一种gsm-r射频拉远基站设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种GSM-R射频拉远基站设备，包括通过RS232接口连接的主路和冗余备份从路，主路和冗余备份从路均包括独立的数字处理单元DPB、功放模块PA和双工器。本实用新型将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房中，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。
【专利说明】
-种GSM-R射频拉远基站设备
技术领域
[0001] 本实用新型设及GSM-R无线移动通信系统领域，具体是一种GSM-R射频拉远基站设 备。
【背景技术】
[0002] BBU(基带处理单元)+RRU(射频拉远模块)是一种新型的光纤分布式网络覆盖模 式。一个BBU可W支持多个RRU，其连接模式如图1所示。采用BBU+R抓多通道方案，可W很好 地解决大型场馆的室内覆盖。
[0003] 目前在中国铁路GSM-R通信系统的BTS还是W宏基站为主。宏基站一般有专用的机 架，可W提供容量，具有W下的优缺点：
[0004] (1)优点：
[0005] ①容量大，需要机房，可靠性较好，维护方便。
[0006] 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。
[0007] (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；
[000引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，运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。
[0009] 然而，结合宏基站的缺点，射频拉远基站能到了大家的关注和应用，现在公网上已 经大量的应用射频拉远基站，射频拉远基站有哪些优点呢?具体如下：
[0010] ①体积小，安装方便，不需要专口的机房，可W将设备放置在比较远的位置，用光 纤把信号送到发射点。
[0011] ②由于可W补偿拉远带来的传输延迟(基站侧忍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。
[0012] ③覆盖能力:馈缆损耗很小，覆盖能力较强。
[0013] ④容量:占用基站一个扇区的容量。
[0014] 但现有的公网应用的射频拉远基站设备不具备关键模块冗余，且可靠性达不到铁 路应用的需求，结合上述的问题，需要开发出一种GSM-R射频拉远基站设备。 【实用新型内容】
[001引本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种GSM-R射频拉远基站设备，将大 容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中屯、机房中，基带部分集中处理，采用光纤将基站中 的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方 案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆 盖之间的转化。
[0016]本实用新型包括通过RS232接口连接的主路和冗余备份从路，主路和冗余备份从 路均包括独立的数字处理单元DPB、功放模块PA和双工器，其中数字处理单元DPB包括数字 处理电路DSP、下行数模转换模块DAC、上变频UC、下行输出端日、上行输入端日、下变频DC和 上行数模转换模块ADC，数字处理电路DSP通过光纤接口按照CPRI协议与基带处理单元BBU 连接，数字处理电路DSP经过数模转换模块DAC、上变频UC后通过下行射频输出端口与功放 模块PA相连，功放模块PA通过双工器与外部天线相连，形成下行链路;外部天线依次通过双 工器、低噪放模块LNA与上行输入端口连接，上行输入端口依次经过下变频DC、上行数模转 换模块ADC后与数字处理电路DSP连接，形成上行链路。
[0017] 进一步改进，所述数字处理单元DPB中的上行输入端口和下行输出端口均具有两 个相互独立的通道。所述的低噪放模块LNA包括主低噪放和分集低噪放，主路数字处理单元 DPB1中上行输入端口的两个独立通道分别与低噪放和分集低噪放相连，冗余备份从路数字 处理单元DPB2中上行输入端口的两个独立通道分别与低噪放和分集低噪放相连。
[0018] 本实用新型有益效果在于：
[0019] 1、将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中屯、机房中，基带部分集中处理，采 用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节 省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远， 可实现容量与覆盖之间的转化。
