本實(shí)用新型涉及LTE-R無線移動(dòng)通信設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種主備全冗余的LTE-R基站BBU。

背景技術(shù)：

隨著中國(guó)鐵路移動(dòng)通信帶寬需求迅猛增長(zhǎng)，原有的GSM-R系統(tǒng)不再適應(yīng)新的市場(chǎng)需求，而且隨著GSM產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸消亡，迫切需要對(duì)原有的GSM-R通信體制進(jìn)行升級(jí)換代。參照GSM-R技術(shù)規(guī)范中國(guó)鐵路正在制定LTE-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，采用最新的LTE技術(shù)作為下一代鐵路移動(dòng)通信體制。

LTE-R承載鐵路的行車業(yè)務(wù)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)業(yè)務(wù)、公共安全通信業(yè)務(wù)和旅客信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)。行車業(yè)務(wù)包括了列車調(diào)度通信、機(jī)務(wù)調(diào)度通信、車輛調(diào)度通信、供電調(diào)度通信、綜合維修調(diào)度通信和應(yīng)急通信等，這些業(yè)務(wù)對(duì)鐵路通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提出了極高的要求。為提高通信系統(tǒng)的可靠性，組網(wǎng)時(shí)必須考慮整個(gè)通信系統(tǒng)主備冗余設(shè)計(jì)。即采用兩套通信系統(tǒng)，一套主用，一套備用，當(dāng)主用系統(tǒng)故障時(shí)迅速切換到備用系統(tǒng)，這樣來保證通信業(yè)務(wù)正常工作。

LTE無線通訊系統(tǒng)由終端、基站和核心網(wǎng)（EPC）組成。基站由基帶處理單元（BBU）和射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）構(gòu)成。EPC一般是臺(tái)X86服務(wù)器，主備配置時(shí)采用兩臺(tái)服務(wù)器通過交換機(jī)和BBU通信，主備切換通過軟件實(shí)現(xiàn)。這樣做集成度差、切換時(shí)間長(zhǎng)。

BBU一般是多槽位機(jī)架式設(shè)備，內(nèi)插中央控制板（CCU）、基帶處理板（BPU）、交換板等，安裝在機(jī)房?jī)?nèi)。BBU板卡級(jí)主備因?yàn)槭苤朴跈C(jī)架結(jié)構(gòu)、硬件方案、功耗、重量、成本、可操作性等，很難實(shí)現(xiàn)，或者只能實(shí)現(xiàn)部分板卡的主備冗余。具體問題如下：1、BPU通過CPRI光模塊和RRU收發(fā)數(shù)據(jù)，BPU主備切換后導(dǎo)致和BPU對(duì)接的RRU主備狀態(tài)也要切換，這樣增大了RRU的設(shè)備投資和安裝費(fèi)用。2、CCU上一般集成有北斗/GPS授時(shí)模塊，用于全網(wǎng)時(shí)鐘同步。因?yàn)橐话阍O(shè)備的北斗/GPS天線只有一根，當(dāng)CCU切換時(shí)天線要人工切換，導(dǎo)致操作不可行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種主備全冗余的LTE-R基站BBU，優(yōu)化背板網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?shí)現(xiàn)了EPC、CCU、BPU主備全冗余，使LTE-R的基站實(shí)現(xiàn)了板卡級(jí)的主備冗余解決方案。

本實(shí)用新型包括模塊化機(jī)柜, 機(jī)柜固定槽位中通過插卡插入有CCU、BPU、EPC、光保護(hù)板、接口板和電源板,其特征在于：

所述的CCU為主備冗余結(jié)構(gòu)的交換控制板,與其他模塊均相連，對(duì)整個(gè)機(jī)箱進(jìn)行管理、維護(hù)和報(bào)文交換。

所述的BPU為主備冗余結(jié)構(gòu)的基帶處理板，采用高性能多核DSP芯片，完成物理層、MAC層和三層協(xié)議。

所述的EPC為主備冗余結(jié)構(gòu)的核心網(wǎng)，采用X86架構(gòu)刀片服務(wù)器，完成用戶、控制業(yè)務(wù)承載，移動(dòng)用戶管理和報(bào)文路功能。

所述的光保護(hù)板為連接在BPU與RRU光纖之間的快速光開關(guān)，使用FPGA，正常工作時(shí)光保護(hù)板控制主用BPU與RRU光纖之間為開路，備用BPU與RRU的光纖之間為斷路。

所述的接口板使用FPGA，除了RRU的光接口外，所有機(jī)箱的對(duì)外接口都從接口板出，接口板完成EPC的對(duì)外接口和北斗/GPS信號(hào)輸入。

本實(shí)用新型有益效果在于：

1 、通過增加接口板，優(yōu)化背板網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?shí)現(xiàn)了EPC、CCU、BPU主備全冗余，使LTE-R的基站實(shí)現(xiàn)了板卡級(jí)的主備冗余解決方案；

2 、EPC和交換機(jī)功能集成到一個(gè)BBU機(jī)箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝維護(hù)方便；

3、增加光保護(hù)板，實(shí)現(xiàn)了BPU切換時(shí)，RRU不需切換，光纖接口不需變動(dòng)，不需人為參與，節(jié)省RRU投資；

4、接口板安裝北斗/GPS授時(shí)模塊，實(shí)現(xiàn)了CCU切換時(shí)，北斗/GPS天線不需人工切換，基站的時(shí)鐘頻率、相位不變，BPU能更快進(jìn)入主用狀態(tài)；

