CN106656339A - 具有光损自动增益补偿的gsm‑r直放站以太网双纤光端机 - Google Patents
具有光损自动增益补偿的gsm‑r直放站以太网双纤光端机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种具有光损自动增益补偿的GSM‑R直放站以太网双纤光端机，包括一条输入射频通道、两条输出射频通道、波分复用设备和以太网通信电路。输入射频通道包括依次连接的滤波电路、ALC控制电路、射频开关电路、放大电路、衰减电路、耦合电路和激光器电路；每条输出射频通道包括依次连接的收光器、耦合电路、放大电路、ATT自动补偿电路和滤波电路；波分复用设备通过光纤与其余光端机的波分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块。本发明在现有模拟光端机基础上进行的功能化改进，使现有模拟光端机具有光损自动增益补偿，并且光端机模块支持主、备纤冗余通信方式。
Description
技术领域
本发明涉及铁路光纤通信领域，具体是一种具有光损自动增益补偿的GSM-R直放站以太网双纤光端机。
背景技术
模拟光端机模块是GSM-R模拟光纤直放站的关键模块之一，主要将GSM-R射频信号转换成光信号，通过光纤进行传输。模拟光端机在光纤中传输的信号是模拟光信号，其造价便宜，比较常用。进行数据传输时，模拟光端机先把基带信号采用FSK的方式调制成射频信号，再进行电-光转换后传输，光信号传到接收端后，同样进行光-电转换，然后进行FSK解调，恢复出数据信号。同时通过使用波分复用技术（WDM）。这种模拟光端机存在一些缺点：主要是传输速率低，抗干扰性差，不适合轨道交通信息综合快速传输的需要，在一定程度上阻碍了轨道交通的快速发展。在铁路隧道弱场覆盖区间，光纤资源非常有限，若采用常规的光端机模块，GSM-R模拟光纤直放站无法实现图象和数据信号的双向传输，无法为铁路通信电源、环境监控系统、应急通信和视频监控提供数据传输通道。采用以太网通信功能的模拟光端机来替代常规光端机模块是必要的，此方法不仅能减少光纤资源，还能大幅度降低工程造价。
此外，模拟直放站在工程应用中受光纤长度影响，造成直放站系统增益不一致，与直放站近端机最近一台远端机与最远一台远端机的增益差可能会达到10～20dB,相当于最远一台远端机比最近一台远端机光纤长度多10～20km。因此需要具有光损自动补偿功能直放站设备来减小工程设计、应用难度，提高直放站系统稳定性。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种具有光损自动增益补偿的GSM-R直放站以太网双纤光端机, 在现有模拟光端机基础上进行的功能化改进，使现有模拟光端机具有光损自动增益补偿，并且光端机模块支持主、备纤冗余通信方式。
本发明包括一条输入射频通道、两条输出射频通道、波分复用设备和以太网通信电路。
输入射频通道包括依次连接的滤波电路、ALC控制电路、射频开关电路、放大电路、衰减（ATT）电路、耦合电路和激光器电路，其中，滤波电路连接到射频信号输入接口，输入频率800MHz～1000MHz，激光器电路连接到波分复用设备；
两条输出射频通道包括主输出射频通道和备用输出射频通道,每条输出射频通道包括依次连接的收光器、耦合电路、放大电路、ATT自动补偿电路和滤波电路，其中滤波电路连接到射频信号输出接口，收光器连接到波分复用设备，两条输出射频通道的收光器和耦合电路均连接到切换电路，切换电路默认连通主输出射频通道，当主输出射频通道存在异常时，自动切换至备用输出射频通道；
以太网通信电路分别于输入射频通道和输出射频通道中的耦合电路相连，以太网通信电路设有以太网接口；
