CN105188160A - 一种gsm-r铁路专用分布式基站 - Google Patents

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倪小龙
陈建平
吉荣新
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Abstract

本发明提供了一种GSM-R铁路专用分布式基站，包括接口单元RICO，接口单元RICO分别连接有无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和接口控制告警模块RICAM2，基站光分布单元TDMU与若干远端光分布式基站RRU连接，其特征在于：所述的接口单元RICO连接有射频模块DDMH2e，射频模块DDMH2e具有两个天线接口，分别接施主天线和分集天线；所述的基站光分布单元TDMU连接有双工器模块DDMH2，双工器模块DDMH2为耦合有双向混合合路器的双工器；所述的接口控制告警模块RICAM通过Abis接头与近端基站控制器BSC通信，接口控制告警模块RICAM通过I2C总线分别与无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和双工器模块DDMH2进行数据通信。本发明对基站基带射频进行数字化，保证信号无失真拉远，并且支持多种组网方式，具有高可靠性。

Description

一种GSM-R铁路专用分布式基站
技术领域
本发明涉及GSM-R无线移动通信系统领域，具体是一种GSM-R铁路专用分布式基站。
背景技术
目前在中国铁路GSM-R通信系统的BTS还是以宏基站为主。宏基站一般有专用的机架，可以提供容量，具有以下的优缺点：
(1)优点：
①容量大，需要机房，可靠性较好，维护方便。
②覆盖能力：比较强，使用的场合较多；馈线长度大于70m时，馈线损耗较大，对覆盖有一定的影响。
(2)缺点：设备价格较贵，需要机房，安装施工较麻烦，不易搬迁，灵活性差；我们调查发现在宏基站工程设计和实际应用中，铁路设计院和铁路维护单位关注宏基站的缺点，这些缺点也给铁路运维和建设增加大量的成本，并造成施工困难，工期长等。
然而，结合宏基站的缺点，分布式基站能到了大家的关注和应用，现在公网上已经大量的应用分布式基站，分布式基站的优点具体如下：
①体积小，安装方便，不需要专门的机房，可以将设备放置在比较远的位置，用光纤把信号送到发射点。
②由于可以补偿拉远带来的传输延迟(基站侧芯片集成器用延迟的方法对传输延迟进行补偿)，与光纤直放站相比没有了延迟导致的各种问题。
③覆盖能力：馈缆损耗很小，覆盖能力较强。
④容量：占用基站一个扇区的容量。
但现有的公网应用的分布式基站设备信号拉远后容易失真，单网交织组网不能满足CTCS3列控通信要求，并且不能满足铁路高可靠性的要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种GSM-R铁路专用分布式基站，对基站基带射频进行数字化，保证信号无失真拉远，并且支持多种组网方式，具有高可靠性。
本发明包括接口单元RICO，接口单元RICO分别连接有无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和接口控制告警模块RICAM2，基站光分布单元TDMU与若干远端光分布式基站RRU连接。所述的接口单元RICO连接有射频模块DDMH2e，射频模块DDMH2e具有两个天线接口，分别接施主天线和分集天线；所述的基站光分布单元TDMU连接有双工器模块DDMH2，双工器模块DDMH2为耦合有双向混合合路器的双工器；所述的接口控制告警模块RICAM通过Abis接头与近端基站控制器BSC通信，接口控制告警模块RICAM通过I2C总线分别与无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和双工器模块DDMH2进行数据通信。接口控制告警模块RICAM连接有制冷单元SICS-S和铁路基站网管服务器OMC-R