[0020] 2、有关键模块冗余备份:本设备的所有有源模块都采用冗余备份，如数字处理模 块，功放模块，低噪放模块等。
[0021] 3、具有分集接收功能:本设备具有独立的分集接收端口，设备内部提供独立的分 集通道，不仅对接收通道具有冗余备份功能，还能提高3-5地接收灵敏度。
[0022] 4、本设备与BBU通信时，满足各种铁路应用的分布式光纤组网，如星型、环型、菊 花链型、交织型等。
[0023] 5、具有光旁路功能：当使用菊花链型、环型组网时，具有设备故障后，光路自动短 路功能，即当某台设备停电或数字处理单元故障（如CPU死机、FPGA死机等)时，可W自动将 设备的输入光纤和输出光纤自动短路，保证后续设备能正常工作，大大提高了系统组网的 可靠性和稳定性。
【附图说明】
[0024] 图1为基带处理单元和射频拉远模块连接模式示意图。
[0025] 图2为本实用新型电路结构示意图。
[0026] 图3为本实用新型中主路和冗余备份从路连接方式电路示意图。
[0027] 图4为本实用新型外部接口示意图。
[0028] 图5为每个被测时隙的输出功率相对于时间变化示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0030] 图2为本实用新型电路结构示意图，包括通过RS232接口连接的主路和冗余备份从 路(如图3所示），主路和冗余备份从路均包括独立的数字处理单元DPB、功放模块PA和双工 器，其中数字处理单元DTO包括数字处理电路DSP、下行数模转换模块DAC、上变频UC、下行输 出端口、上行输入端口、下变频DC和上行数模转换模块ADC，数字处理电路DSP通过光纤接口 按照CPRI协议与基带处理单元B脚连接，数字处理电路DSP经过数模转换模块DAC、上变频UC 后通过下行射频输出端口与功放模块PA相连，功放模块PA通过双工器与外部天线相连，形 成下行链路;外部天线依次通过双工器、低噪放模块LNA与上行输入端口连接，上行输入端 口依次经过下变频DC、上行数模转换模块ADC后与数字处理电路DSP连接，形成上行链路。
[0031] 进一步改进，所述数字处理单元DPB中的上行输入端口和下行输出端口均具有两 个相互独立的通道。所述的低噪放模块LNA包括主低噪放和分集低噪放，主路数字处理单元 DPB1中上行输入端口的两个独立通道分别与低噪放和分集低噪放相连，冗余备份从路数字 处理单元DPB2中上行输入端口的两个独立通道分别与低噪放和分集低噪放相连。
[0032] 本实用新型工作原理如下：
[0033] 下行链路:RRU通过光纤接收到BBU传送过来的基带数据，此数据采用CPRI协议，有 数字处理单元DPB的数字处理电路DSP对基站信令分析、编码、调制等处理后，再经过数模 转换DAC，上变频UC等处理输出。具有两个相互独立的输出通道，可达到互为备份或同时工 作。数字处理单元输出信号经过功放PA功率放大后，送至双工器再馈送至天线；
[0034] 上行链路:上行链路分为主路接收电路和分集接收电路，下面W主路接收为例:天 线接收到上行信号后，经过双工器送至低噪放模块，有低噪放模块进行低噪放大后，分别送 至数字处理单元DPB的主路接收端口，DPB进行下变频DC和模数转换ADC后进入数字处理电 路DSP，由DSP进行解调、解码和信令分析等，再按照CPRI协议进行传送至BBU。分集接收通道 工作原理类似。
[0035] 两个DTO模块的MOJ间采用RS232双工通信方式相互交互各自的数据。
[0036] 本实用新型外部接口如图4所示，包括如下接口：
[0037] ②箱接地端子:GND设备接大地接口；
[0038] ②电源接口： AC220V设备输入电源接口；
[0039] ③置告警端子:Position设备搬移后产生告警；
[0040] ④纤接口： Li址1~Li址44个FC光纤接口；
[0041 ]⑤路天线接口 ：ANT1设备主路天线接口；
[0042] ⑥集天线接口 ：ANT2设备分集天线接口；
[0043] ⑦传接口： LAN lOOM/lOOOMbps透传接口；
[0044] ⑧地调试接口 ： Test设备调试与测试接口；
[0045] ⑨备状态指示灯:RUN设备工作状态指示灯，周期性的闪烁表示设备工作正常，否 则设备处于异常状态。
[0046] 本实用新型的一些具体参数如下：
[0047] 1、本实用新型环境条件、外型尺寸和重量如下：
[004引 1.1环境条件
[0049] 工作溫度:-35°C~巧5°C;
[0化0] 存储溫度：-40°C~巧0°C;
[0化。相对湿度：含95%;
[0化2] 1.2外型尺寸
[0化3] 长度553毫米(21.77英寸）；
[0054] 宽度450毫米(17.7英寸）；
[0化5] 高度256毫米(10.08英寸）。
[0056] 1.3 重量
[0化7] 完全配置32千克(70.55磅）。
[005引本实用新型功能性要求如下：
[0059] 支持全向小区和扇形小区W及多层网等多种重叠覆盖技术。
