一种带备份的数字光纤直放站系统及切换方法与流程

本发明涉及直放站技术领域，主要是一种带备份的数字光纤直放站系统及切换方法。

背景技术：

现有的数字光纤直放站系统，在一些应用场合要求高或者环境比较苛刻的情况下，需要做备份处理；在现有应用中，目前的备份都是通过增加一套或者多套相同设备，以此组网实现备份功能。虽然这种方法也能实现备份组网，但是这种处理方式一方面设备成本高，另一方面组网复杂，对设备本身性能以及现场安装调试人员提出了更高的要求，不利于大规模线网运行，同时也不满足目前对无线设备的绿色低功耗的要求。如图1所示，传统的主/备系统分别由两套设备组成，主链路由近端机1与远端机1～3串联组成，其中远端机3又环回到近端机1；备链路由近端机2与远端机4～6串联组网，其中远端机6又环回到近端机2。这种组网方式，耗用了大量的设备成本，同时由于设备数量翻倍，给线网维护增加了难度；由于是两套独立的组网设备，无法快速自动判断主/备链路的状态，当主链路故障，需要切换到备链路的时候，必须手动或者后台去触发备链路，造成线网响应时间慢，严重影响线网运行与用户体验。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种带备份的数字光纤直放站系统及切换方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种带备份的数字光纤直放站，主要包括一个近端机和至少一个远端机，所述近端机的多个主光模块连接相对应的远端机的主光模块，近端机的多个备光模块连接相对应的远端机的备光模块，各个远端机之间依次相连；所述的近端机主要由近端主控板、近端中频板和近端电源模块构成，其中近端中频板包括近端主中频板和近端备中频板；远端机由远端主控板、远端中频板、远端电源模块和功放模块构成；其中远端中频板包括远端主中频板、远端备中频板，功放模块包括主功放模块和备功放模块；近端主控板分别与近端主中频板和近端备中频板电路连接，远端主控板分别与远端主中频板、远端备中频板电路连接，远端主控板通过射频线与功放模块进行相连并输出射频信号。

本发明还可通过以下技术方案进一步限定和完善。

作为优选方案，所述的近端主控板和近端中频板采用同源时钟以保持同步，即近端中频板的时钟源由近端主控板的时钟芯片提供，远端机的时钟源由近端机提供，近端机和远端机采用serdes接口，即高速串并转换接口来进行时钟恢复的方式，实现光纤同步。

作为优选方案，所述的近端主控板与近端主/备中频板的数据通信采用偶数倍lvds采样。最佳的实施方案，所述的近端主控板与近端主/备中频板的数据通信采用4倍lvds采样。

作为优选方案，所述的近端电源模块包括近端主电源模块和近端备电源模块，所述的远端电源模块包括远端主电源模块和远端备电源模块。

本发明同时提供了一种带备份的数字光纤直放站的切换方法，包括如下步骤：

(1)、上电后，近端主控板分别与近端主中频板、近端备中频板发送约定的码流给对端，当对端接收到正确的码流，则系统认为硬件高速接口正常工作，将权限释放给正常的基带数据流，基带数据流中带有实时的接口状态信息；

(2)、近端主控板根据收到的接口状态信息，对数据流进行切换判断，即收到近端主中频板接口状态工作不正常时(近端主中频板的高速接口工作出现误码、或中频部分器件损坏，或者近端主中频板掉电)，则自动切换到近端备中频板，轮询切换时间保证小于800ms，采用近端备中频板的信号链路进行传输；

(3)、近端主控板使用光模块进行数据传输时，采用近端机主光模块连接远端机主光模块，近端机备光模块连接远端机备光模块；主光路不通时，则会自动切换到备光路，切换时间保证在1000ms以内；

(4)、上电后，远端主控板分别与远端主中频板、远端备中频板发送约定的码流给对端，当对端接收到正确的码流，则系统认为硬件高速接口正常工作；当远端主中频板接口状态工作不正常，则实时切换到远端备中频板，采用远端备中频板的信号链路进行传输；

(5)、射频信号从远端主控板通过射频线进入功放模块，当主功放模块工作异常(即功放功率无输出)，则通过备功放模块，将信号输出到天馈天线中。

作为另一种完善技术的技术方案：正常工作时，采用近端主电源供电，当近端主控板监测到来自近端电源模块的电源告警后，根据预定规则切换到近端备电源进行工作。同理，正常工作时，采用远端主电源供电，当远端主控板监测到来自远端电源模块的电源告警后，根据预定规则切换到远端备电源进行工作。

更进一步的，所述的近端电源模块中设置大电容，在近端主电源和近端备电源切换过程中，近端主控板与近端中频板能保持正常工作。同理，所述的远端电源模块中设置大电容，在远端主电源和远端备电源切换过程中，远端主控板与远端中频板能保持正常工作。

