一種基于td-scdma的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，煤礦井下分布式基站系統(tǒng)包括基站控制器和射頻單元；所述基站控制器與射頻單元通過光纖相連；基站控制器的上級接口接收地面設備傳輸過來的基帶信號，并在中央處理模塊將基帶信號進行處理，處理后的基帶信號通過下級接口傳輸至射頻單元?；究刂破髦醒胩幚砟K通過下級接口接收射頻單元傳輸過來的基帶信號處理后返回地面；基站控制器有多個下級接口，每個下級接口級聯(lián)多個射頻單元；其中，第一光模塊接收基站控制器傳輸?shù)幕鶐盘?，?shù)字處理模塊輸出對基帶信號處理后的射頻信號，射頻收發(fā)模塊負責發(fā)射射頻信號，提供TD-SCDMA網絡的無線覆蓋。
【專利說明】一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及網絡【技術領域】，特別涉及一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]TD-SCDMA(時分同步碼分多址技術)是由中國提出的第三代(3G)移動通信標準，在2000年5月首次被國際電聯(lián)(ITU)批準，并于2001年3月被3GPP認可為世界第三代移動通信的三個主要標準之一。該技術采用了智能天線、軟件無線電、聯(lián)合檢測、接力切換、高速分組接入等一系列高新技術，TD-SCDMA具有頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、適合開展數(shù)據(jù)業(yè)務、系統(tǒng)成本低、符合移動技術發(fā)展方向等突出優(yōu)勢。
[0003]TD-SCDMA中使用的射頻單元拉遠技術，使得超級基站成為可能，它可以連接數(shù)個甚至數(shù)十個位于遠端的射頻前端設備中的射頻收發(fā)單元，用以連接一個天線或者多個天線，同時支持數(shù)個至數(shù)十個宏小區(qū)、微小區(qū)及微微小區(qū)。在做無線網絡規(guī)劃時，可以靈活地根據(jù)覆蓋要求組成移動通信網，該通信網成本低、覆蓋良好。尤其適合于熱點地區(qū)補盲、室內覆蓋、井下巷道覆蓋等多種應用場合。
[0004]如圖1所示，為傳統(tǒng)地標準TD-SCDMA網絡結構示意圖。從圖1可知，標準TD -SCDMA網絡由核心網設備(CN)、無線網絡控制器(RNC)、基帶處理單元(BBU)和遠端射頻單元(RRU)幾個單元組成。基帶單元(BBU)可以連接數(shù)個甚至數(shù)十個位于遠端的射頻前端設備中的射頻收發(fā)單元，同時支持數(shù)個至數(shù)十個宏小區(qū)、微小區(qū)及微微小區(qū)。在做無線網絡規(guī)劃時，可以靈活地根據(jù)覆蓋要求，覆蓋良好的移動通信網。
[0005]隨著煤礦無線通信系統(tǒng)對無線語音，無線視頻和無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求越來越多。需要設計一套可靠的適合于煤礦井下使用的無線通信系統(tǒng)，采用TD-SCDMA技術是很好的解決方案。
[0006]但是，如果把標準的TD-SCDMA系統(tǒng)直接應用于井下會有幾個問題:
[0007]I)為了系統(tǒng)調試方便，核心網設備(CN)、無線網絡控制器(RNC)和基帶單元(BBU)三個設備需要布置在地面機房，遠端射頻單元布置于井下。從圖1可以看出如果這樣組網，地面和井下之間需要光纖連接，實際需要多少遠端射頻單元，就需要多少組光纖。布線復雜，可靠性降低。
[0008]2)每個遠端射頻單元為了增加覆蓋范圍，設計功率很大。但是，煤礦井下出于安全需要不適合布置大功率設備，這是一個矛盾。
[0009]3)遠端射頻單元無線信號覆蓋大，而煤礦巷道結構復雜。覆蓋范圍廣的無線信號由于受到巷道結構影響衰減很明顯，實際覆蓋效果不佳。


【發(fā)明內容】

[0010]為解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提出一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)地TD-SCDMA無線通信系統(tǒng)直接應用于煤礦井下出現(xiàn)的安全問題以及無線信號覆蓋效果不佳的問題。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，所述煤礦井下分布式基站系統(tǒng)包括地面設備和井下設備，其特征在于，所述井下設備包括基站控制器和射頻單元，所述基站控制器與射頻單元通過光纖相連；