[0060] 支持同步切换、非同步切换、伪同步切换和预同步切换，同一基站站址内的属于不 同小区的TRX之间若没有TDMA帖同步时，BSS也能正常工作。
[0061 ] 支持地面信道(MSC-BSS、BSC-BBU-R抓间）、业务新到和控制新到管理W及无线信 道分配等。
[0062] 指短消息业务，包括点对底单短消息和小区广播短消息业务。
[0063] 支持非连续接收和发送。
[0064] 支持GSM-R规定的相关的安全功能，包括用户数据保密(物理连接）、无连接用户数 据保密、信令信息单元保密。
[00化]支持切换。
[0066] 支持基站和MS的静态和动态射频功率控制，GSM9000a和RRU基于每个业务信道时 隙进行功率控制。
[0067] 支持频率复用。
[0068] 支持基站分配表的管理。
[0069] 支持GSM第2阶段和第化阶段定义的数据业务所需要的功能，为透明和非透明业务 提供速率适配功能和相应的信道编码功能。
[0070] 支持接收机空间分集。
[0071] 2、本实用新型性能需要符合下列要求：
[0072] 2.1接收灵敏度不大于-105地m(分集前）。
[0073] 2.2频段和信道分配
[0074] RRU9000在下列频段工作：
[0075]
[0076] 载波频率W绝对射频信道号(ARFCN)表示。WFI (η)和化(η)分别表示ARFCN为η的 上行频率和下行频率，则：
[0077] FI(n)=885.化 0.2Χ(η-1)(ΜΗζ)1 [007引 Fu(n) =Fl(n)+45。
[0079] 2.3射频性能；
[0080] 2.3.1 调试方式:GMSK。；
[0081] 2.3.2 发射机。
[0082] (1)相位误差和平均频率误差
[0083] 相位误差:优于±5°均方根值(RMS);
[0084] 优于±20°峰值。
[0085] 平均频率误差优于±0.05Χ10Λ
[0086] (2)RF载波平均发射功率
[0087] R抓9000静态功率级0为43地m± 2地。
[0088] 静态功率控制允许RF输出功率从RRU9000最大输出功率W2dB为步长降低6级，每 级的误差容限为±ldB。另外，每个静态RF功率级(N)的功率比RRU9000最大输出功率降低 2MB，具体见表1:
[0089] 表1
[0090]
[0091] (3)RF载波发射功率间包络
[0092] 每个被测时隙的输出功率相对于时间满足图5所示。如果一个时隙未激活，则剩余 功率保持在或小于-30地c(300曲Z测量带宽）。
[0093] 4)调制和宽带噪声产生的频谱
[0094] 对每个静态功率级，功率不超过表2中的限值。
[00巧]表2
[0096]
[0097] (5)切换瞬态频谱
[0098] 切换瞬态频谱测得的功率不超过表3要求。
[0099] 表 3
[0100]
[0101] (6)发射机天线接头的传导性杂散福射，RRU9000发射带内
[0102] 在一个发射机跟踪的情况下，在RRU9000相关发射带内测量BSS发射天线接头的杂 散福射不超过-36地m。
[0103] (7)发射机天线接头的传导性杂散福射，RRU9000发射带外
[0104] ① TX带外杂散福射：100kHz~IGHz: <-36地m;
[0105] lGHz~12.75Wz:<-30dBm。
[0106] ②接收带内：含-98地m;
[0107] ③不同频段杂散福射发射带内频谱1800TX: <-47地m;
[0108] ④不同频段杂散福射发射带内频谱1800RX: <-98地m。
[0109] (8)互调衰减
[0110] ① Ξ阶互调及其邻道（± 200kHz)功率：^-60地C;
[0111] ②除上述外互调产物：^ -70地C或-36地m。
[0112] 2.3.3 接收机
[0113] (1)静态参考灵敏度电平
[0114] RRU9000静态参考灵敏度电平为-104地m时满足表4要求：
[0115] 表4
[0116]
[0117] (2)多径参考灵敏度电平
[0118] RRU9000静态参考灵敏度电平为-104地m时满足表5要求：
[0119] 表5
[0120]
[0121] (3)参考干扰电平
[0122] RRU9000期望信号功率电平为-84地m的GSM调制信号，参考干扰电平满足表6要求：
[012引 表6
[0124]
[0126] (4)互调特性，接收机输入电平为-101地m TCH/FSn类比特RB邸<2.0%。
[0127] 2.4光纤传输
[0128] 光纤传输指标要求见表7。
[0129] 表7
[0130]
[0131] 2.5接收机空间分集
[0132] RRU9000支持接收机空间分集。
[0133] 在采用接收机空间分集时，RRU9000的接收机部分为双份的，且两路RX信号都被解 调并采用软判决解码来处理。
[0134] R抓9000可在每小区中采用一个双工器、一根组合的TX/RX天线和一个单独的RX天 线来实现接收机空间分集。
[0135] 2.6自动时延调整