RICAM2是冗余接口控制告警模块，通过2个Abis接头与BSC(基站控制器)通信，且处理基站各种信令信息，将接收的BSC信令信息送至RM2模块通信或将接收的RM2信令信息传至BSC。RICAM2模块还与SICS-S和DDM，RICO，TDMU采用I2C总线进行数据通信，并综合管理基站内部所有模块的告警机制和状态，具有将各个模块的告警与状态自动上报至OMC-R(铁路基站网管服务器)。
制冷单元SICS-S保证基站设备一直处于良好的工作环境。一旦基站无法进风，风压传感器将检测过压后，制冷单元SICS-S的控制板将自动关闭风扇工作，避免风机烧坏。S制冷单元SICS-S一旦检测告警通过I2C总线上报RICAM2模块，由RICAM2模块管理后上报至OMC-R(铁路基站网管服务器)。
RM2模块是完整的GSM/收发信机/接收机，负责与GSMTDMA相关的所有处理，可以支持3TDMA(或GSM)。逻辑上等效于3TRX。能在1个扇区(每个扇区3个载波、“O3模式”)和3个扇区(每个扇区1个载波、“S111模式”)中运行。本基站设备支持3个RM2同时工作。
RM2模块包括通过数字控制板LRM和电源装置PSU连接的RFRX板、RFTS板和RFPA板，其中：
PSU：电源装置，提供24/48V主电源、备用电源(27V,3.3V,5.7V)和RM2模块的其它构件。
RFRX板(RMRX)：3个双窄带接收机链路(主要和分集)。
RFTX板(RMTX)：3个低级传输驱动。
RFPA板(RMPA)：3条功率放大器线路。
LRM：数字控制板。
每个RM2与RICAM2模块由I2C总线进行数据通信。
基站光分布单元(TDMU)：
TDMU是GSM9000a基站中的一个单元，用于对基站射频信号进行时延处理，同时将射频进行数字化后，通过光纤传输到分布式拉远单元RRU进行射频覆盖。
每个TDMU有4个光接口，同时具有1个100Mbps的透传通道，将应急通信、视频图像传至相应的服务器上。TDMU模块具有4个射频下行接口和4个上行接口，可以分别接入DDMH2e模块，能使基站再扩展更多的信号输出，提高系统的可靠性要求。
DDMH2：
为了提高DDM的传输容量，建议将集成双向混合合路器(H2耦合)作为DDM的一个选件。这些合路器可以旁通。除了前面板开关以外，还允许向系统通告实际的DDMH2配置(双向混合旁通或其它)。
该设备提供了上述双工器的所有功能，通过双通道混合合路器，组合来自两个功率放大器的信号。这种合路器导致的一般总插入损耗约为5dB(包括PA和混合合路器之间，以及混合合路器与天线接口之间的线缆损耗)。因此，对于每扇区超过2个TRX的配置，它限制了天线数量。
射频模块DDMH2e包括ANT1和ANT2两个天线接口，TX0和TX1两个发射通道接口，RX0和RX1两个主路接收通道输出接口以及RX2独立分集接收接口，其中ANT1接口接施主天线和ANT2接口接分集天线；TX0接口和TX1接口将数字处理模块输出的射频小信号，送至功放模块进行功率放大后进入双工器模块，从ANT1接口输出；ANT1接口接收的信号由主路低噪放进行低噪放大后通过RX0接口和RX1接口输出；ANT2接口接收的信号通过滤波器后，由分集低噪放模块进行放大，通过RX2接口输出。
本发明有益效果在于：
1、对基站基带射频进行数字化，保证信号无失真拉远，采用3.75Gbps数字光模块和标准CPRI协议，至少能够传输32路GSM-R载波信号，保证RRU9000性能指标与基站一致。
2、设备支持自动时延调整，实时测量各RRU9000与GSM9000a之间的时延，支持手动或自动的方式进行调节,应将任意两台RRU9000之间的时延调成一致，有效防止各远端覆盖的同频干扰，并且具备大于150us的时延调节范围，精度±1us。
3、本发明提供的GSM-R铁路专用分布式基站与远端光分布式基站RRU之间支持星型、链型、环型、混合型等组网方式。
4、本发明提供的GSM-R铁路专用分布式基站与远端光分布式基站RRU之间采用标准的CPRI协议，支持光纤传输距离不小于20km，每个光口可以级联不少于8台远端光分布式基站RRU。