波分复用设备包括主波分复用设备和备用波分复用设备，其中主波分复用设备与主输出射频通道连接，通过主用光纤与其余光端机的主波分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块；备用波分复用设备与备用输出射频通道连接，通过备用光纤与其余光端机的备用分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块。
所述的输入射频通道中，滤波电路为带通滤波器电路和匹配电路，带通滤波电路抑制带外输入信号，兵抑制模拟光端机本身的FSK频率（430～440MHz）和以太网传输频率（7.5～65MHz）；ALC控制电路为模拟电平自动控制电路，根据输入功率大小进行自动控制，输入信号偏大时输出信号保持一致；射频开关电路为控制光端机模块有信号输入时无信号输出；放大电路为射频放大器电路，采用一级或若干级放大器组成；衰减电路为输入端口可手动调节光端机增益，衰减范围为0～31dB；耦合电路将以太网数据信号、数传数据FSK信号耦合至光端机主射频链路上，由激光器转换成光信号由光纤传输；激光器为模拟电光转换电路。
所述的输出射频通道中，收光器为模拟光电转换电路；耦合电路接收端光端机模块的以太网电路和数传芯片从主射频链路上耦合以太网数据信号和数传数据FSK信号进行数据处理；放大电路为射频放大器电路，采用一级或若干级放大器组成； ATT自动补偿电路为实现光损自动增益补偿功能，若系统设计补偿10dB光损，即无光损时，ATT衰减器衰减值为20dB；一旦光路有损耗为D1（计算实际接收光功率值与规定的接收光功率值的差值），ATT衰减值自动变成（20-2×D1）dB；滤波电路为多阶带通滤波电路和匹配电路，保证输出端口杂散指标和电压驻波比值满足使用要求；两条输出射频通道由合路器进行合路后经过滤波电路输出。
本发明有益效果在于：
1. 支持200MHz宽频带工作，工作频率范围为800MHz～1000MHz；
2. 光端机模块具有光损自动增益补偿功能：具备≥10dB光损补偿的能力，保证光端机系统增益不受光纤长度影响，提高系统稳定性。
3. 兼容原有常规模拟光端机模块结构尺寸，采用内部增加以太网通信电路，具有100Mbps及以上以太网数据传输的能力；
4. 具有双光纤冗余备份功能：光端机模块支持主、备纤冗余通信方式，默认工作为主用光纤，一旦主用光纤断开后接收光功率偏小时，自动切换至备用光纤链路。
5. 具有以太网接口通信接口：以太网通信接口为直放站系统提供100Mbps速率以太网高速透传能力，为铁路通信电源、环境监控系统、应急通信和视频监控等提供数据传输通道，本以太网透传通道工作时不影响直放站近端机与远端机正常通信；
6. 光端机模块的输入和输出端口杂散低，保证直放站设备的性能指标要求
7. 杂散指标要求： ≤ -60dBm/100kHz（9kHz～12.75GHz）；谐波：≤-45dBm；
8. 光端机模块具有ALC自动电平控制功能：ALC控制范围-20～+5dBm（不限于）,ALC调节步长±1dB，此功能保证输入功率偏大时，输出功率保持不变，且保证互调指标不因输入功率过大而恶化；
9. 光端机模块支持宽范围的功率检测能力：输入功率检测和输出功率检测范围≥40dB；此功率可以监控光模块的输入功率和输出功率，为直放站系统日常维护或检修查找问题带来便捷。
10.光端机模块具有射频开关功能：开关隔离度≥50dB，在直放站系统中，使用多个光模块组成冗余备份通道，备用通道可以通过关闭射频开关，保证备通道无信号通过，提供系统可靠性和稳定性；
11.任意光端机可以带若干个不同波长光端机模块：直放站近端机的光模块可支持连接若干个直放站远端机的光模块，即光模块支持1对多通信；
12.具有温补功能：保证环境在-25℃～+55℃,增益稳定度≤±1dB，输出功率稳定度（ALC起控时测试）≤±1dB，光输出功率稳定度≤±1dB；
13.具有RS485和：本光端机模块支持两种通信接口，RS485通信接口用于光端机本身数据通信和低速串口透传通信（用于直放站近端机与远端机低速率通信）。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明电路结构如图1所示，包括一条输入射频通道、两条输出射频通道、波分复用设备和以太网通信电路。