[0136] 设备支持自动时延调整，满足W下功能要求：
[0137] a)实时测量各RRU9000与BBU之间的时延，支持手动或自动的方式进行调节，可将 任意两台RRU9000之间的时延调成一致，有效防止各RRU9000覆盖的同频干扰。
[0138] b)通过调整时延消除RRU9000之间重叠覆盖之间的时延色散问题。
[0139] C)主从式(交织覆盖)工作模式要求共小区时延一致。
[0140] 2.7多种组网方式:B脚与RRU9000设备之间支持星形、链形、环型、交织型等组网方 式。
[0141] 2.8交织覆盖
[0142] 具有相邻小区信号的冗余覆盖，采用主、从交织覆盖技术。两个基站小区信号从根 部交叉覆盖，为了防止频繁切换，R抓9000主信号比从信号高6地，当主路的基站信号岩机 后，从路自动提高6dB，保证继续覆盖，当一台RRU9000岩机，左右两边的RRU9000可W根部覆 盖，不会影响无线信号正常通信。
[0143] 采用GSM-R交织覆盖，符合下列要求：
[0144] a)BBU、RRU9000设置主路和从路，RRU9000分别接入两个基站信源；
[0145] b)主路和从路可采用环型、链型或星型组网；
[0146] c)RRU9000能自动控制主路与从路信号功率差值为6±1地(此值可设置）。
[0147] 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6地。
[0148] e)网管支持主路、从路B脚对RRU9000进行管理和控制。
[0149] 2.9天馈监测
[0150] 监测天线输出口的驻波比VSWR，设两级口限：当VSWR Μ . 5时，上报告警，基站仍维 持工作；当VSWR大于第二口限（影响设备正常工作，或杂散发射超过限制时），关闭基站功 放。
[0151] 2.10 光旁路
[0152] 每台RRU9000的光路都支持光旁路功能，一旦设备断电或DPB死机等故障后，自动 将输入光纤和输出光纤短路，不影响其他RRU设备正常工作。
[0153] 2.11功率放大器、低噪声放大器模块、数字光模块、电源和数字处理单元(DPB)等 关键部件的冗余备份，并具备自动切换功能。
[0154] 2.12监控功能
[01W] 通信方式:本地:WAN( W太网）；远程:光纤
[0156] 设备内部采用RS485接口，实现了对主备功放、主备数字处理板、主备低噪放等射 频模块，主备电源电源模块等进行实时监控。
[0157] 具有时延参数查询能力，每台RRU9000时延可实时掌握，便于网络优化。
[0158] 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。
[0159] 2.13 MT邸不小于lOOOOOh;
[0160] 2.14 电磁兼容符合 GB/T24338.5-2009 和 YD/T1139-2011 要求；
[0161] 2.15操作维护要求、机械和环境要求、电源和接地等其他主要技术指标符合铁道 行业相关技术要求和YD/T883-2009的规定。
[0162] 本实用新型具体应用途径很多，W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W作 出若干改进，运些改进也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种GSM-R射频拉远基站设备，其特征在于:包括通过RS232接口连接的主路和冗余 备份从路，主路和冗余备份从路均包括独立的数字处理单元DPB、功放模块PA和双工器，其 中数字处理单元DPB包括数字处理电路DSP、下行数模转换模块DAC、上变频UC、下行输出端 口、上行输入端口、下变频DC和上行数模转换模块ADC，数字处理电路DSP通过光纤接口按照 CPRI协议与基带处理单元BBU连接，数字处理电路DSP经过数模转换模块DAC、上变频UC后通 过下行射频输出端口与功放模块PA相连，功放模块PA通过双工器与外部天线相连，形成下 行链路;外部天线依次通过双工器、低噪放模块LNA与上行输入端口连接，上行输入端口依 次经过下变频DC、上行数模转换模块ADC后与数字处理电路DSP连接，形成上行链路。2. 根据权利要求1所述的GSM-R射频拉远基站设备，其特征在于:所述数字处理单元DPB 中的上行输入端口和下行输出端口均具有两个相互独立的通道。3. 根据权利要求2所述的GSM-R射频拉远基站设备，其特征在于:所述的低噪放模块LNA 包括主低噪放和分集低噪放，主路数字处理单元DPB1中上行输入端口的两个独立通道分别 与低噪放和分集低噪放相连，冗余备份从路数字处理单元DPB2中上行输入端口的两个独立 通道分别与低噪放和分集低噪放相连。
【文档编号】H04B7/26GK205430243SQ201520670095
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年8月31日
【发明人】倪小龙
【申请人】南京泰通科技股份有限公司