一種GSM-R終端濾波器【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)域，具體涉及一種GSM-R終端濾波器。

背景技術(shù)：
目前，中國(guó)鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R系統(tǒng)采用EGSM頻段，上行885MHz～889MHz，下行930MHz～934MHz。由于我國(guó)無(wú)線頻率資源較為緊張，公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所在頻段與鐵路專用頻段之間的間隔較近，其中中國(guó)移動(dòng)900MHz網(wǎng)絡(luò)上行890MHz～909MHz，下行935MHz～954MHz；中國(guó)聯(lián)通900MHz網(wǎng)絡(luò)上行909MHz～915MHz，下行954MHz～960MHz。在這種情況下，鑒于公眾網(wǎng)絡(luò)特別是中國(guó)移動(dòng)的基站發(fā)射功率很大，如移動(dòng)基站與鐵路GSM-R基站距離較近或兩者天線方向相對(duì)或接近，GSM-R網(wǎng)絡(luò)極易受到公網(wǎng)的干擾。為了克服公眾網(wǎng)絡(luò)對(duì)于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的影響，特別是公眾網(wǎng)絡(luò)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)造成干擾導(dǎo)致的GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量等級(jí)的降低，可以通過(guò)加裝濾波器加以改善。其中一種濾波器加裝在移動(dòng)基站側(cè)，其原理是通過(guò)某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量，但將其他范圍的頻率分量衰減到極低的水平。加裝在移動(dòng)基站側(cè)的濾波器會(huì)將其自身的上行890MHz～909MHz、下行935MHz～954MHz作為通帶，允許在這一頻率區(qū)間的分量通過(guò)，抑制其他頻率區(qū)間的分量。由于鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)的頻率區(qū)間正好處在該濾波器的抑制范圍內(nèi)，通過(guò)濾波器的信號(hào)中將不包含鐵路專用的頻率分量，從而起到避免對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)造成干擾的作用。另外一種濾波器加裝在GSM-R基站側(cè)，與加裝在移動(dòng)基站側(cè)不同的是，這種濾波器將鐵路GSM-R專用頻段作為其通帶，抑制其它的頻率分量，保證只有鐵路專用頻率可以進(jìn)、出GSM-R基站，起到避免公網(wǎng)基站對(duì)GSM-R基站造成干擾的作用。上述第一種濾波器可以保證移動(dòng)基站發(fā)射出的信號(hào)中不包含鐵路專用頻率的分量，避免對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生同頻、鄰頻干擾；同時(shí)抑制了由于移動(dòng)基站設(shè)備等的原因產(chǎn)生的雜散信號(hào)落在鐵路專用頻段而對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量造成的影響。第二種濾波器保證進(jìn)入GSM-R基站的信號(hào)只包含鐵路專用頻段的頻率分量，避免了公網(wǎng)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)造成的上行干擾。但是，由于該兩種濾波器均是加載在基站側(cè)，包括公網(wǎng)頻率分量和GSM-R專用頻率分量在內(nèi)的各種頻率的無(wú)線電波經(jīng)過(guò)空中接口傳播后仍然會(huì)全部進(jìn)入鐵路專用移動(dòng)終端（車載ATP（AutomaticTrainProtection列車自動(dòng)防護(hù)）設(shè)備和車載CIR（機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備）設(shè)備）的接收機(jī)，此時(shí)不同的公網(wǎng)信號(hào)之間、公網(wǎng)信號(hào)和GSM-R網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間均可能產(chǎn)生一 系列的互調(diào)信號(hào)，這些互調(diào)產(chǎn)物中的一部分會(huì)落入GSM-R專用頻段，從而產(chǎn)生同頻或鄰頻的干擾，嚴(yán)重影響鐵路移動(dòng)終端的下行通信質(zhì)量，進(jìn)而影響鐵路業(yè)務(wù)應(yīng)用。