CN105337668A - 一种高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，包括通过光纤连接的近端机和远端机，近端机通过耦合器连接有近端天线和若干车站电台，近端机通过FE接口连接有综合网管服务器；远端机通过远端天线与移动设备连接，远端机通过FE接口连接有监控装置。本发明应用于铁路平调系统中，可以使两台车站电台相互独立工作，并实现双频段同时工作，相互独立。

Description

一种高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站

技术领域

本发明涉及集群平调系统领域，具体是一种高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站。

背景技术

GSM-R数字光纤直放站工作的频段:上行频段885MHz～889MHz,下行频段：930MHz～934MHz。近端机接收到GSM-R移动通信基站的信号，进行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，光模块进行电/光转换后由光纤发送至远端机，远端机光模块进行光/电转换后接收到近端机下行数字信号，恢复成中频信号，再上变频到GSM-R频率，通过漏缆或天线发射出去。远端机通过漏缆或天线接收到GSM-R移动终端的上行信号先进行下变频，转换成数字信号，同时进行数字降噪处理后，光模块进行电/光转换后由光纤发送至近端机，近端机将数字信号再转换成GSM-R频率的信号再发给基站接收机。GSM-R数字光纤直放站采用双工模式。

400MHz平调数字光纤直放站是采用软件无线电技术，将Um接口信号数字化，通过光纤传送到远端，利用远端射频单元再生、放大，实现基站信号拉远覆盖的无线网络覆盖设备。利用软件无线电的方法把RF信号数字化，采用符合CPRI标准的数字传输接口,消除多台远端机形成的底噪抬升，在数字域对信号进行处理,极大增强了设备对信号的处理和控制能力，如数字滤波消除邻近频道干扰，很容易做到多载波选频传输(常见有4、8、12、16信道)；自动/手动传输时延调整，消除同小区直放站之间重叠信号的时延色散干扰；动态检测信道，降低噪声干扰等等。采用大功率高线性功放技术,确保多载频拉远时超过微蜂窝而接近于基站的覆盖能力。

但现有400MHz平调数字光纤直放站关键模块无冗余备份，未实行光环组网，未提供高速以太网透传通道。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，应用于铁路平调系统中，可以使两台车站电台相互独立工作，并实现双频段同时工作，相互独立。

本发明包括通过光纤连接的近端机和远端机，近端机通过耦合器连接有近端天线和若干车站电台，近端机通过FE接口连接有综合网管服务器；远端机通过远端天线与移动设备连接，远端机通过FE接口连接有监控装置。

所述的近端机包括近端控制板、近端电源、近端数字中频板、以及若干近端环形器，其中若干近端环形器与若干车站电台一一对应，每个近端环形器均通过上下行两条线路与近端数字中频板相连；近端数字中频板通过光纤与远端机连接，近端数字中频板通过数据总线与近端控制板连接，近端控制板通过FE接口与综合网管服务器连接。其中，近端电源、近端数字中频板和近端控制板均设有备份，每个近端环形器的上下行线路分别通过功分器与主、备近端数字中频板连接，主、备近端数字中频板分别与主、备近端控制板连接。

所述的远端机包括远端控制板、远端电源、远端数字中频板和与近端环形器数量对应的远端环形器，其中远端数字中频板分别通过功率放大器和低噪声放大与每一个远端环形器连接，每一个远端环形器均通过一个滤波器与对应的远端天线连接；所述的远端控制板分别与远端数字中频板、功率放大器和低噪声放大连接，远端控制板通过FE接口与监控装置连接。远端数字中频板与低噪声放大之间设有功分器，远端数字中频板与功分器和功率放大器之间均通过上下行双线连接。其中，远端电源、远端数字中频板和远端控制板均设有备份。

