CN103888984A - 一种基站射频单元冗余热备份的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站射频单元冗余热备份的方法及系统，涉及无线通信领域的GSM-R，所述方法包括：将两个互为热备份的主射频单元和备射频单元直接连接同一基带处理单元，接收来自所述基带处理单元的同一下行信号；主射频单元将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去；备射频单元将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。本发明通过采用两个独立的主备射频单元，不需要倒换时间就能实现主被功能的热备份。

Description

一种基站射频单元冗余热备份的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及GSM-R领域的一种基站射频单元冗余热备份的方法及相关系统。

背景技术

目前基站射频单元备份方法主要采用的是载频倒换的方法。即正常工作时，工作载频正常工作，备份载频不工作。如图1所示，当主工作基站的工作载频发生故障时，进行载频倒换，关断工作载频，打开备份基站的备份载频。具体地说，主工作基站的主射频单元和备份工作基站的备射频单元通过合路器合并输出，正常工作时，主射频单元发射信号，备射频单元不发射信号。主射频单元出现故障时需要切换设备。切换期间两个射频单元都不发射信号，系统工作中断。切换完成后，备射频单元发射信号，主射频单元无信号输出。如果两个相同的无线信号要在合路器中完成相加合并，必须采用相应的相位调整技术，使两路射频信号在合路器中同相位相加，但一旦一路信号出现故障时，这个相加的条件就被破坏了，正常工作的另一路无线信号也只有一半的功率能够发射出去，不能起到互为备份的作用。

如果两路相同的射频信号不通过合路器直接发射到相同的覆盖区域，这两个相同的射频信号在空中会存在干涉问题，即在正常的覆盖区域中，有些位置上，两个信号同相相加，信号增大，有些位置，两个信号反相相加，信号互相抵销，就收不到信号，所以射频信号不能同时发射。

现有技术中利用开关信号切换射频信号，存在需要切换时间、切换不成功等问题。此外，采用切换开关，备份电路必须和主工作电路在一个工作设备中，可能存在设备的公共部分出现故障，无法实现备份的问题。

GSM-R系统在用于高速铁路的控制和调度时，GSM-R系统的无故障工作对保障高速铁路的安全运营是至关重要的。基站设备的冗余备份是必需的。但一般的冗余备份都需要设备切换时间、射频部分处于冷备份状态等问题。一般的倒换载频时间需要几秒甚至几十秒的时间，在这段时间内，以每小时300千米速度运行的高速列车已经行进了几千米，却可能处于失控状态，所以存在巨大安全隐患。另一方面，备份载频平时处于关闭状态，也可能已经存在故障，在切换载频时，实际上已起不到备份的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基站射频单元冗余热备份的方法及系统，使两个独立的主备基站设备的射频单元不需要倒换时间就能实现主备功能的热备份。

根据本发明的一个方面，提供了一种基站射频单元冗余热备份的方法，包括：

将互为热备份的主射频单元和备射频单元直接连接同一基带处理单元，并接收来自所述基带处理单元的同一下行信号；

主射频单元将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去；

备射频单元将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。

优选地，所述射频处理的步骤包括：

主射频单元利用其转换电路，将所述下行信号进行信号转换，并经由其发信机发送至其功率放大器；

利用功率放大器，将经由所述发信机得到的信号进行功率放大，得到所述主集信号。

优选地，所述延时射频处理的步骤包括：

备射频单元依次利用其延时电路和转换电路，将所述下行链路信号进行信号延时和信号转换，并经由其发信机发送至其功率放大器；

利用功率放大器，将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述延时分集信号。

优选地，还包括：

主射频单元经由主集发射天线收到上行信号后，将所述上行信号进行低噪放大，并经由其收信机发送至其转换电路；

利用所述转换电路，将经由收信机得到的信号进行信号转换，并发送至基带处理单元，以供基带处理单元进行合并处理。

优选地，还包括：

备射频单元经由分集发射天线收到上行信号后，将所述上行信号进行低噪放大，并经由其收信机发送至其转换电路；

利用所述转换电路，将经由收信机得到的信号进行信号转换，并发送至基带处理单元，以供基带处理单元进行合并处理。

根据本发明的另一方面，提供了一种基站射频单元冗余热备份的系统，包括：主射频单元、备射频单元、基带处理单元，两个互为热备份的所述主射频单元和所述备射频单元直接连接同一基带处理单元，并接收来自所述基带处理单元的同一下行信号，其中：