5、具有上行接收分集功能，并采用宏基站专门算法，提高接收机的分集增益，在使用空间分集天线时，大多数情况下都至少能提供3～5dB的分集增益，大大改善基站了基站接收灵敏度。
6、设备在执行静态功率控制的同时，还能使用15级动态功率控制，控制步长2dB±1dB。
7、具有相邻小区信号的冗余覆盖，采用主、从交织覆盖技术。
8、具有天馈检测功能。
9、GSM-R铁路专用分布式基站与远端光分布式基站RRU之间可以共用相同小区，用户在此范围内移动，不发生小区间切换。该应用极大的拓宽了单小区的覆盖范围，减少了覆盖区域的切换次数。同以往的利用直放站扩大小区覆盖范围的应用相比，本特性具有降低干扰，统一网管等优点。
10、采用关键模块热备份方式，如RM、TDMU、DDM等，当其中一个工作模块出现故障，自动倒换到另外一个备用模块工作。RRU9000中电源模块、光模块、功放模块、数字处理单元(DPB)等关键部件的冗余备份，并具备自动切换功能。
附图说明
图1为本发明原理框图。
图2为本发明与远端光分布式基站RRU连接示意图。
图3为双工器模块DDMH2结构示意图。
图4为射频模块DDMH2e结构示意图。
图5为单光纤星型组网示意图。
图6为双光纤星型组网示意图。
图7为单光纤链型组网示意图。
图8为双光纤链型组网示意图。
图9为单光纤环网示意图。
图10为主备光纤双环组网示意图
图11为分集接收提高基站灵敏度的示意图。
图12为相邻小区信号交织覆盖示意图。
图13为异小区业务扩容应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明原理框图如图1所示，包括接口单元RICO，接口单元RICO分别连接有无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和接口控制告警模块RICAM2，基站光分布单元TDMU与若干远端光分布式基站RRU连接(如图2所示)。所述的接口单元RICO连接有射频模块DDMH2e，射频模块DDMH2e具有两个天线接口，分别接施主天线和分集天线；所述的基站光分布单元TDMU连接有双工器模块DDMH2，双工器模块DDMH2为耦合有双向混合合路器的双工器；所述的接口控制告警模块RICAM通过Abis接头与近端基站控制器BSC通信，接口控制告警模块RICAM通过I2C总线分别与无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和双工器模块DDMH2进行数据通信。接口控制告警模块RICAM连接有制冷单元SICS-S和铁路基站网管服务器OMC-R
RICAM2是冗余接口控制告警模块，通过2个Abis接头与BSC(基站控制器)通信，且处理基站各种信令信息，将接收的BSC信令信息送至RM2模块通信或将接收的RM2信令信息传至BSC。RICAM2模块还与SICS-S和DDM，RICO，TDMU采用I2C总线进行数据通信，并综合管理基站内部所有模块的告警机制和状态，具有将各个模块的告警与状态自动上报至OMC-R(铁路基站网管服务器)。
制冷单元SICS-S保证基站设备一直处于良好的工作环境。一旦基站无法进风，风压传感器将检测过压后，制冷单元SICS-S的控制板将自动关闭风扇工作，避免风机烧坏。S制冷单元SICS-S一旦检测告警通过I2C总线上报RICAM2模块，由RICAM2模块管理后上报至OMC-R(铁路基站网管服务器)。
RM2模块是完整的GSM/收发信机/接收机，负责与GSMTDMA相关的所有处理，可以支持3TDMA(或GSM)。逻辑上等效于3TRX。能在1个扇区(每个扇区3个载波、“O3模式”)和3个扇区(每个扇区1个载波、“S111模式”)中运行。本基站设备支持3个RM2同时工作。
RM2模块包括通过数字控制板LRM和电源装置PSU连接的RFRX板、RFTS板和RFPA板，其中：
PSU：电源装置，提供24/48V主电源、备用电源(27V,3.3V,5.7V)和RM2模块的其它构件。
RFRX板(RMRX)：3个双窄带接收机链路(主要和分集)。