[0012]所述基站控制器，包括中央處理模塊、上級接口和下級接口 ；所述上級接口接收所述地面設備傳輸過來的基帶信號，所述中央處理模塊將所述基帶信號進行處理，通過下級接口將處理后的基帶信號傳輸至所述射頻單元，完成射頻單元的配置管理，以及所述中央處理模塊通過所述下級接口接收所述射頻單元傳輸過來的基帶信號，所述中央處理模塊將基帶信號進行處理，通過上級接口將處理后的基帶信號傳輸至地面設備；其中，所述基站控制器有多個下級接口，所述下級接口連接所述射頻單元，每個下級接口級聯(lián)多個射頻單元;
[0013]所述射頻單元，包括第一光模塊、第二光模塊、數(shù)字處理模塊和射頻收發(fā)模塊；所述射頻收發(fā)模塊將接收到的射頻信號傳輸至所述數(shù)字處理模塊，所述數(shù)字處理模塊將所述射頻信號處理后輸出基帶信號，所述基帶信號經第二光模塊傳輸至所述基站控制器；所述第一光模塊接受所述基站控制器傳輸?shù)幕鶐盘?，所述?shù)字處理模塊對基帶信號處理后輸出射頻信號，所述射頻收發(fā)模塊將射頻信號發(fā)射出去，負責提供TD-SCDMA網絡的無線覆至
ΠΠ O
[0014]優(yōu)選地，所述射頻單元還包括擴展接口 ；所述擴展接口，包括人員定位接口和狀態(tài)指示接口，用于接收其他應用信息，擴展煤礦井下TD-SCDMA網絡應用功能。
[0015]優(yōu)選地，所述上級接口和下級接口均由可編程門陣列實現(xiàn)。
[0016]上述技術方案具有如下有益效果:解決了傳統(tǒng)遠端射頻單元在煤礦井下無線信號覆蓋效率低，施工困難，設備功耗大等問題?；究刂破?RXU)和射頻單元(DRU)設計均靈巧小型化，此種分布式煤礦井下TD-SCDMA通信組網技術，具有單基站信號覆蓋面積廣(800m)、最大拉遠距離2km，單系統(tǒng)可為總長33.6km巷道提供連續(xù)覆蓋。井下通過基站控制器就可下靈活部署高達42個射頻單元。不但給井下設備布置帶來方便，還極大的改善了井下無線信號的覆蓋效果。并且，傳統(tǒng)地遠端射頻單元比設計出來的由基站控制器(RXU)和射頻單元(DRU)構成的遠端射頻單元復雜，本技術方案降低了投入成本，適合煤礦井下特殊環(huán)境的應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為傳統(tǒng)地標準TD-SCDMA網絡結構示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)工作原理圖；
[0020]圖3為本發(fā)明提出一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)；
[0021]圖4為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的基站控制器框圖；
[0022]圖5為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的射頻單元框圖之 ，
[0023]圖6為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的射頻單元框圖之-* *
[0024]圖7為本實施例的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的基站控制器框圖；
[0025]圖8為本實施例的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的射頻單元框圖。

【具體實施方式】
[0026]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]如圖2所示，為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)工作原理圖。本技術方案的工作原理是:把標準TD-SCDMA通信組網技術中的遠端射頻單元RRU設備重新設計為兩個物理設備，基站控制器RXU和射頻單元DRU。本技術方案的基站控制器RXU可以有多個光口連接射頻單元DRU，每個光口可以多級級聯(lián)。比如:基站控制器RXU有7個光口，每個光口 6級級聯(lián)，這樣一臺基站控制器最多可以管理42臺基站(即射頻單元DRU)，本技術方案的射頻單元覆蓋的巷道長度可達33.6公里。而未改進之前的遠端射頻單元RRU僅能覆蓋2公里的巷道。所以這種把遠端射頻單元RRU設計成基站控制器RXU和射頻單元DRU的方案，就可以把一個很大發(fā)射功率的設備，分布成許多個發(fā)射功率較小的設備，不但大大降低了生產成本，還更加適合煤礦井下信號覆蓋使用。不僅性價比高，而且由于是分布式安裝，所以井下施工方便。
[0028]如圖3所示，為本發(fā)明提出一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，所述煤礦井下分布式基站系統(tǒng)包括地面設備201和井下設備202，所述井下設備202包括:基站控制器2021和射頻單元2022。