而前述兩種濾波器均無(wú)法做到對(duì)鐵路移動(dòng)終端下行通信質(zhì)量的保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了提高GSM-R終端的通信質(zhì)量，本發(fā)明提供了一種安裝在GSM-R車載終端設(shè)備側(cè)的、濾波參數(shù)較佳的GSM-R終端濾波器。一種GSM-R終端濾波器，所述GSM-R終端濾波器的帶外信號(hào)抑制不小于35dB，所述GSM-R終端濾波器的插入損耗不大于6dB。所述GSM-R終端濾波器是腔體濾波器。所述GSM-R終端濾波器是專用于列車自動(dòng)防護(hù)設(shè)備的濾波器。所述GSM-R終端濾波器的下行通道的級(jí)數(shù)是10和/或所述GSM-R終端濾波器的上行通道的級(jí)數(shù)是6。所述GSM-R終端濾波器是無(wú)源濾波器。本發(fā)明還提供了一種GSM-R終端濾波器，所述GSM-R終端濾波器的帶外信號(hào)抑制不小于30dB，所述GSM-R終端濾波器的插入損耗不大于4dB。所述GSM-R終端濾波器是腔體濾波器。所述GSM-R終端濾波器是專用于機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備的濾波器。所述GSM-R終端濾波器的下行通道的級(jí)數(shù)是6和/或所述GSM-R終端濾波器的上行通道的級(jí)數(shù)是6。所述GSM-R終端濾波器是無(wú)源濾波器。面向鐵路車載CIR設(shè)備和ATP設(shè)備的不同使用特點(diǎn)，針對(duì)CIR設(shè)備應(yīng)用將兩套獨(dú)立的濾波器集成在同一套設(shè)備中，具備兩套輸入、輸出接口，分別對(duì)應(yīng)CIR設(shè)備的話音通信接口和GPRS數(shù)據(jù)通信接口；針對(duì)ATP設(shè)備主、備通信模塊各自采用一套獨(dú)立的濾波器設(shè)備與其連接，保證CIR設(shè)備及ATP設(shè)備的兩路均可同時(shí)工作。本GSM-R終端濾波器輸入、輸出端口采用TNC接頭，減少與車載天線及CIR設(shè)備、ATP設(shè)備之間的接頭轉(zhuǎn)換。濾波器的兩套輸入、輸出接口位于面板同一側(cè)，便于安裝、維護(hù)。本GSM-R終端濾波器為無(wú)源設(shè)備，其引入對(duì)于CIR設(shè)備及ATP設(shè)備的整體RAMS指標(biāo)（可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性）、設(shè)備電磁兼容特性無(wú)任何影響，不影響車載終端系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。本發(fā)明的有益效果是：由于采用了上述參數(shù)的GSM-R終端濾波器，極大提高了GSM-R終端的通信質(zhì)量?！靖綀D說(shuō)明】圖1是一種實(shí)施例的GSM-R終端的通信質(zhì)量對(duì)比測(cè)試框圖；圖2是一種實(shí)施例采用10級(jí)下行信道GSM-R終端濾波器的ATP設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖3是一種實(shí)施例采用9級(jí)下行信道GSM-R終端濾波器的ATP設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖4是一種實(shí)施例采用11級(jí)下行信道GSM-R終端濾波器的ATP設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖5是一種實(shí)施例采用6級(jí)上行信道GSM-R終端濾波器的ATP設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖6是一種實(shí)施例采用5級(jí)上行信道GSM-R終端濾波器的ATP設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖7是一種實(shí)施例采用7級(jí)上行信道GSM-R終端濾波器的ATP設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖8是一種實(shí)施例采用6級(jí)下行信道GSM-R終端濾波器的CIR設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖9是一種實(shí)施例采用5級(jí)下行信道GSM-R終端濾波器的CIR設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖10是一種實(shí)施例采用7級(jí)下行信道GSM-R終端濾波器的CIR設(shè)備的信號(hào)仿真圖；圖11是另一種實(shí)施例的GSM-R終端的通信質(zhì)量對(duì)比測(cè)試框圖；圖12是圖11中的第一GSM-R手持終端的信號(hào)質(zhì)量仿真圖；圖13是圖11中的第二GSM-R手持終端的信號(hào)質(zhì)量仿真圖；圖14是GSM-R終端濾波器下行信道級(jí)數(shù)分別采用8、10和12級(jí)的信號(hào)對(duì)比圖。