输入射频通道包括依次连接的滤波电路、ALC控制电路、射频开关电路、放大电路、衰减（ATT）电路、耦合电路和激光器电路，其中，滤波电路连接到射频信号输入接口，输入频率800MHz～1000MHz，激光器电路连接到波分复用设备；
两条输出射频通道包括主输出射频通道和备用输出射频通道,每条输出射频通道包括依次连接的收光器、耦合电路、放大电路、ATT自动补偿电路和滤波电路，其中滤波电路连接到射频信号输出接口，收光器连接到波分复用设备，两条输出射频通道的收光器和耦合电路均连接到切换电路，切换电路默认连通主输出射频通道，当主输出射频通道存在异常时，自动切换至备用输出射频通道；
以太网通信电路分别于输入射频通道和输出射频通道中的耦合电路相连，以太网通信电路设有以太网接口；
波分复用设备包括主波分复用设备和备用波分复用设备，其中主波分复用设备与主输出射频通道连接，通过主用光纤与其余光端机的主波分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块；备用波分复用设备与备用输出射频通道连接，通过备用光纤与其余光端机的备用分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块。
所述的输入射频通道中，滤波电路为带通滤波器电路和匹配电路，带通滤波电路抑制带外输入信号，兵抑制模拟光端机本身的FSK频率（430～440MHz）和以太网传输频率（7.5～65MHz）；ALC控制电路为模拟电平自动控制电路，根据输入功率大小进行自动控制，输入信号偏大时输出信号保持一致；射频开关电路为控制光端机模块有信号输入时无信号输出；放大电路为射频放大器电路，采用一级或若干级放大器组成；衰减电路为输入端口可手动调节光端机增益，衰减范围为0～31dB；耦合电路将以太网数据信号、数传数据FSK信号耦合至光端机主射频链路上，由激光器转换成光信号由光纤传输；激光器为模拟电光转换电路。
所述的输出射频通道中，收光器为模拟光电转换电路；耦合电路接收端光端机模块的以太网电路和数传芯片从主射频链路上耦合以太网数据信号和数传数据FSK信号进行数据处理；放大电路为射频放大器电路，采用一级或若干级放大器组成； ATT自动补偿电路为实现光损自动增益补偿功能，若系统设计补偿10dB光损，即无光损时，ATT衰减器衰减值为20dB；一旦光路有损耗为D1（计算实际接收光功率值与规定的接收光功率值的差值），ATT衰减值自动变成（20-2×D1）dB；滤波电路为多阶带通滤波电路和匹配电路，保证输出端口杂散指标和电压驻波比值满足使用要求；两条输出射频通道由合路器进行合路后经过滤波电路输出。
光端机模块自动增益补偿功能：模拟光模块在使用过程中，光纤的光损对光模块的增益具有一定的损耗即1dB光损等于射频信号增益减小2dB，在实际工程使用中，光纤长度是不确定的，所以模拟直放站近端机带多台远端机时，到达每台远端机的射频信号都不一致，系统增益不统一，可能造成通话质量差等现象，避免此现象产生，本模拟光端机模块支持增益自动补偿功能，通过计算实际接收光功率值与规定的接收光功率值的差值D1，补偿光端机模块的增益为2×D1，保证光端机系统增益不受光纤长度影响，提高系统稳定性。
一种具体实施方式，以太网通信电路采用Qualcomm Atheros AR7410芯片与AR1500芯片方案设计。本设计方案具有低功耗、速率高（物理层速率：600Mbps，MAC层带宽：340Mbps）、内嵌ARM11 CPU芯片（典型主频355MHz）、接收灵敏度高（≤-90dBm）、先进的Turbo码前向纠错更正等优点。充分利用了模拟光模块现有光器件的宽带性，实现数据、语音、视频进行通过以太网协议进行传输。该以太网光端机模块具有带宽高、安全性高、可靠性好、管理方便、维护简单等诸多优点。