[0029]如圖4所示，為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的基站控制器框圖。所述基站控制器2021，包括中央處理模塊1、上級接口 2和下級接口 3 ;所述上級接口 2接收所述地面設備201傳輸過來的基帶信號，所述中央處理模塊I將所述基帶信號進行處理，通過下級接口 3將處理后的基帶信號傳輸至所述射頻單元2022，完成射頻單元2022的配置管理，以及所述中央處理模塊I通過所述下級接口 3接收所述射頻單元2022傳輸過來的基帶信號；其中，所述基站控制器2021有多個下級接口 3，所述下級接口 3連接所述射頻單元2022，每個下級接口 3級聯(lián)多個射頻單元2022。
[0030]如圖5所示，為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的射頻單元框圖。所述射頻單元2022，包括第一光模塊I'、第二光模塊2'、數(shù)字處理模塊3'和射頻收發(fā)模塊4' ;所述射頻收發(fā)模塊4'將接收到的射頻信號傳輸至所述數(shù)字處理模塊3'，所述數(shù)字處理模塊3'將所述射頻信號處理后輸出基帶信號，所述基帶信號經第二光模塊2'傳輸至所述基站控制器2021 ;所述第一光模塊I'接受所述基站控制器2021傳輸?shù)幕鶐盘?，所述?shù)字處理模塊3'對基帶信號處理后輸出射頻信號，所述射頻收發(fā)模塊4'將射頻信號發(fā)射出去，負責提供TD-SCDMA網絡的無線覆蓋。
[0031]如圖6所示，為本發(fā)明的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的射頻單元框圖之二。在圖3的基礎上，所述射頻單元2022還包括擴展接口 5' ;所述擴展接口 5'，包括人員定位接口 51'和狀態(tài)指示接口 52'，用于接收其他應用信息，擴展煤礦井下TD-SCDMA網絡應用功能。
[0032]優(yōu)選地，所述上級接口 2和下級接口 3均由可編程門陣列實現(xiàn)。
[0033]如圖7所示，為本實施例的基于TD - SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的基站控制器框圖。基站控制器RXU的主控MCU選用的增強型32位基于ARM核心的微控制器，該MCU的主要任務是通過上級光纖接口與基帶處理單元BBU實現(xiàn)TCP/IP通信，完成基帶處理單元BBU到基站控制器RXU的管理操作，并通過下級光纖接口對各射頻單元DRU完成配置管理；基帶處理單元BBU與基站控制器RXU之間實現(xiàn)光纖接口，以及基站控制器RXU與射頻單元DRU之間實現(xiàn)接口的關鍵器件使用的是ALTERA公司的FPGA。
[0034]在本實施例中，基站控制器RXU設計了 8個光模塊接口，光口 7采用速率為
2.5Gbps光纖與BBU聯(lián)接通信，為上級光口，其它7個(光口 O?光口 6)都是采用速率為1.25G光纖與DRU聯(lián)接通信，為下級光口 ；每個下級光口下的DRU設計最多支持6級級聯(lián)，與RXU共同完成RRU功能。
[0035]如圖8所示，為本實施例的基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)中的射頻單元框圖。射頻單元中邏輯功能主要包括第一 /第二光模塊接口部分、數(shù)字中頻部分和射頻收發(fā)信部分。射頻單元DRU主要功能是發(fā)射無線射頻信號，負責提供TD-SCDMA網絡的無線覆蓋。通過空中接口完成移動用戶的接入和無線鏈路傳輸功能，通過光接口與基站控制接口相連，上報測量信息，發(fā)送系統(tǒng)信息廣播，配合RXU完成整個井下部分的功能。
[0036]射頻單元DRU分為幾個部分，各部分和主要功能如下:
[0037]數(shù)字處理模塊:使用ALTERA公司EP4CGX15BF芯片和EPM240T芯片配合實現(xiàn)了光接口的數(shù)據(jù)收發(fā)，完成控制管理和I/Q數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)數(shù)模轉換，是DRU系統(tǒng)中核心部分；實現(xiàn)系統(tǒng)的本地或遠程配置、監(jiān)控、測試、告警、升級等功能。
[0038]電源管理模塊:可以實現(xiàn)12V-36V寬范圍供電，可以適應煤礦井下的復雜的供電環(huán)境；額定功率小于6W，可以通過本質安全試驗。
[0039]射頻收發(fā)模塊:其中主要包括衰減器、混頻器、本振、放大器、濾波器、介質濾波器；射頻收發(fā)模塊有兩個工作頻率，分別為1880-1920MHZ和2010_2025MHz ;兩個獨立天線配置，頻率為200KHz的整數(shù)倍。輸出功率步進ldB，接收增益步進IdB ;支持1:5，2:4，3:3，4:2,5:1時隙配比；