本发明的有益效果为：

1.减少传统主/备链路设备的数目，相比传统系统，减少了一半的设备；降低了系统功耗，降低设备组网复杂度；

2.设备集成度更高，采用模块化设计，主/备功能自适应切换，模块化设计实现了系统更换方便，同时便于查找定位问题；

3.采用模块化的设计，将设备的中频板和功放模块从整板中剥离出来，根据使用要求，添加或者去除各个模块，可以保证其他模块的正常工作，增加了可操作性和可维护性，同时降低了设备的生产成本；

4.采用主/备模块化设计，可保证主/备切换的实时性，系统会自动检测各个模块的工作情况，从而自动实现正常模块的工作；

5.集合了以太网交换能力，任意站点的数据设备可以通过近/远端设备，实现任意节点的访问。

附图说明

图1是传统主/备系统连接示意图。

图2为本发明的系统连接示意图。

图3为本发明的近端机系统框图。

图4为近端中频板的原理框图。

图5为本发明的远端机系统框图。

图6为远端中频板的原理框图。

图7为功放模块的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如图2所示，一种带备份的数字光纤直放站系统，主要包括一个近端机和至少一个远端机，近端机的多个主光模块连接相对应的远端机的主光模块，近端机的多个备光模块连接相对应的远端机的备光模块，各个远端机之间依次相连。本发明采用模块化设计，通过系统内部的硬件和软件，实现了瞬时的切换，基本上对用户体验无影响；同时通过系统优化，将数字硬件、功放、电源模块化，合并到一套设备中，通过软件对主/备链路进行无缝切换；该设计同时也降低了设备成本，简化了设计方案，提高了系统可靠性。且设备中集合了以太网交换功能，可通过设备实现任意点的互访。

图3所示为近端机系统框图，所述的近端机主要由近端主控板、近端中频板和近端电源模块构成，其中近端主控板包括fpga芯片、mcu芯片、以太网交换模块、增益模块、衰减/增益模块、4个主光模块和4个备光模块，近端中频板包括近端主中频板和近端备中频板，近端主控板分别与近端主中频板和近端备中频板电路连接。近端电源模块采用双热备方式，所述的近端电源模块包括近端主电源模块和近端备电源模块。近端主中频板和近端备中频板的ic电源输入由近端主控板提供，通过近端主控板与近端主中频板和近端备中频板之间的高速接插件传导，且支持热插拔；近端主控板上的mcu芯片监测到来自近端电源模块的电源告警后，会根据预定规则切换到备用电源进行工作，由于近端主控板中存在大电容，能保证短时间不掉电，故在电源模块切换过程中，近端主控板与与近端主中频板和近端备中频板保持正常工作。

所述的近端主控板与近端主/备中频板采用高速接口(接口1a/b，接口2a/b，接口3a/b)进行连接，近端主/备中频板的时钟源由近端主控板的时钟芯片提供，确保都属于同一时钟源才能保持同步；近端主控板与近端主/备中频板的数据通信采用偶数倍lvds采样，最佳是采用4倍lvds采样，可减少使用的芯片pin管脚和pcb布线的难度。上电后，近端主控板与近端主/备中频板发送约定的码流给对端，当对端接收到正确的码流，则系统认为硬件高速接口正常工作，将权限释放给正常的基带数据流，基带数据流中还带有实时的接口状态信息；近端主控板会根据收到的接口状态信息，对数据流进行切换判断，即收到近端主中频板接口状态工作不正常，那么自动切换到近端备中频板，轮询切换时间保证小于800ms，采用近端备中频板的信号链路进行传输；该切换过程由近端主控板中的fpga芯片控制完成，保证信号在微秒级可恢复正常。

图4近端中频板的原理框图，近端中频板主要包括fpga芯片、d/a芯片、a/d芯片、滤波器、混频器、衰减器和clk时钟模块，其中fpga芯片一路通过d/a芯片、滤波器、混频器、衰减器并通过接口1a/b与近端主控板相连构成上行主集，fpga芯片另一路通过d/a芯片、滤波器、混频器、衰减器并通过接口2a/b与近端主控板相连构成上行分集，上行主集和上行分集构成上行链路。与近端主控板相连接的接口3a/b通过混频器、衰减器、滤波器、a/d芯片和fpga芯片相连构成下行链路。正常使用时，近端主控板的接口1a/b，接口2a/b，接口3a/b分别与近端主中频板的接口1a/b，接口2a/b，接口3a/b电路连通；切换时，近端主控板的接口1a/b，接口2a/b，接口3a/b则分别与近端备中频板的接口1a/b，接口2a/b，接口3a/b电路连通。

