本實用新型涉及鐵路光纖通信領(lǐng)域，具體是一種具有光損自動增益補償?shù)腉SM-R直放站以太網(wǎng)雙纖光端機。
背景技術(shù)：
模擬光端機模塊是GSM-R模擬光纖直放站的關(guān)鍵模塊之一，主要將GSM-R射頻信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖進行傳輸。模擬光端機在光纖中傳輸?shù)男盘柺悄M光信號，其造價便宜，比較常用。進行數(shù)據(jù)傳輸時，模擬光端機先把基帶信號采用FSK的方式調(diào)制成射頻信號，再進行電-光轉(zhuǎn)換后傳輸，光信號傳到接收端后，同樣進行光-電轉(zhuǎn)換，然后進行FSK解調(diào)，恢復(fù)出數(shù)據(jù)信號。同時通過使用波分復(fù)用技術(shù)（WDM）。這種模擬光端機存在一些缺點：主要是傳輸速率低，抗干擾性差，不適合軌道交通信息綜合快速傳輸?shù)男枰?，在一定程度上阻礙了軌道交通的快速發(fā)展。在鐵路隧道弱場覆蓋區(qū)間，光纖資源非常有限，若采用常規(guī)的光端機模塊，GSM-R模擬光纖直放站無法實現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)信號的雙向傳輸，無法為鐵路通信電源、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急通信和視頻監(jiān)控提供數(shù)據(jù)傳輸通道。采用以太網(wǎng)通信功能的模擬光端機來替代常規(guī)光端機模塊是必要的，此方法不僅能減少光纖資源，還能大幅度降低工程造價。
此外，模擬直放站在工程應(yīng)用中受光纖長度影響，造成直放站系統(tǒng)增益不一致，與直放站近端機最近一臺遠端機與最遠一臺遠端機的增益差可能會達到10～20dB,相當(dāng)于最遠一臺遠端機比最近一臺遠端機光纖長度多10～20km。因此需要具有光損自動補償功能直放站設(shè)備來減小工程設(shè)計、應(yīng)用難度，提高直放站系統(tǒng)穩(wěn)定性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種具有光損自動增益補償?shù)腉SM-R直放站以太網(wǎng)雙纖光端機, 在現(xiàn)有模擬光端機基礎(chǔ)上進行的功能化改進，使現(xiàn)有模擬光端機具有光損自動增益補償，并且光端機模塊支持主、備纖冗余通信方式。
本實用新型包括一條輸入射頻通道、兩條輸出射頻通道、波分復(fù)用設(shè)備和以太網(wǎng)通信電路。
輸入射頻通道包括依次連接的濾波電路、ALC控制電路、射頻開關(guān)電路、放大電路、衰減（ATT）電路、耦合電路和激光器電路，其中，濾波電路連接到射頻信號輸入接口，輸入頻率800MHz～1000MHz，激光器電路連接到波分復(fù)用設(shè)備；
兩條輸出射頻通道包括主輸出射頻通道和備用輸出射頻通道,每條輸出射頻通道包括依次連接的收光器、耦合電路、放大電路、ATT自動補償電路和濾波電路，其中濾波電路連接到射頻信號輸出接口，收光器連接到波分復(fù)用設(shè)備，兩條輸出射頻通道的收光器和耦合電路均連接到切換電路，切換電路默認連通主輸出射頻通道，當(dāng)主輸出射頻通道存在異常時，自動切換至備用輸出射頻通道；
以太網(wǎng)通信電路分別于輸入射頻通道和輸出射頻通道中的耦合電路相連，以太網(wǎng)通信電路設(shè)有以太網(wǎng)接口；
波分復(fù)用設(shè)備包括主波分復(fù)用設(shè)備和備用波分復(fù)用設(shè)備，其中主波分復(fù)用設(shè)備與主輸出射頻通道連接，通過主用光纖與其余光端機的主波分復(fù)用設(shè)備相連或通過光分路器連接多個光端機模塊；備用波分復(fù)用設(shè)備與備用輸出射頻通道連接，通過備用光纖與其余光端機的備用分復(fù)用設(shè)備相連或通過光分路器連接多個光端機模塊。
所述的輸入射頻通道中，濾波電路為帶通濾波器電路和匹配電路，帶通濾波電路抑制帶外輸入信號，兵抑制模擬光端機本身的FSK頻率（430～440MHz）和以太網(wǎng)傳輸頻率（7.5～65MHz）；ALC控制電路為模擬電平自動控制電路，根據(jù)輸入功率大小進行自動控制，輸入信號偏大時輸出信號保持一致；射頻開關(guān)電路為控制光端機模塊有信號輸入時無信號輸出；放大電路為射頻放大器電路，采用一級或若干級放大器組成；衰減電路為輸入端口可手動調(diào)節(jié)光端機增益，衰減范圍為0～31dB；耦合電路將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號、數(shù)傳數(shù)據(jù)FSK信號耦合至光端機主射頻鏈路上，由激光器轉(zhuǎn)換成光信號由光纖傳輸；激光器為模擬電光轉(zhuǎn)換電路。
所述的輸出射頻通道中，收光器為模擬光電轉(zhuǎn)換電路；耦合電路接收端光端機模塊的以太網(wǎng)電路和數(shù)傳芯片從主射頻鏈路上耦合以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號和數(shù)傳數(shù)據(jù)FSK信號進行數(shù)據(jù)處理；放大電路為射頻放大器電路，采用一級或若干級放大器組成； ATT自動補償電路為實現(xiàn)光損自動增益補償功能，若系統(tǒng)設(shè)計補償10dB光損，即無光損時，ATT衰減器衰減值為20dB；一旦光路有損耗為D1（計算實際接收光功率值與規(guī)定的接收光功率值的差值），ATT衰減值自動變成（20-2×D1）dB；濾波電路為多階帶通濾波電路和匹配電路，保證輸出端口雜散指標和電壓駐波比值滿足使用要求；兩條輸出射頻通道由合路器進行合路后經(jīng)過濾波電路輸出。