【具體實(shí)施方式】以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1采用如圖1中的原理框圖進(jìn)行通信質(zhì)量對(duì)比測(cè)試，用第一QoS（qualityofservice服務(wù)質(zhì)量）一體化測(cè)試設(shè)備和第二QoS一體化測(cè)試設(shè)備作為ATP設(shè)備，將模擬服務(wù)器號(hào)碼添加至MSC（移動(dòng)交換中心）數(shù)據(jù)庫(kù)，用于模擬RBC（RadioBlockCenter無(wú)線閉塞中心）與作為ATP設(shè)備的GSM-R移動(dòng)終端之間的通信。第一QoS一體化測(cè)試設(shè)備直接通過(guò)天線A、經(jīng)過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)向CSD地面模擬服務(wù)器發(fā)起CSD呼叫，第一QoS一體化測(cè)試設(shè)備可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄；而第二QoS一體化測(cè)試設(shè)備通過(guò)用于ATP設(shè)備的GSM-R濾波器和天線A、經(jīng)過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)向CSD地面模擬服務(wù)器發(fā)起CSD呼叫，第二QoS一體化測(cè)試設(shè)備也可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，其中，兩個(gè)天線A的增益相同。采用圖1中GSM-R終端濾波器和第二QoS一體化測(cè)試設(shè)備進(jìn)行一系列的測(cè)試，得到表1中的測(cè)試結(jié)果：表1用于ATP設(shè)備的GSM-R終端濾波器下行通道基本參數(shù)規(guī)格測(cè)試結(jié)果其中，測(cè)試報(bào)告中包含當(dāng)前通信質(zhì)量等級(jí)的參數(shù)；由表1可以看出，當(dāng)帶外抑制不小于35dB，同時(shí)插入損耗不大于6dB時(shí)，濾波器的性能表現(xiàn)出最佳狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，無(wú)論是帶外抑制減小或是插入損耗增大均會(huì)導(dǎo)致濾波器性能成倍數(shù)下降（包括通信質(zhì)量5級(jí)以上的比例增加，接收錯(cuò)誤包數(shù)的比例增加）。因此確定濾波器下行通道的基本參數(shù)時(shí)，應(yīng)確定通帶中心頻率為932MHz，帶寬為4MHz，插入損耗6dB，帶外信號(hào)抑制不小于35dB。選用切比雪夫式濾波器作為本設(shè)計(jì)濾波器的逼近函數(shù)。利用下式計(jì)算頻率變換的歸一化頻率：結(jié)合常數(shù)ε，本領(lǐng)域技術(shù)人員在根據(jù)上述參數(shù)即可以確定濾波器所需級(jí)數(shù)N：在本設(shè)計(jì)中，計(jì)算得到N=10，即本濾波器下行頻率區(qū)間（930MHz～934MHz）采用10級(jí)腔體。根據(jù)以上計(jì)算確定的各項(xiàng)參數(shù)利用軟件進(jìn)行仿真，其結(jié)果如圖2所示，橫軸表示信號(hào)頻率（單位為MHz），縱軸表示信號(hào)電平的絕對(duì)值（圖2至10的橫軸和縱軸均表示相同的含義），曲線L表示被測(cè)信號(hào)，在通帶930-934.6MHz之間的最大插入損耗出現(xiàn)在點(diǎn)P2處，大約為5.74dB，而934.6MHz處點(diǎn)P1的帶外信號(hào)抑制達(dá)到35.035dB，滿足上述的濾波器參數(shù)設(shè)置要求。為了進(jìn)一步驗(yàn)證采用10級(jí)腔體設(shè)計(jì)的合理性，分別對(duì)9級(jí)腔體和11級(jí)腔體的情況進(jìn)行了仿真。如圖3所示，當(dāng)該GSM-R濾波器的腔體下行通道的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為9級(jí)時(shí)，雖然插入損耗滿 足上述參數(shù)設(shè)置的要求，但是在934.6MHz處點(diǎn)P3的帶外信號(hào)抑制僅僅為30dB，不能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。如圖4所示，當(dāng)該GSM-R濾波器的腔體下行通道的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為11級(jí)時(shí)，雖然在934.6MHz處點(diǎn)P4的帶外抑制滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求，但是帶內(nèi)934MHz處的最大插入損耗達(dá)到6.45dB，不能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。