所述主射频单元，用于将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去；

所述备射频单元，用于将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。

优选地，所述主射频单元包括：

转换电路，用于将所述下行链路信号进行信号转换，并经由发信机发送至功率放大器；

功率放大器，用于将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述主集信号。

优选地，所述主射频单元还包括：

低噪放大器，用于将经由主集发射天线收到的上行信号进行低噪放大，并经由收信机发送至转换电路，以供转换电路进行信号转换后发送至基带处理单元。

优选地，所述备射频单元包括：

延时电路，用于将所述下行链路信号进行信号延时；

转换电路，用于将所述延时电路输出的信号进行信号转换，并经由发信机发送至功率放大器；

功率放大器，用于将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述延时分集信号。

优选地，所述备射频单元还包括：

低噪放大器，用于将经由分集发射天线收到的上行信号进行低噪放大，并经由收信机发送至转换电路，以供转换电路进行信号转换后发送至基带处理单元。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1、本发明中，相互独立的主射频单元和备射频单元中只要有一个射频设备能正常工作，就能保证系统的正常功能，不需要倒换时间，从而消除了倒换期间的故障影响，保证了系统的工作连续性；

2、本发明中，由于冗余热备份的是两个独立的射频单元，并且包括天线、馈线、电源等的外围设备也是独立的，因此，两个射频单元之间没有公共的硬件部分，当一个射频单元有故障，或因为配套的外围设备有故障时，不会影响另一路射频单元工作，这样能够做到充分的硬件备份，消除了公共部分故障所带来的备份无效影响。

3、本发明中，备射频单元平时也处于正常工作状态，有故障时能及时发现并采取维护措施，消除了备射频单元平时不工作，有故障时不能及时发现的问题，保证了系统的备份有效性。

附图说明

图1是现有技术提供的备份方法；

图2是本发明实施例提供的系统连接图；

图3是本发明实施例提供的基站射频单元冗余热备份的方法原理框图；

图4是本发明实施例提供的系统工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中所采用的两个互为热备份的基站都同时工作，射频部分采用延时发射分集工作，所述延时分集发射是一种发射技术，该技术在多付天线上发射具有不同延迟的同一调制信号，当其中一个出现故障时，不需要切换时间，依然能保证系统处于正常工作状态。不仅克服了现有技术中的主备倒换需要切换时间缺点，还解决了现有技术中存在的可能存在射频冷备份的无效备份问题。以下结合附图2至图4对本发明进一步说明。

图2是本发明实施例提供的系统连接图，如图2所示，同一站点硬件部分包括两个完全相同的相互独立的主工作基站的主射频单元和备份基站的备射频单元、各自独立的主工作基站的天馈系统和备份基站的天馈系统、基带处理单元。所述两个射频单元分别连接各自的天馈系统，同时工作，主射频单元发射主集信号，备射频单元发射延时分集信号。也就是说，在一个站点同时安装两个独立的互为热备份的射频单元，分别连接两个覆盖区域相同的天线，且两个射频单元直接连接同一个基带处理单元，并接收来自所述基带处理单元的同一下行信号。主工作基站和备份基站都同时工作，发射射频信号。为避免射频干涉问题，采用延时发射分集技术，如图2所示，主工作基站发射主集信号，备份基站发射延时分集信号，延时功能在备份基站中实现，延时时间可调整。移动台的多径处理能力能够正常接收合并处理这两个信号。当其中任何一个基站出现故障，不能发射射频信号时，移动台只接收另一个基站发射的射频信号，也能正常解调收到的信号，实现正常通信。其中：