图5所示为远端机系统框图，远端机由远端主控板、远端中频板、远端电源模块和功放模块构成；远端主控板包括fpga芯片、mcu芯片、以太网交换模块、增益模块、低噪放模块、2个主光模块和2个备光模块，远端中频板包括远端主中频板、远端备中频板，功放模块包括主功放模块和备功放模块；远端主控板分别与远端主中频板、远端备中频板电路连接，远端主控板通过射频线与功放模块进行相连并输出射频信号，所述的远端电源模块包括远端主电源模块和远端备电源模块。

所述的近端主控板使用主/备光模块进行数据传输时，默认近端机主光模块连接远端机主光模块，近端机备光模块连接远端机备光模块；主光路不通时，系统会自动切换到备光路，切换时间保证在1000ms以内；如图3、5所示，远端机中远端主控板的主光模块一和备光模块一，分别连接近端的任意主光模块与备光模块。远端机的时钟源也由近端机提供，近端机和远端机采用serdes接口，即高速串并转换接口来进行时钟恢复的方式，实现光纤同步，保证数据传输的低误码率和可靠性。远端机中远端主控板的时钟芯片输入源由主/备光路恢复时钟为参考，系统采用轮询的方式对主/备光路进行同步，轮询的时候需要综合考虑系统的同步所消耗时间，防止出现ping-pong现象。当主光路同步，选择主光路的恢复时钟做参考，否则采用备光路的恢复时钟做参考；远端主控板中的fpga芯片支持双光口输入，两路信号的恢复时钟实时监测，该功能由远端主控板中的fpga芯片与时钟芯片clk联合实现。所述的远端机中远端主控板与远端主/备中频板硬件连接和工作机制与近端机中近端主控板与近端主/备中频板是一致的，故不再赘述。

射频信号从主控板远端主控板通过射频线进入功放模块，功放模块的具体连接关系如图7所示，功放模块实现信号的放大、pa功放的切换控制与输出端口驻波比检测功能；输入与输出信号的切换分别采用小信号与大功率开关控制，两开关通用一路控制信号，实现信号的同步切换。主备模块开关输出端接3db电桥，实现双端口输入功能，每端口实时检测输出与反射功率，模块内置mcu，实时计算输出端口驻波比。模块对外通过485总线与主控板连接。功放采用热备份的方式，当主功放模块工作异常，最后的硬件选择器选择备功放模块的信号，输出到天馈天线中。

本发明下行链路：如图3-4所示，近端机耦合rru的射频信号，近端主控板中的下行射频链路tx，经过合路、衰减、增益放大等作用后，通过射频线连接近端中频板，即近端主中频板和近端备中频板；经过近端主/备中频板的混频、增益放大和中频滤波后，进入a/d芯片进行模数转化；近端主/备中频板进行数字下变频处理，转化成基带信号后，由高速接口通过采样的方式，将数据由近端主/备中频板传递到近端主控板的fpga芯片中；近端主控板中的fpga芯片对基带信号进行再处理，同时融合以太网交换数据，打包成cpri协议，cpri协议通过serdes接口，数据并串转化，再通过光模块将电信号转化成光信号进行光纤传输；按照系统设计，默认近端机的主光模块连接远端机的主光模块，近端机的备光模块连接远端机的备光模块。如图5-6所示，远端主控板中的fpga芯片将串行信号从serdes接口恢复出来，再通过解析cpri协议和逻辑处理，恢复出需要处理的基带信号和以太网信号；远端主控板通过高速接口与远端主/备中频板进行连接；在远端主/备中频板中，fpga芯片主要对基带信号进行数字上变频的处理，并通过d/a芯片将数字信号转变为模拟信号，并且经过混频、滤波，输出射频信号，通过射频线与远端主控板连接；主控板通过射频线与功放模块进行相连并输出射频信号。远端主控板会将以太网数据通过fpga解析，并从交换模块中输出。

本发明上行链路：无线信号由远端机天线接收，在远端主控板经历低噪放、射频增益器件等信号放大后，通过射频线后进入远端主/备中频板；上行链路由主/分集构成，主/分集链路在进入远端主/备中频板的adc(上行时混频器、衰减器、滤波器、a\d芯片总称为adc)之前独立工作，经过adc的数模变换后，远端主/备中频板中的fpga芯片对其进行数字下变频处理，其数据处理方式，设计方式与下行链路一致；通过高速接口传递到远端主控板中，远端主控板中的fpga芯片对基带信号和以太网信号进行cpri组帧处理后，通过内置serdes接口并串转化后发送到主光模块，再通过光纤连接到近端机；近端机处理上行的机制与其处理下行的机制为逆变换，这里不再做赘述；且近端主控板解析以太网数据的处理方式与远端主控板一致。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。