同理，對(duì)于本GSM-R濾波器的上行通道進(jìn)行測(cè)試，得到如表2所示的結(jié)果：表2用于ATP設(shè)備的GSM-R終端濾波器上行通道基本參數(shù)規(guī)格測(cè)試結(jié)果由表2所示，無(wú)論是帶外抑制小于25dB或是插入損耗大于1.5dB，均會(huì)導(dǎo)致GSM-R濾波器的性能成倍下降（包括通信質(zhì)量5級(jí)以上的比例的增加，以及接受錯(cuò)誤包數(shù)的比例增加）。因此確定濾波器上行通道的基本參數(shù)時(shí)，應(yīng)確定通帶中心頻率為887MHz，帶寬為4MHz，插入損耗1.5dB，帶外信號(hào)抑制不小于25dB。同樣采用切比雪夫式濾波器作為本設(shè)計(jì)濾波器上行通道的逼近函數(shù)，計(jì)算得到上行通道的級(jí)數(shù)為6級(jí)，即本濾波器上行頻率區(qū)間（885MHz～889MHz）采用6級(jí)腔體。如圖5所示，被測(cè)信號(hào)曲線L，其在整個(gè)通帶（885MHz～889MHz）內(nèi)的最大插入損耗在889MHz處點(diǎn)P7，約為1.39dB，通帶以外1MHz處點(diǎn)P6的帶外抑制達(dá)到29dB，兩者均能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。如圖6所示，當(dāng)該GSM-R濾波器的腔體上行通道的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為5級(jí)時(shí)，雖然插入損耗滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求，但是在通帶以外1MHz處點(diǎn)P8的帶外信號(hào)抑制僅僅為21dB，不能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。如圖7所示，當(dāng)該GSM-R濾波器的腔體上行通道的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為7級(jí)時(shí)，雖然在帶外1MHz 處的帶外抑制滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求，但是帶內(nèi)的插入損耗比超過(guò)1.5dB，包括889MHz處點(diǎn)P9的插入損耗達(dá)到1.8dB，不能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。綜上可以看出，當(dāng)本GSM-R濾波器的下行通道和上行通道的技術(shù)分別為10級(jí)和6級(jí)時(shí)，GSM-R濾波器的濾波性能最佳。利用如圖1所示的原理圖進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，其中濾波器1和濾波器2均為本實(shí)施例1的GSM-R終端濾波器（分別通過(guò)第二QoS一體化測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試），得到如表3所示的結(jié)果：表3GSM-R專用腔體濾波器電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)試結(jié)果通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在測(cè)試點(diǎn)1，不連接GSM-R濾波器的情況下，通信質(zhì)量5級(jí)以上的測(cè)量報(bào)告數(shù)量占測(cè)量報(bào)告總數(shù)的百分比超過(guò)了20%，統(tǒng)計(jì)所有測(cè)量報(bào)告并計(jì)算其通信質(zhì)量平均值（0～7級(jí)）達(dá)到了2.59，在發(fā)送的所有12157個(gè)數(shù)據(jù)包中錯(cuò)誤包數(shù)多達(dá)760個(gè)，嚴(yán)重影響了業(yè)務(wù)應(yīng)用；而在連接了GSM-R濾波器以后，通信質(zhì)量5級(jí)以上的測(cè)量報(bào)告數(shù)量占測(cè)量報(bào)告總數(shù)的百分比僅為0.06%，通信質(zhì)量平均值不超過(guò)0.02，在10957個(gè)總數(shù)據(jù)包中錯(cuò)誤包僅為1包，極大地改善了終端通信質(zhì)量水平。在測(cè)試點(diǎn)2和測(cè)試點(diǎn)3表現(xiàn)出了 同樣的結(jié)果。實(shí)施例2與實(shí)施例1相似，采用如圖1所示的原理框圖進(jìn)行通信質(zhì)量對(duì)比測(cè)試，但不同的是QoS一體化測(cè)試設(shè)備與服務(wù)器之間發(fā)起長(zhǎng)呼且GSM-R濾波器是用于CIR設(shè)備的，經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)試，得到表4和表5的測(cè)試結(jié)果：表4用于CIR設(shè)備的GSM-R濾波器下行通道基本參數(shù)規(guī)格測(cè)試結(jié)果表5用于CIR設(shè)備的腔體濾波器上行通道基本參數(shù)規(guī)格測(cè)試結(jié)果從表4和5的測(cè)試結(jié)果可以看出，為了保證最佳的通信質(zhì)量，應(yīng)規(guī)定下行通帶中心頻率為932MHz，帶寬為4MHz，插入損耗4dB，帶外信號(hào)抑制不小于30dB；上行通帶中心頻率為887MHz，帶寬為4MHz，插入損耗1.5dB，帶外信號(hào)抑制不小于25dB。