所述主射频单元，用于将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去。其包括：

转换电路，用于将所述下行链路信号进行信号转换，并经由发信机发送至功率放大器；

功率放大器，用于将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述主集信号；

低噪放大器，用于将经由主集发射天线收到的上行信号进行低噪放大，并经由收信机发送至转换电路，以供转换电路进行信号转换后发送至基带处理单元。

所述备射频单元，用于将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。其包括：

延时电路，用于将所述下行链路信号进行信号延时；

转换电路，用于将所述延时电路输出的信号进行信号转换，并经由发信机发送至功率放大器；

功率放大器，用于将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述延时分集信号；

低噪放大器，用于将经由分集发射天线收到的上行信号进行低噪放大，并经由收信机发送至转换电路，以供转换电路进行信号转换后发送至基带处理单元。

图3是本发明实施例提供的基站射频单元冗余热备份的方法原理框图，如图3所示，包括：

步骤301、将互为热备份的主射频单元和备射频单元直接连接同一基带处理单元，并接收来自所述基带处理单元的同一下行信号。

步骤302、主射频单元将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去。

所述步骤302中、主射频单元利用其转换电路，将所述下行信号进行信号转换，并经由其发信机发送至其功率放大器；利用功率放大器，将经由所述发信机得到的信号进行功率放大，得到所述主集信号。

步骤303、备射频单元将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。

所述步骤303中，备射频单元依次利用其延时电路和转换电路，将所述下行链路信号进行信号延时和信号转换，并经由其发信机发送至其功率放大器；利用功率放大器，将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述延时分集信号。

进一步地，还包括：在主射频单元经由主集发射天线收到上行信号后，将所述上行信号进行低噪放大，并经由其收信机发送至其转换电路；利用所述转换电路，将经由收信机得到的信号进行信号转换，并发送至基带处理单元，以供基带处理单元进行合并处理。

进一步地，还包括：在备射频单元经由分集发射天线收到上行信号后，将所述上行信号进行低噪放大，并经由其收信机发送至其转换电路；利用所述转换电路，将经由收信机得到的信号进行信号转换，并发送至基带处理单元，以供基带处理单元进行合并处理。

图4是本发明实施例提供的系统工作原理图，如图4所示，两个射频单元均包括双工器、功率放大器、低噪放大器和收发信板，并通过CPRI接口与基带处理单元相连，所述收发信板中包括可以调整下行信号延迟的延时电路。两个射频单元同时接收基带处理单元送来的相同的下行信号，备射频单元在它的数字电路部分对所述下行信号进行延时处理，延时时间可根据需要调整。其它部分和正常的主射频单元工作方式相同。

从基带处理单元发出两路完成相同的下行信号，通过CPRI接口同时送到两个射频单元的收发信板。在主射频单元中，下行信号经转换电路转换后直接送到发信机，发信机输出送入功率放大器，经双工器到天线把无线信号（主集信号）辐射到覆盖小区中。在备份射频单元中，下行信号经延时电路进行延时，并经过转换电路转换后送到发信机，发信机输出送入功放，经双工器到天线把无线信号（延时分集信号）辐射到和主射频单元覆盖相同的覆盖小区中。

从相同小区移动台发射的上行信号同时被主射频单元和备射频单元的天线接收，并经过天馈线、双工器和低噪放大器，送入收信机，经转换电路转换后，通过CPRI（The Common Public RadioInterface，通用公共无线接口）接口把两个射频单元输出的信号分别送到基带处理单元，在基带处理单元中完成这两路信号的分集合并接收。

在正常工作状态中，两个基站射频单元同时工作，主射频单元发射主集信号，分射频单元发射延时分集信号，移动台收到这两路信号后，利用其均衡器完成对两路信号的合并接收，完成对其的信号处理。两个射频单元同时完成上行信号的接收，基带处理单元完成对两路上行信号的分集合并功能。