5、整個(gè)BBU集成度高，全模塊化設(shè)計(jì)，各模塊可以靈活配置。不配置EPC時(shí)，可以和普通的BBU一樣，外接其它廠家的交換機(jī)和EPC。不配置光保護(hù)板時(shí)，每個(gè)BPU帶獨(dú)立的RRU，RRU主備狀態(tài)隨BPU主備狀態(tài)切換。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型背板網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖3為光保護(hù)板原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

主備全冗余BBU采用模塊化設(shè)計(jì)，插卡式安裝。整個(gè)機(jī)箱能夠適應(yīng)19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，設(shè)備兩側(cè)有安裝孔，機(jī)箱承載在托盤上通過安裝孔固定在機(jī)柜上。風(fēng)扇在左側(cè)，空氣濾網(wǎng)在右側(cè)，可插拔，方便維護(hù)清理。CCU、BPU、EPC、光保護(hù)板、接口板和電源板都是模塊化設(shè)計(jì)，插卡形式插在機(jī)箱固定槽位中，板卡及背板槽位安裝編碼連接器防誤插，板卡前面板安裝助拔器和壓鉚螺釘方便插拔和緊固。

主備全冗余BBU的主要組成部分如圖1所示：（1）CCU：CCU是基站的中心控制板，對(duì)整個(gè)機(jī)箱進(jìn)行管理、維護(hù)，內(nèi)部集成多端口交換網(wǎng)，機(jī)箱內(nèi)所有板卡的以太網(wǎng)都經(jīng)過CCU交換，實(shí)際上CCU變成交換控制板；（2）BPU：BPU是基帶處理板，采用高性能多核DSP芯片，完成物理層、MAC層和三層協(xié)議功能。面板出CPRI光接口，去光保護(hù)板，再通過光保護(hù)板和RRU通信；（3）EPC：EPC采用X86架構(gòu)刀片服務(wù)器，完成用戶、控制業(yè)務(wù)承載，移動(dòng)用戶管理，報(bào)文路由等功能；（4）光保護(hù)板：光保護(hù)板使用FPGA，不使用CPU，不安裝操作系統(tǒng)，軟硬件盡量簡(jiǎn)單，保證軟硬件的可靠性。選用快速M(fèi)EMS光開關(guān)矩陣，根據(jù)背板過來的主備BPU狀態(tài)信號(hào)，使用硬件邏輯電路控制RRU的光纖切向主用BPU，如圖3所示；（5）接口板：接口板使用FPGA，不使用CPU，不安裝操作系統(tǒng)，軟硬件盡量簡(jiǎn)單，保證軟硬件的可靠性。除了RRU的光接口外，所有機(jī)箱的對(duì)外接口都從接口板出。北斗/GPS授時(shí)模塊放在接口板上，給主備BPU提供TOD、1PPS信號(hào)。EPC的對(duì)外網(wǎng)口也通過接口板出，接口板根據(jù)主備CCU的狀態(tài)決定對(duì)外網(wǎng)口切換到主用CCU的交換網(wǎng)；（6）電源模塊：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選用直流或交流電源模塊，要求支持熱插拔；（7）風(fēng)扇模塊：通過I2C總線和CCU通信，根據(jù)機(jī)箱各板卡的溫度情況調(diào)整轉(zhuǎn)速，使板卡良好散熱。

主備全冗余BBU的背板網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示：（1）以主備CCU為中心采用控制、業(yè)務(wù)平面雙星型結(jié)構(gòu)，每個(gè)板卡都有一組控制信號(hào)接到CCU的FPGA上，每個(gè)板卡都有一組以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口接到CCU的交換網(wǎng)上；（2）主備CCU、BPU及EPC之間有一組控制信號(hào)，指示本板在位及主備狀態(tài)，切換時(shí)通過硬邏輯快速切換；（3）主備BPU、EPC之間通過交換網(wǎng)以太網(wǎng)口相連，備用的BPU和EPC通過以太網(wǎng)口將主用板卡的配置及用戶信息同步更新到本板，這樣切換時(shí)業(yè)務(wù)能盡快建立；（4）接口板外接北斗/GPS天線，板上有北斗/GPS授時(shí)模塊，模塊輸出的1PPS和TOD信號(hào)通過背板送給主備BPU，BPU切換時(shí)時(shí)鐘不會(huì)變；（5）光保護(hù)板通過背板的控制信號(hào)獲取兩塊BPU的主備狀態(tài)，切換RRU光纖到主用BPU光口上。

在組網(wǎng)應(yīng)用中主備全冗余BBU用來替代原基站中的BBU、交換機(jī)和EPC，RRU設(shè)備不變。

如果不配光保護(hù)板，在組網(wǎng)應(yīng)用中主備全冗余BBU要配置兩臺(tái)RRU，每塊BPU都單獨(dú)配置RRU，如果BPU的端口比較多，會(huì)導(dǎo)致外掛RRU數(shù)量成倍增加。

如果不配EPC，也不配光保護(hù)板，在組網(wǎng)應(yīng)用中主備全冗余BBU要配置一臺(tái)工業(yè)交換機(jī)和兩臺(tái)EPC，一主一備。這樣整個(gè)系統(tǒng)比較龐大，一個(gè)機(jī)柜不一定裝得下。

本實(shí)用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。