與實(shí)施例1相同的方法，利用切比雪夫式濾波器作為本設(shè)計(jì)濾波器的逼近函數(shù)，分別計(jì)算得到本濾波器的下行通道和上行通道的級(jí)數(shù)分別為6級(jí)。如圖8所示，用于CIR設(shè)備的濾波器的級(jí)數(shù)是6級(jí)的仿真圖，其中曲線M表示被測(cè)信號(hào)，在通帶930-934.6MHz之間的最大插入損耗出現(xiàn)在點(diǎn)P10處，大約為3.87dB，而934.6MHz處點(diǎn)P11的帶外信號(hào)抑制達(dá)到30.711dB，滿足上述的濾波器參數(shù)設(shè)置要求。為了進(jìn)一步驗(yàn)證采用6級(jí)腔體設(shè)計(jì)的合理性，分別對(duì)5級(jí)腔體和7級(jí)腔體的情況進(jìn)行了仿真。如圖9所示，當(dāng)該GSM-R濾波器的腔體下行通道的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為5級(jí)時(shí)，雖然插入損耗滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求，但是在934.6MHz處點(diǎn)P12的帶外信號(hào)抑制僅僅為22.46dB，不能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。如圖10所示，當(dāng)該GSM-R濾波器的腔體下行通道的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為7級(jí)時(shí)，雖然在934.6MHz處點(diǎn)P4的帶外抑制滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求，但是帶內(nèi)934MHz處的最大插入損耗超過(guò)4dB，不能滿足上述參數(shù)設(shè)置的要求。當(dāng)對(duì)于用于CIR設(shè)備的濾波器來(lái)說(shuō)，上行通道的級(jí)數(shù)采用6級(jí)時(shí)，由實(shí)施例1中的圖5的仿真可以看出，最大插入損耗約為1.39dB且通帶以外1MHz的帶外抑制達(dá)到29dB的參數(shù)滿足本濾波器的參數(shù)設(shè)置要求。如圖11所示，用第一GSM-R手持終端和第二GSM-R手持終端作為CIR設(shè)備，第一GSM-R手持終端一端直接與天線A連接，另一端與測(cè)試計(jì)算機(jī)連接，第二GSM-R手持終端一端通過(guò)GSM-R中斷濾波器與天線A連接，另一端與測(cè)試計(jì)算機(jī)連接，兩個(gè)天線A的增益保持一致。第一GSM-R手持終端和第二GSM-R手持終端均保持鎖定在發(fā)生通信質(zhì)量劣化的頻點(diǎn)（1015），兩者之間發(fā)起長(zhǎng)呼測(cè)試，并監(jiān)測(cè)同一時(shí)刻下是否連接GSM-R濾波器的通信質(zhì)量對(duì)比情況，如圖12和圖13所示，橫軸表示時(shí)間，右縱軸表示通信質(zhì)量等級(jí)，曲線T表示被測(cè)信號(hào)曲線，如圖12所示，在沒(méi)有連接GSM-R濾波器的情況下，第一GSM-R手持終端的曲線T的通信質(zhì)量長(zhǎng)時(shí)間、大面積出現(xiàn)通信質(zhì)量劣于4級(jí)的情況，且頻繁出現(xiàn)通信質(zhì)量劣化至6級(jí)、7級(jí)；而在同一時(shí)刻，連接了GSM-R終端濾波器的第二GSM-R手持終端的曲線T，其通信質(zhì)量基本保持在0級(jí)，在測(cè)試環(huán)境不變的情況下，極大地改善了測(cè)試終端的通信質(zhì)量水 平。如圖14所示，橫軸和縱軸分別表示頻率和電平絕對(duì)值，其中，曲線N1、N2和N3分別表示采用10級(jí)、12級(jí)和8級(jí)的GSM-R終端濾波器的下行信號(hào)曲線?？梢钥闯觯€N3與曲線N1相比，其滾降特性表現(xiàn)略差，帶外信號(hào)受到抑制的程度和速度均差于曲線N1；而曲線N2與曲線N1相比，雖然滾降特性與曲線N1基本一致甚至優(yōu)于曲線N1，但過(guò)多的腔體級(jí)數(shù)為實(shí)際調(diào)試帶來(lái)了一定的困難，在通帶邊界處的有用信號(hào)受到一定影響，綜合比較仍遜于曲線N1。雖然曲線N3和曲線N2代表的兩種方案表現(xiàn)出的性能較最佳方案有所不如，但對(duì)于帶外信號(hào)以及由其帶來(lái)的互調(diào)信號(hào)和雜散信號(hào)對(duì)于有用信號(hào)的干擾仍表現(xiàn)出了較好的抑制作用，在功能上同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于鐵路車載CIR設(shè)備及ATP設(shè)備通信質(zhì)量等級(jí)的較大改善，這是傳統(tǒng)的基站濾波器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。