当其中一个设备出现故障时，出现故障的设备停止工作，上报告警信息。另一个正常工作的设备不受影响，继续正常工作。在下行链路方面，移动台收到任何一路的下行信号都能完成对其的信号接收和处理，保证业务的正常进行，业务不受影响。在上行链路方面，移动台发射的信号仍然能够被正常工作的射频单元接收，并送到基带处理单元，基带处理单元能够正常处理上行信号，保证业务的正常进行，业务不受影响，不中断。

上述CPRI定义了基站数据处理控制单元(Radio Equipment Control，REC)与基站收发单元(Radio Equipment，RE)之间的接口关系，它的数据结构可以用于射频单元的数据进行远端传输，成为基站的一种拉远系统。

在两个基站之间进行的发射分集技术都可以达到热备份的效果，不限于本发明所述的延时发射分集技术。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1、本发明采用两个独立的基站射频单元进行冗余热备份，能够实现硬件充分备份，不需要基站倒换所需的切换时间，达到了无线空口连续工作的效果，避免了列车可能存在的失控时间，大大提高了高速列车控制的可靠性和安全性；

2、本发明中备份基站一直处于工作状态，不存在射频冷备份时可能存在的有故障而没有表现出来的问题，避免了无效备份的现象。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基站射频单元冗余热备份的方法，其特征在于，包括：

将互为热备份的主射频单元和备射频单元直接连接同一基带处理单元，并接收来自所述基带处理单元的同一下行信号；

主射频单元将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去；

备射频单元将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频处理的步骤包括：

主射频单元利用其转换电路，将所述下行信号进行信号转换，并经由其发信机发送至其功率放大器；

利用功率放大器，将经由所述发信机得到的信号进行功率放大，得到所述主集信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述延时射频处理的步骤包括：

备射频单元依次利用其延时电路和转换电路，将所述下行链路信号进行信号延时和信号转换，并经由其发信机发送至其功率放大器；

利用功率放大器，将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述延时分集信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

主射频单元经由主集发射天线收到上行信号后，将所述上行信号进行低噪放大，并经由其收信机发送至其转换电路；

利用所述转换电路，将经由收信机得到的信号进行信号转换，并发送至基带处理单元，以供基带处理单元进行合并处理。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，还包括：

备射频单元经由分集发射天线收到上行信号后，将所述上行信号进行低噪放大，并经由其收信机发送至其转换电路；

利用所述转换电路，将经由收信机得到的信号进行信号转换，并发送至基带处理单元，以供基带处理单元进行合并处理。

6.一种基站射频单元冗余热备份的系统，其特征在于，包括：主射频单元、备射频单元、基带处理单元，互为热备份的所述主射频单元和所述备射频单元直接连接同一基带处理单元，并接收来自所述基带处理单元的同一下行信号，其中：

所述主射频单元，用于将所述下行信号进行射频处理，得到主集信号，并经由主集发射天线发射出去；

所述备射频单元，用于将所述下行信号进行延时射频处理，得到延时射频信号，并经由分集发射天线发射出去。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主射频单元包括：

转换电路，用于将所述下行链路信号进行信号转换，并经由发信机发送至功率放大器；

功率放大器，用于将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述主集信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主射频单元还包括：

低噪放大器，用于将经由主集发射天线收到的上行信号进行低噪放大，并经由收信机发送至转换电路，以供转换电路进行信号转换后发送至基带处理单元。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述备射频单元包括：

延时电路，用于将所述下行链路信号进行信号延时；

转换电路，用于将所述延时电路输出的信号进行信号转换，并经由发信机发送至功率放大器；

功率放大器，用于将经由发信机得到的信号进行功率放大，得到所述延时分集信号。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述备射频单元还包括：

低噪放大器，用于将经由分集发射天线收到的上行信号进行低噪放大，并经由收信机发送至转换电路，以供转换电路进行信号转换后发送至基带处理单元。

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