进一步改进，所述的监控装置包括视频图像监控设备、环境动力监控身边、防灾监控设备。

进一步改进，所述的若干车站电台包括高频段电台f1和低频段电台f0。

本发明有益效果在于：

1、可以控制铁路平调系统中两台车站电台相互独立工作，并实现双频段同时工作，相互独立。

2、具有多种关键模块冗余：电源模块、数字光模块、数字中频板、功放模块和控制板等关键部件的冗余备份，并具备自动切换功能，提高系统可靠性；

3、近端机与远端机之间支持多种冗余组网方式，如星型、菊花链型、环型、交织型和混合型组网；

4、光环路功能，近端机采用冗余光环路技术，当环路任意光纤断开、远端宕机或中频板死机后，近端机通过冗余光环路技术将其他远端机都保持正常工作，确保铁路平调系统通信；

5、具有多路以太网透传通道(以太网传输速率≥10Mbps)透传通道接口，实现了近端机与远端机的以太网高速透传通道，可为其他通信设备提供高速传输通道，能减少光纤资源，节约工程造价。

附图说明

图1为400MHz平调系统弱场覆盖示意图。

图2为本发明系统工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

400MHz平调系统弱场覆盖示意图。如图1所示，包括通过光纤连接的近端机和远端机，近端机通过耦合器连接有近端天线和若干车站电台，近端机通过FE接口连接有综合网管服务器；远端机通过远端天线与移动设备连接，远端机通过FE接口连接有监控装置。

本发明系统工作原理图如图2所示，具体系统构成如下：

1)近端机DMU

近端机工作的主要部分，是把车站电台发射的射频信号转变为光信号通过光纤传送给远端机，把远端机送来的上行光信号通过近端机转变为射频信号送至车站电台。

每个数字中频板设计成2路输入(下行通道)和2输出(上行通道)。其中2路输入为下行输入通道，一块中频板能够接入两个不同频段的车站电台。另外2路输出为上行输出通道，能够将不同频段车站电台的上行信号送至相应的车站电台。

主、备中频板见通过数据总线进行通信，若主中频板故障后，自动切换至备中频板。

每个中频板可以安装两只光模块，双光路冗余备份。

主、备控制板都具有以太网透传接口，能够接入车站机房的FE接口通道，将远端机的透传的数据送至相应网管服务器。

2)远端机DRU

远端机工作的主要部分，是把近端机送来的下行光信号通过远端机转变为射频信号进行对信号滤波、放大、控制，最终通过天线发射进行盲区覆盖，把手持台或终端发射出来的上行信号通过远端机滤波、低噪声放大、控制后转变为光信号通过光纤传送给近端机。

每个数字中频板设计成2路输出(下行通道)和2输入(上行通道)。其中2路输出为下行输出通道，一块中频板能够输出两个不同频段信号，送至不同功放模块进行放大。另外2路输入为上行输入通道，能够天线接收到不同频段的上行信号送至相应的车站电台。

主、备中频板见通过数据总线进行通信，若主中频板故障后，自动切换至备中频板。

每个中频板可以安装两只光模块，双光路冗余备份。

功放模块内部放大电路采用热备份方式设计，一旦主用放大电路故障后，自动切换至备用

放大电路工作，提高远端机的可靠性要求。

主、备控制板都具有以太网透传接口，能够接入视频图像监控设备、环境动力监控设备和防灾监控设备等，为它们在近端机和远端机间提供透明通信通道，可以通过近端机将通信数据或告警状态送至相应网管服务器。

3)天线

面向覆盖盲区的定向天线，接收手持台或终端的上行信号，发射车站电台的下行信号功能。

4)光纤

光纤连接光纤近端机和远端机，传输近、远端机转变的光信号。

5)耦合器

耦合器是从车站电台发射信号的主干通道中提取出一小部分信号的射频器件。

本发明工作原理如下：

调度台或值班室需发送调车命令或需呼叫信号等，由车站电台发射信号通过耦合器耦合一小部分信号，进入近端机输入端口，经过环形器后通过数字中频板进行下变频、A/D转换、数字滤波和数字处理等后由数字光模块进行电光转换，电信号转变为光信号，从近端机输入至光纤，光纤传输到远端机，远端机的数字光模块把光信号转为电信号，进入数字中频板进行数字处理、数字滤波、D/A转换和上变频还原车站电台的射频信号，送至功率放大器进行放大，再通过环形器和滤波器送入发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手持台或终端的信号通过接收天线至远端机，再到近端机，回到车站电台，送至调度台或值班室。