RFTX板(RMTX)：3个低级传输驱动。
RFPA板(RMPA)：3条功率放大器线路。
LRM：数字控制板。
每个RM2与RICAM2模块由I2C总线进行数据通信。
基站光分布单元(TDMU)：
TDMU是GSM9000a基站中的一个单元，用于对基站射频信号进行时延处理，同时将射频进行数字化后，通过光纤传输到分布式拉远单元RRU进行射频覆盖。
每个TDMU有4个光接口，同时具有1个100Mbps的透传通道，将应急通信、视频图像传至相应的服务器上。TDMU模块具有4个射频下行接口和4个上行接口，可以分别接入DDMH2e模块，能使基站再扩展更多的信号输出，提高系统的可靠性要求。
DDMH2：
为了提高DDM的传输容量，建议将集成双向混合合路器(H2耦合)作为DDM的一个选件(如图3所示)。这些合路器可以旁通。除了前面板开关以外，还允许向系统通告实际的DDMH2配置(双向混合旁通或其它)。
该设备提供了上述双工器的所有功能，通过双通道混合合路器，组合来自两个功率放大器的信号。这种合路器导致的一般总插入损耗约为5dB(包括PA和混合合路器之间，以及混合合路器与天线接口之间的线缆损耗)。因此，对于每扇区超过2个TRX的配置，它限制了天线数量。
射频模块DDMH2e如图4所示，包括ANT1和ANT2两个天线接口，TX0和TX1两个发射通道接口，RX0和RX1两个主路接收通道输出接口以及RX2独立分集接收接口，其中ANT1接口接施主天线和ANT2接口接分集天线；TX0接口和TX1接口将数字处理模块输出的射频小信号，送至功放模块进行功率放大后进入双工器模块，从ANT1接口输出；ANT1接口接收的信号由主路低噪放进行低噪放大后通过RX0接口和RX1接口输出；ANT2接口接收的信号通过滤波器后，由分集低噪放模块进行放大，通过RX2接口输出。
本发明(GSM9000a)与远端光分布式基站RRU(RRU9000)连接支持星型、链型、环型、混合型等多种组网方式。
1、星型连接：
GSM9000a具备8个光口，可以增加扩展单元，将一个光口扩展到8个光口，因此最多可以扩展到64个光口。星型组网具有两种星型组网模式：
1)单光纤星型组网(如图5所示)：一个RRU9000连接一根光纤，一台GSM9000a最多可以连接8个RRU9000，通过扩展单元，可以连接64个RRU9000。
2)双光纤星型组网(如图6所示)：主备2根光纤和一个RRU9000连接，一台GSM9000a最多可以连接4个RRU9000，通过扩展单元，可以连接32个RRU9000。
2、链型连接：
链型组网充分发挥数字光纤传输优势，一根光纤可以带16个RRU9000。单光纤链型组网如图7所示，双光纤链型组网如图8所示，主使用备双光链型组网，可以提高GSM-R无线覆盖可靠性，当主光纤链路故障，备用光链路可以保持正常工作。
3、环型连接
环形组网具备自愈能力，同时也可以采用双环形组网，进一步提高系统可靠性。
1)单光纤环网如图9所示：
一个GSM9000a设备基站配置为8个光口可以组成4个环网，每个光纤环可以带8台RRU9000。
2)主备光纤双环组网如图10所示：
一个GSM9000a设备基本配置为8个光口可以组成2个环网，每个光纤环可以带8台RRU9000。
本基站设备具有上行接收分集功能，并采用宏基站专门算法，提高接收机的分集增益，在使用空间分集天线时，大多数情况下都至少能提供3～5dB的分集增益，大大改善基站了基站接收灵敏度。
分集能够提高基站灵敏度的示意图见图11所示，当施主天线最低-100dBm接收时，但此时分集天线接收电电平为-95dBm，能够为系统接收灵敏度提高5dB。因为分集天线和施主天线存在接收时延，因此主路通道和分集通道分别到接收机时，通过接收机分析和对比，能够有效地提高分布式基站的接收灵敏度。
本发明有相邻小区信号的冗余覆盖，采用主、从交织覆盖技术。如图12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，RRU9000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RRU9000宕机或，左右两边的RRU9000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)一台RRU9000可同时接入主路和从路两个基站信源；