主要技术指标：
（1）工作频率：800～1000MHz；
（2）增益：≥10dB；
（3）最大输入无损电平：≥20dBm；
（4）ALC控制范围：≥25dB；
（5）RF开关响应时间：＜10μs；
（6）射频开关隔离度：≥50dB；
（7）RF收发隔离度：≥65dB；
（8）杂散： ≤ -60dBm/100kHz（9kHz～12.75GHz）；谐波：≤-45dB；
（9）底噪声：≤-130dBm/Hz；
（10）输入/输出功率检测范围：≥40dB；
（11）输入/输出驻波比：≤1.4；
（12）主备光纤通道切换时间：≤2s；
（13）工作温度范围：-25℃～+55℃。
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 (3)
1.一种具有光损自动增益补偿的GSM-R直放站以太网双纤光端机，其特征在于：包括一条输入射频通道、两条输出射频通道、波分复用设备和以太网通信电路；
输入射频通道包括依次连接的滤波电路、ALC控制电路、射频开关电路、放大电路、衰减电路、耦合电路和激光器电路，其中，滤波电路连接到射频信号输入接口，输入频率800MHz～1000MHz，激光器电路连接到波分复用设备；
两条输出射频通道包括主输出射频通道和备用输出射频通道,每条输出射频通道包括依次连接的收光器、耦合电路、放大电路、ATT自动补偿电路和滤波电路，其中滤波电路连接到射频信号输出接口，收光器连接到波分复用设备，两条输出射频通道的收光器和耦合电路均连接到切换电路，切换电路默认连通主输出射频通道，当主输出射频通道存在异常时，自动切换至备用输出射频通道；
以太网通信电路分别于输入射频通道和输出射频通道中的耦合电路相连，以太网通信电路设有以太网接口；
波分复用设备包括主波分复用设备和备用波分复用设备，其中主波分复用设备与主输出射频通道连接，通过主用光纤与其余光端机的主波分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块；备用波分复用设备与备用输出射频通道连接，通过备用光纤与其余光端机的备用分复用设备相连或通过光分路器连接多个光端机模块。
2.根据权利要求1所述的具有光损自动增益补偿的GSM-R直放站以太网双纤光端机，其特征在于：所述的输入射频通道中，滤波电路为带通滤波器电路和匹配电路，带通滤波电路抑制带外输入信号，兵抑制模拟光端机本身的FSK频率和以太网传输频率；ALC控制电路为模拟电平自动控制电路，根据输入功率大小进行自动控制，输入信号偏大时输出信号保持一致；射频开关电路为控制光端机模块有信号输入时无信号输出；放大电路为射频放大器电路，采用一级或若干级放大器组成；衰减电路为输入端口可手动调节光端机增益，衰减范围为0～31dB；耦合电路将以太网数据信号、数传数据FSK信号耦合至光端机主射频链路上，由激光器转换成光信号由光纤传输；激光器为模拟电光转换电路。
3.根据权利要求1所述的具有光损自动增益补偿的GSM-R直放站以太网双纤光端机，其特征在于：所述的输出射频通道中，收光器为模拟光电转换电路；耦合电路接收端光端机模块的以太网电路和数传芯片从主射频链路上耦合以太网数据信号和数传数据FSK信号进行数据处理；放大电路为射频放大器电路，采用一级或若干级放大器组成； ATT自动补偿电路为实现光损自动增益补偿功能，若系统设计补偿10dB光损，即无光损时，ATT衰减器衰减值为20dB；一旦光路有损耗为D1，ATT衰减值自动变成（20-2×D1）dB；滤波电路为多阶带通滤波电路和匹配电路；两条输出射频通道由合路器进行合路后经过滤波电路输出。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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