车站电台1和车站电台2发射频段不一致，两个天线对应车站电台发射不同的频段。两个车站电台可以同时工作，相互独立。

远端机上行通道和下行通道工作机制：下行通道优化原则。当车站电台发射信号时，功放检测到有输入信号后，功放模块输出控制IO接口控制低噪放模块，让其处于非工作状态(仅控制单元工作，射频电路切断供电电压，保护低噪放模块器件不受损坏)。

双控制板控制机制：双控制冗余备份，系统默认为主用控制板先控制设备正常工作，备用控制板处于数据监听状态。一只控制板为主用，另一只控制板为备用。当主用控制板产生死机、芯片坏等故障后，自动由备用控制板接管控制权。

近端机控制板负责与网管服务器通信，具有主动上报告警、故障分析判断等功能。

1、产品特点：

1.1系统采用符合CPRI标准的传输接口，并采用了数字光端机技术。

①射频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。

②数字传输的时延可以计算和校正，确保移动通信定位精度准确。

③采用数字传输，可采用菊花链传输方式，信号可以多次再生。

1.2利用数字中频技术把RF射频信号进行数字化，在数字域对数字信号进行处理，极大的增强了设备对信号的处理和控制能力。

①数字滤波具有比中频声表面滤波器更高的抑制度。

②可以支持多个载波同时工作。

1.3支持铁路平面调车的频段

例如：支持f0(411MHz～413MHz)和f1(417MHz～420MHz)高、低两个频段，每个频段为3M带宽，两个车站电台可以通过设置f0、f1高、低两个频段进行选择。

