主备全冗余的LTE‑R基站BBU的制作方法

本实用新型涉及LTE-R无线移动通信设备领域，具体是一种主备全冗余的LTE-R基站BBU。

背景技术：

随着中国铁路移动通信带宽需求迅猛增长，原有的GSM-R系统不再适应新的市场需求，而且随着GSM产业链的逐渐消亡，迫切需要对原有的GSM-R通信体制进行升级换代。参照GSM-R技术规范中国铁路正在制定LTE-R技术标准体系，采用最新的LTE技术作为下一代铁路移动通信体制。

LTE-R承载铁路的行车业务、运营维护业务、公共安全通信业务和旅客信息系统业务。行车业务包括了列车调度通信、机务调度通信、车辆调度通信、供电调度通信、综合维修调度通信和应急通信等，这些业务对铁路通信系统的稳定性、可靠性提出了极高的要求。为提高通信系统的可靠性，组网时必须考虑整个通信系统主备冗余设计。即采用两套通信系统，一套主用，一套备用，当主用系统故障时迅速切换到备用系统，这样来保证通信业务正常工作。

LTE无线通讯系统由终端、基站和核心网（EPC）组成。基站由基带处理单元（BBU）和射频拉远单元（RRU）构成。EPC一般是台X86服务器，主备配置时采用两台服务器通过交换机和BBU通信，主备切换通过软件实现。这样做集成度差、切换时间长。

BBU一般是多槽位机架式设备，内插中央控制板（CCU）、基带处理板（BPU）、交换板等，安装在机房内。BBU板卡级主备因为受制于机架结构、硬件方案、功耗、重量、成本、可操作性等，很难实现，或者只能实现部分板卡的主备冗余。具体问题如下：1、BPU通过CPRI光模块和RRU收发数据，BPU主备切换后导致和BPU对接的RRU主备状态也要切换，这样增大了RRU的设备投资和安装费用。2、CCU上一般集成有北斗/GPS授时模块，用于全网时钟同步。因为一般设备的北斗/GPS天线只有一根，当CCU切换时天线要人工切换，导致操作不可行。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种主备全冗余的LTE-R基站BBU，优化背板网络拓扑，实现了EPC、CCU、BPU主备全冗余，使LTE-R的基站实现了板卡级的主备冗余解决方案。

本实用新型包括模块化机柜, 机柜固定槽位中通过插卡插入有CCU、BPU、EPC、光保护板、接口板和电源板,其特征在于：

所述的CCU为主备冗余结构的交换控制板,与其他模块均相连，对整个机箱进行管理、维护和报文交换。

所述的BPU为主备冗余结构的基带处理板，采用高性能多核DSP芯片，完成物理层、MAC层和三层协议。

所述的EPC为主备冗余结构的核心网，采用X86架构刀片服务器，完成用户、控制业务承载，移动用户管理和报文路功能。

所述的光保护板为连接在BPU与RRU光纤之间的快速光开关，使用FPGA，正常工作时光保护板控制主用BPU与RRU光纤之间为开路，备用BPU与RRU的光纤之间为断路。

所述的接口板使用FPGA，除了RRU的光接口外，所有机箱的对外接口都从接口板出，接口板完成EPC的对外接口和北斗/GPS信号输入。

本实用新型有益效果在于：

1 、通过增加接口板，优化背板网络拓扑，实现了EPC、CCU、BPU主备全冗余，使LTE-R的基站实现了板卡级的主备冗余解决方案；

2 、EPC和交换机功能集成到一个BBU机箱内，结构紧凑，体积小，安装维护方便；

3、增加光保护板，实现了BPU切换时，RRU不需切换，光纤接口不需变动，不需人为参与，节省RRU投资；

4、接口板安装北斗/GPS授时模块，实现了CCU切换时，北斗/GPS天线不需人工切换，基站的时钟频率、相位不变，BPU能更快进入主用状态；

5、整个BBU集成度高，全模块化设计，各模块可以灵活配置。不配置EPC时，可以和普通的BBU一样，外接其它厂家的交换机和EPC。不配置光保护板时，每个BPU带独立的RRU，RRU主备状态随BPU主备状态切换。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型背板网络拓扑图。

图3为光保护板原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

主备全冗余BBU采用模块化设计，插卡式安装。整个机箱能够适应19英寸标准机柜，设备两侧有安装孔，机箱承载在托盘上通过安装孔固定在机柜上。风扇在左侧，空气滤网在右侧，可插拔，方便维护清理。CCU、BPU、EPC、光保护板、接口板和电源板都是模块化设计，插卡形式插在机箱固定槽位中，板卡及背板槽位安装编码连接器防误插，板卡前面板安装助拔器和压铆螺钉方便插拔和紧固。

主备全冗余BBU的主要组成部分如图1所示：（1）CCU：CCU是基站的中心控制板，对整个机箱进行管理、维护，内部集成多端口交换网，机箱内所有板卡的以太网都经过CCU交换，实际上CCU变成交换控制板；（2）BPU：BPU是基带处理板，采用高性能多核DSP芯片，完成物理层、MAC层和三层协议功能。面板出CPRI光接口，去光保护板，再通过光保护板和RRU通信；（3）EPC：EPC采用X86架构刀片服务器，完成用户、控制业务承载，移动用户管理，报文路由等功能；（4）光保护板：光保护板使用FPGA，不使用CPU，不安装操作系统，软硬件尽量简单，保证软硬件的可靠性。选用快速MEMS光开关矩阵，根据背板过来的主备BPU状态信号，使用硬件逻辑电路控制RRU的光纤切向主用BPU，如图3所示；（5）接口板：接口板使用FPGA，不使用CPU，不安装操作系统，软硬件尽量简单，保证软硬件的可靠性。除了RRU的光接口外，所有机箱的对外接口都从接口板出。北斗/GPS授时模块放在接口板上，给主备BPU提供TOD、1PPS信号。EPC的对外网口也通过接口板出，接口板根据主备CCU的状态决定对外网口切换到主用CCU的交换网；（6）电源模块：根据现场需要选用直流或交流电源模块，要求支持热插拔；（7）风扇模块：通过I2C总线和CCU通信，根据机箱各板卡的温度情况调整转速，使板卡良好散热。

主备全冗余BBU的背板网络拓扑如图2所示：（1）以主备CCU为中心采用控制、业务平面双星型结构，每个板卡都有一组控制信号接到CCU的FPGA上，每个板卡都有一组以太网业务接口接到CCU的交换网上；（2）主备CCU、BPU及EPC之间有一组控制信号，指示本板在位及主备状态，切换时通过硬逻辑快速切换；（3）主备BPU、EPC之间通过交换网以太网口相连，备用的BPU和EPC通过以太网口将主用板卡的配置及用户信息同步更新到本板，这样切换时业务能尽快建立；（4）接口板外接北斗/GPS天线，板上有北斗/GPS授时模块，模块输出的1PPS和TOD信号通过背板送给主备BPU，BPU切换时时钟不会变；（5）光保护板通过背板的控制信号获取两块BPU的主备状态，切换RRU光纤到主用BPU光口上。

在组网应用中主备全冗余BBU用来替代原基站中的BBU、交换机和EPC，RRU设备不变。

如果不配光保护板，在组网应用中主备全冗余BBU要配置两台RRU，每块BPU都单独配置RRU，如果BPU的端口比较多，会导致外挂RRU数量成倍增加。

如果不配EPC，也不配光保护板，在组网应用中主备全冗余BBU要配置一台工业交换机和两台EPC，一主一备。这样整个系统比较庞大，一个机柜不一定装得下。

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