPRI标准传输接口和数字光端机技术

a)  射频信号不随光信号的衰减而衰减，在长距离和多分路传输过程中保持动态范围不变；

b)  支持对数字传输时延的计算和校正；

c)  支持菊花链传输方式和信号多次再生；

d)  数字光端机应具备高稳定性和高可靠性，减少维护成本。

⑥具有冗余分集接收功能

考虑覆盖的链路平衡问题，上行具有冗余接收分集功能，接收分集功能可以获得额外的分集增益，从而平衡系统上、下行链路信号，有效提高了上行信号的抗衰落性。

⑦自动载波跟踪

当基站改变载波频率时，远端机自动跟踪载波变化。

⑧高速透传通道

近端机和远端机的数字中频板之间具有以太网透传通道（以太网传输速率≥100Mbps）或RS232（RS232传输速率 ≥38400bps）透传通道。

⑨网管功能

<1>本地监控功能

本地监控功能应满足以下要求：

i)  通过电脑连接设备；

ii)  应支持在DMU和DRRU之间任意切换；

iii)  应具备对参数进行查询和设置、告警查询和软件下载等功能。

<2>远程维护功能

远程维护功能应满足以下要求：

i)  应支持以太网方式将监控数据接入监控中心；

ii)  支持对参数进行查询和设置、告警查询；

iii） 支持远程下载功能。

系统特色如下：

1、单网交织覆盖

    具有相邻小区信号的冗余覆盖，采用主、从交织覆盖技术。如图7所示，两个基站小区信号从根部交叉覆盖，为了防止频繁切换，远端机主信号比从信号高6dB，当主备路的基站信号宕机后，从路自动提高6dB,保证继续覆盖，当一台远端机宕机，左右两边的远端机可以根部覆盖，不会影响无线信号正常通信。

采用GSM-R交织覆盖,应符合下列要求：

    a)近、远端机应设置主路和从路，分别接入两个基站信源；

    b)主路和从路都采用环型组网；

    c）远端机能自动控制主路与从路信号功率差值为6±1dB。

    d）远端机主路信号故障后，自动关闭主路，并自动提升从路信号功率6dB。

    e) 网管支持主路、从路近端机对远端机进行管理和控制。

2、模块冗余备份

电源模块、光模块、功放模块、监控单元、数字中频变频模块（数字中频板与变频模块集成）等关键部件的冗余备份，并具备自动切换功能。

2.1 电源模块热备份

电源模块宜采用并联方式连接，但电源模块输出端口需考虑保护措施。主备电源应采用热备份方式，必须保证电源模块间无缝切换。

2.2 光模块冗余备份

设备应采用光旁路、环路方式，使光模块具有冗余备份功能。连接方式见图1所示。

2.3 功放模块冗余备份

远端机应采用主、备功放方式进行冗余备份。直放站系统默认工作功放为主用即主用功放射频开关打开，备用功放射频开关关闭。当主用功放发生故障（能够模拟功放故障告警）时，设备自动切换至备用功放即先关闭主用功放开关，再打开备用功放开关。

功放切换应具有手动切换功能即能够通过调试软件或网管对功放进行手动设置工作功放。连接方式见图3所示。

2.4 监控单元冗余备份

    直放站系统默认工作控制板为主用，当主控制板发生数据线不通或故障（能够模拟故障）时，且备用控制板工作状态正常时，主用控制板会自动切换至备用控制板，直放站系统仍能正常工作；当主用控制板恢复后，自动切换至主用控制板工作。

2.5 数字中频变频模块(集成了数字中频板和变频模块)冗余备份

直放站系统应具有数字中频变频模块冗余备份，连接方式见图2和图3所示，主用数字中频变频模块控制主用信号，备用数字中频变频模块控制从路信号。

按照图1方式连接时，近端机主路和从路与同一个远端机的主路和从路连接，实现冗余备份功能。要求控制板能够控制备用数字中频变频模块的输出信号有无即直放站系统正常工作时，主用数字中频变频模块输出信号，备用数字中频变频模块无输出信号，当主用数字中频板或变频模块发生故障（能够模拟故障）后，自动切换至备用数字中频变频模块工作，若主用数字中频变频模块故障都恢复后，又自动切换回主用数字中频变频模块工作。

图4至图8为近端机与远端机连接方式示意图，包括星形、链型、环型、单基站交织型或双基站交织型。

如果远端机采用漏缆方式进行覆盖，独立式漏缆监测设备需要单独的供电及使用安装，并且需用额外信号接入器及功分器或3dB电桥引入监测信号；在实际使用中存在一些不便。可使用嵌入式漏缆监测设备，安装到GSM-R光纤直放站远端机内部，使用方便可靠。漏缆型数字光纤直放站构成见图9和图10所示，嵌入式漏缆监测模块内部组成见图11所示，包括监控板、5VDC电源模块、RS232调试口、电桥和两个电台。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，包括近端机、远端机和操作维护中心，近端机通过耦合器与基站连接，通过光纤与远端机连接，通过FE接口与操作维护中心连接，其特征在于：近端机和远端机均包括主路信号和从路信号，两路信号分别接入两个基站信源，若干个近端机和远端机的两路信号分别构成组网，主从信号交织使基站信号从根部交叉覆盖。

2.根据权利要求1所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，其特征在于：所述的近端机和远端机内各模块均具有冗余备份。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，其特征在于：所述的近端机和远端机的连接方式为星形、链型、环型、单基站交织型或双基站交织型。

4.根据权利要求1或2所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，其特征在于：所述的远端机主路信号功率比从路信号高6±1db。

5.根据权利要求1或2所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，其特征在于：所述的近端机和远端机之间具有以太网透传通道或RS232透传通道。

6.根据权利要求1或2所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，其特征在于：所述的远端机采用漏缆或天线进行信号覆盖。

7.根据权利要求1或2所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站，其特征在于：所述的远端机装有光旁路。

8.一种高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）近端机接收到GSM-R移动通信基站的信号，下变频为中频信号并转换成数字信号，打包成串行数据方式，通过光纤发送到远端机；

2）远端机接收到近端机下行数字信号，恢复为中频信号，再上变频到GSM-R频率，通过漏缆或者天线发射出去；

3）远端机从GSM-R移动终端接收到的上行的信号转换到数字信号，同时进行数字降噪处理后，通过光纤传回到近端机，近端机将数字信号转换为GSM-R移动通信基站的信号再发给基站接收；

4）若干台近端机和远端机的主路信号和从路信号分别构成星形、链型、环型或交织型组网，当主路信号故障时，系统切换到从路信号继续工作；

5）主从信号交织覆盖，当一台远端机宕机时，左右两边的远端机从根部覆盖信号，代替宕机的远端机工作。

9.一种权利要求8所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站的工作方法，其特征在于：当主路的基站信号宕机切换到从路信号时，从路信号自动提高6±1dB。

10.一种权利要求8所述的高可靠性的铁路GSM-R数字光纤直放站的工作方法，其特征在于：直放站系统正常工作时，近端机和远端机的主用模块输出信号，备用模块无输出信号，当主用模块发生故障后，自动切换至备用模块继续工作，并通知操作维护中心进行维修；主用模块恢复后，自动切换回主用模块进行工作。

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