[0040]第一 /第二光模塊:2.5G光模塊，提供上下級聯(lián)的接口 ；
[0041]人員定位接口個RS485通信接口，可以連接井下人員定位系統(tǒng)。
[0042]射頻單元工作過程如下:
[0043]在下行方向上，射頻單元利用第一光模塊接收基站控制器(RXU)傳來的承載在光纖上的基帶信號，數(shù)字處理模塊在數(shù)字域將基帶IQ信號上變頻為數(shù)字中頻信號，然后通過DAC將數(shù)字中頻信號轉換為模擬中頻信號，進一步變?yōu)樯漕l信號，最后通過兩個獨立的射頻收發(fā)模塊將信號放大到一定功率電平，經濾波后由天線發(fā)射出去。
[0044]一個射頻單元配備兩個射頻模塊，這樣就可以安裝兩個定向天線向巷道的兩個不同方向輻射信號，相比較一個射頻模塊覆蓋范圍增加了一倍。
[0045]在上行方向上，射頻收發(fā)模塊將天線接收到的終端發(fā)來的射頻信號進行濾波和放大，數(shù)字處理模塊將射頻收發(fā)模塊發(fā)送過來的射頻信號下變頻為模擬中頻信號，然后通過模數(shù)轉化為數(shù)字中頻信號，最后在數(shù)字域將數(shù)字中頻信號轉換為基帶信號，并通過第二光模塊的光纖將基帶信號傳送給基站控制器。
[0046]煤礦井下與室外露天環(huán)境比較，在室外使用大功率基站就可以覆蓋很大一個平面，但是井下巷道空間是線性排布。一是大功率設備在井下使用有嚴格限制，二是即使使用了大功率基站，井下遇到轉彎的環(huán)境，基站覆蓋有嚴重損失。所以我們把傳統(tǒng)遠端射頻單元RRU在井下重新設計成兩個物理設備:基站控制器(RXU)和射頻單元(DRU)。每個射頻單元作為一臺基站覆蓋800m巷道，每臺基站控制器最多可以同時管理42臺射頻單元。此種分布式煤礦井下TD-SCDMA通信組網技術，射頻單元(DRU)通過光纖與基站控制器(RXU)最大拉遠距離3km，單系統(tǒng)可為總長33.6km巷道提供連續(xù)覆蓋。不但大大降低了生產成本，還更加適合煤礦井下信號覆蓋使用。此系統(tǒng)在煤礦井下的語音及視頻傳輸，能夠達到提高通信傳輸質量，提高勞動生產效率，提高災害應急調度指揮能力，減少災害損失及防災減災的目的。
[0047]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于TD-SCDMA的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，所述煤礦井下分布式基站系統(tǒng)包括地面設備和井下設備，其特征在于，所述井下設備包括基站控制器和射頻單元，所述基站控制器與射頻單元通過光纖相連； 所述基站控制器，包括中央處理模塊、上級接口和下級接口 ；所述上級接口接收所述地面設備傳輸過來的基帶信號，所述中央處理模塊將所述基帶信號進行處理，通過下級接口將處理后的基帶信號傳輸至所述射頻單元，完成射頻單元的配置管理，以及所述中央處理模塊通過所述下級接口接收所述射頻單元傳輸過來的基帶信號，所述中央處理模塊將基帶信號進行處理，通過上級接口將處理后的基帶信號傳輸至地面設備；其中，所述基站控制器有多個下級接口，所述下級接口連接所述射頻單元，每個下級接口級聯(lián)多個射頻單元； 所述射頻單元，包括第一光模塊、第二光模塊、數(shù)字處理模塊和射頻收發(fā)模塊；所述射頻收發(fā)模塊將接收到的射頻信號傳輸至所述數(shù)字處理模塊，所述數(shù)字處理模塊將所述射頻信號處理后輸出基帶信號，所述基帶信號經第二光模塊傳輸至所述基站控制器；所述第一光模塊接受所述基站控制器傳輸?shù)幕鶐盘枺鰯?shù)字處理模塊對基帶信號處理后輸出射頻信號，所述射頻收發(fā)模塊將射頻信號發(fā)射出去，負責提供TD-SCDMA網絡的無線覆蓋。
2.如權利要求1所述的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻單元還包括擴展接口 ；所述擴展接口，包括人員定位接口和狀態(tài)指示接口，用于接收其他應用信息，擴展煤礦井下TD-SCDMA網絡應用功能。
3.如權利要求1所述的煤礦井下分布式基站系統(tǒng)，其特征在于，所述上級接口和下級接口均由可編程門陣列實現(xiàn)。
【文檔編號】H04W16/26GK104469802SQ201410725487
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權日:2014年12月3日
【發(fā)明者】楊曉輝, 靳軍, 楊斌, 宋永寶, 宋國棟, 高建峰, 何禮富, 吳文臻, 蘇鵬, 孟杰, 李標, 高越, 錢學敏, 韓秀琪, 苑靜科, 張立群, 邵群義, 張志強 申請人:煤炭科學技術研究院有限公司