1.4适应多通道传输

①两个独立通道分别在f0、f1高、低两个频段工作，相互独立，可以同时工作，互不干扰。

②载波工作信道带宽为50KHz带宽。

1.5工作模式：

同频单工收发模式；

1.6多种组网模式

近端机与远端机之间支持多种冗余组网方式，如星型、菊花链型、环型等组网。

1.7网管监控

①满足铁路网管监控规范要求，做到统一协议，统一网管。

②采用RS485接口，实现了控制板对功放、低噪放、中频板、电源模块等进行实时监控。

③具有时延参数查询能力，每台远端机时延可实时掌握，便于网络优化。

④监控系统告警参量详实，不仅能明确故障的站点，还能明确故障类型及至故障模块，缩短了故障的排除时间。

2、功能要求：

2.1支持上、下行同频工作。

2.2满足平时下行关闭，上行工作；当下行有信号时，上行关闭，下行工作。

2.3上、下行采用高抑制的滤波器、高隔离度的环形器，保证上、下行隔离度，确保双通道频率正常工作，相互不影响；

2.4下行开启时，对上行通道进行保护，防止上行低噪放模块损坏。

2.5上、下行切换时间：不大于50ms。

2.6数字中频板冗余备份，工作中频板故障后，自动切换至热备份中频板工作；

2.7功放模块内部电路冗余备份，内部射频放大器故障后，自动切换至另一备份射频放大器模块，内部采用射频开关进行切换通道。

2.8支持环形组网，任意远端机DRU故障或光纤断开后，自动切换至两条链型组网，当远端机DRU或光纤恢复，自动恢复环型组网。

2.9具有光模块冗余传输。

2.10具有多路以太网透传通道(以太网传输速率≥10Mbps)透传通道接口，实现了近端机与远端机的以太网高速透传通道，可为其他通信设备提供高速传输通道。

2.11网管功能

<1>本地监控功能应满足以下要求：

i)提供本地监测接口；

ii)具备状态显示功能，实时显示设备和主要模块的工作状态、电源状态和设备告警状态。

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>远程维护功能应满足以下要求：

i)支持以太网方式将监控数据接入监控中心；

ii)具备对参数进行查询和设置、告警查询和软件远程下载和升级。

3系统技术指标

3.1光特性指标

光口数据传输速率	≥2.5Gbps
		光输出功率	－9dBm～-3dBm
光接收功率	－20～－22dBm
		传输距离	大于20km

3.2射频技术指标

3.3带外抑制指标

频率偏离(偏离工作频带边缘)	带外抑制
		400kHz≤f_offset＜600kHz	≥60dB
600kHz≤f_offset＜3MHz	≥70dB
		3MHz≤f_offset	＜90dB

4结构要求

4.1接头要求

①近端机：2个RF接口，多个光接口，1个电源接口，两个网管接口，多个透传FE接口；

②远端机：2个天线接口，多个光接口，1个V电源接口，两个本地调试接口，多个透传FE接口；

4.2机箱要求:

①近端机：2U机箱(适应19英寸标准机柜安装)；

②远端机：铸铝机箱，防护等级IP65。

5环境适应性要求

5.1近端机DMU

工作温度范围：-25℃～+55℃

工作电压：AC220V±30％或DC-48V±10V；

5.2远端机DRU

工作温度范围：-25℃～+55℃

工作电压：AC220V±30％或DC-48V±10V；

5.3振动：近端机：10Hz～30Hz，0.38mm；30Hz～55Hz，0.19mm

远端机：10Hz～30Hz，0.75mm；30Hz～55Hz，0.25mm。

5.4振动方向：正常工作方向3个循环扫描，如发现有可能造成破坏的共振点在共振点需经受10min的振动。

5.5冲击：加速度为6g，脉冲持续时间为18ms，共进行18次冲击。

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 (8)

1.一种高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，包括通过光纤连接的近端机和远端机，其特征在于：近端机通过耦合器连接有近端天线和若干车站电台，近端机通过FE接口连接有综合网管服务器；远端机通过远端天线与移动设备连接，远端机通过FE接口连接有监控装置。

2.根据权利要求1所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的近端机包括近端控制板、近端电源、近端数字中频板、以及若干近端环形器，其中若干近端环形器与若干车站电台一一对应，每个近端环形器均通过上下行两条线路与近端数字中频板相连；近端数字中频板通过光纤与远端机连接，近端数字中频板通过数据总线与近端控制板连接，近端控制板通过FE接口与综合网管服务器连接。

3.根据权利要求2所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的近端电源、近端数字中频板和近端控制板均设有备份，每个近端环形器的上下行线路分别通过功分器与主、备近端数字中频板连接，主、备近端数字中频板分别与主、备近端控制板连接。

4.根据权利要求1所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的远端机包括远端控制板、远端电源、远端数字中频板和与近端环形器数量对应的远端环形器，其中远端数字中频板分别通过功率放大器和低噪声放大与每一个远端环形器连接，每一个远端环形器均通过一个滤波器与对应的远端天线连接；所述的远端控制板分别与远端数字中频板、功率放大器和低噪声放大连接，远端控制板通过FE接口与监控装置连接。

5.根据权利要求4所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的远端数字中频板与低噪声放大之间设有功分器，远端数字中频板与功分器和功率放大器之间均通过上下行双线连接。

6.根据权利要求5所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的远端电源、远端数字中频板和远端控制板均设有备份。

7.根据权利要求1所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的监控装置包括视频图像监控设备、环境动力监控身边、防灾监控设备。

8.根据权利要求1所述的高可靠性400MHz铁路平调数字光纤直放站，其特征在于：所述的若干车站电台包括高频段电台f1和低频段电台f0。