b)主路和从路可采用环型组网，也可以星型组网；
c)RRU9000能自动控制主路与从路信号功率差值为6±1dB，功率差值可手动设置，设置范围0～30dB,默认为6dB。
d)RRU9000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。
利用GSM9000a基站载波池，配置多扇区如S333，RRU可以重新载波和小区配置，组成异小区，实现数据或话音业务扩容，见图13所示。
设备配置：
载频数：6载频，支持O2、O3、O4、S22、S33配置；
可扩展成9载频，另支持O5、O6、S222、S333等配置；
输出功率:
①GSM9000a:20W或40W；
②RRU9000：20W或40W。
应用场合：支持长隧道、隧道群、区间和枢纽地区等应用场合。
组网方式：主要采用星型和环型。下面举例以环型组网为主。
①星型组网
优点：可靠性高。
缺点：需要光纤资源多。
②环型组网
优点：光纤资源少。
缺点：相比星型可靠性稍低。
主要技术指标：
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 (6)

1.一种GSM-R铁路专用分布式基站，包括接口单元RICO，接口单元RICO分别连接有无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和接口控制告警模块RICAM2，基站光分布单元TDMU与若干远端光分布式基站RRU连接，其特征在于：所述的接口单元RICO连接有射频模块DDMH2e，射频模块DDMH2e具有两个天线接口，分别接施主天线和分集天线；所述的基站光分布单元TDMU连接有双工器模块DDMH2，双工器模块DDMH2为耦合有双向混合合路器的双工器；所述的接口控制告警模块RICAM通过Abis接头与近端基站控制器BSC通信，接口控制告警模块RICAM通过I2C总线分别与无线模块RM2、基站光分布单元TDMU和双工器模块DDMH2进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的GSM-R铁路专用分布式基站，其特征在于：所述的接口控制告警模块RICAM通过I2C总线连接有制冷单元SICS-S。
3.根据权利要求1所述的GSM-R铁路专用分布式基站，其特征在于：所述的接口控制告警模块RICAM连接有铁路基站网管服务器OMC-R。
4.根据权利要求1所述的GSM-R铁路专用分布式基站，其特征在于：所述的无线模块RM2包括通过数字控制板LRM和电源装置PSU连接的RFRX板、RFTS板和RFPA板，其中RFRX板为双窄带接收机链路，RFTS板为低级传输驱动，RFPA板为功率放大器线路。
5.根据权利要求1所述的GSM-R铁路专用分布式基站，其特征在于：所述的基站光分布单元TDMU包括四个光接口、一个透传通道、若干射频下行接口和若干射频上行接口，其中光接口与远端光分布式基站RRU连接，射频上行接口和射频下行接口分别接入射频模块DDMH2e。
6.根据权利要求1所述的GSM-R铁路专用分布式基站，其特征在于：所述的射频模块DDMH2e包括ANT1和ANT2两个天线接口，TX0和TX1两个发射通道接口，RX0和RX1两个主路接收通道输出接口以及RX2独立分集接收接口，其中ANT1接口接施主天线和ANT2接口接分集天线；TX0接口和TX1接口将数字处理模块输出的射频小信号，送至功放模块进行功率放大后进入双工器模块，从ANT1接口输出；ANT1接口接收的信号由主路低噪放进行低噪放大后通过RX0接口和RX1接口输出；ANT2接口接收的信号通过滤波器后，由分集低噪放模块进行放大，通过RX2接口输出。
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