本實用新型有益效果在于：
1. 支持200MHz寬頻帶工作，工作頻率范圍為800MHz～1000MHz；
2. 光端機模塊具有光損自動增益補償功能：具備≥10dB光損補償?shù)哪芰?，保證光端機系統(tǒng)增益不受光纖長度影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
3. 兼容原有常規(guī)模擬光端機模塊結(jié)構(gòu)尺寸，采用內(nèi)部增加以太網(wǎng)通信電路，具有100Mbps及以上以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Γ?/p>
4. 具有雙光纖冗余備份功能：光端機模塊支持主、備纖冗余通信方式，默認工作為主用光纖，一旦主用光纖斷開后接收光功率偏小時，自動切換至備用光纖鏈路。
5. 具有以太網(wǎng)接口通信接口：以太網(wǎng)通信接口為直放站系統(tǒng)提供100Mbps速率以太網(wǎng)高速透傳能力，為鐵路通信電源、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急通信和視頻監(jiān)控等提供數(shù)據(jù)傳輸通道，本以太網(wǎng)透傳通道工作時不影響直放站近端機與遠端機正常通信；
6. 光端機模塊的輸入和輸出端口雜散低，保證直放站設(shè)備的性能指標要求
7. 雜散指標要求：≤ -60dBm/100kHz（9kHz～12.75GHz）；諧波：≤-45dBm；
8. 光端機模塊具有ALC自動電平控制功能：ALC控制范圍-20～+5dBm（不限于）,ALC調(diào)節(jié)步長±1dB，此功能保證輸入功率偏大時，輸出功率保持不變，且保證互調(diào)指標不因輸入功率過大而惡化；
9. 光端機模塊支持寬范圍的功率檢測能力：輸入功率檢測和輸出功率檢測范圍≥40dB；此功率可以監(jiān)控光模塊的輸入功率和輸出功率，為直放站系統(tǒng)日常維護或檢修查找問題帶來便捷。
10.光端機模塊具有射頻開關(guān)功能：開關(guān)隔離度≥50dB，在直放站系統(tǒng)中，使用多個光模塊組成冗余備份通道，備用通道可以通過關(guān)閉射頻開關(guān)，保證備通道無信號通過，提供系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性；
11.任意光端機可以帶若干個不同波長光端機模塊：直放站近端機的光模塊可支持連接若干個直放站遠端機的光模塊，即光模塊支持1對多通信；
12.具有溫補功能：保證環(huán)境在-25℃～+55℃,增益穩(wěn)定度≤±1dB，輸出功率穩(wěn)定度（ALC起控時測試）≤±1dB，光輸出功率穩(wěn)定度≤±1dB；
13.具有RS485和：本光端機模塊支持兩種通信接口，RS485通信接口用于光端機本身數(shù)據(jù)通信和低速串口透傳通信（用于直放站近端機與遠端機低速率通信）。
附圖說明
圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
本實用新型電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一條輸入射頻通道、兩條輸出射頻通道、波分復(fù)用設(shè)備和以太網(wǎng)通信電路。
輸入射頻通道包括依次連接的濾波電路、ALC控制電路、射頻開關(guān)電路、放大電路、衰減（ATT）電路、耦合電路和激光器電路，其中，濾波電路連接到射頻信號輸入接口，輸入頻率800MHz～1000MHz，激光器電路連接到波分復(fù)用設(shè)備；
兩條輸出射頻通道包括主輸出射頻通道和備用輸出射頻通道,每條輸出射頻通道包括依次連接的收光器、耦合電路、放大電路、ATT自動補償電路和濾波電路，其中濾波電路連接到射頻信號輸出接口，收光器連接到波分復(fù)用設(shè)備，兩條輸出射頻通道的收光器和耦合電路均連接到切換電路，切換電路默認連通主輸出射頻通道，當(dāng)主輸出射頻通道存在異常時，自動切換至備用輸出射頻通道；
以太網(wǎng)通信電路分別于輸入射頻通道和輸出射頻通道中的耦合電路相連，以太網(wǎng)通信電路設(shè)有以太網(wǎng)接口；
波分復(fù)用設(shè)備包括主波分復(fù)用設(shè)備和備用波分復(fù)用設(shè)備，其中主波分復(fù)用設(shè)備與主輸出射頻通道連接，通過主用光纖與其余光端機的主波分復(fù)用設(shè)備相連或通過光分路器連接多個光端機模塊；備用波分復(fù)用設(shè)備與備用輸出射頻通道連接，通過備用光纖與其余光端機的備用分復(fù)用設(shè)備相連或通過光分路器連接多個光端機模塊。
所述的輸入射頻通道中，濾波電路為帶通濾波器電路和匹配電路，帶通濾波電路抑制帶外輸入信號，兵抑制模擬光端機本身的FSK頻率（430～440MHz）和以太網(wǎng)傳輸頻率（7.5～65MHz）；ALC控制電路為模擬電平自動控制電路，根據(jù)輸入功率大小進行自動控制，輸入信號偏大時輸出信號保持一致；射頻開關(guān)電路為控制光端機模塊有信號輸入時無信號輸出；放大電路為射頻放大器電路，采用一級或若干級放大器組成；衰減電路為輸入端口可手動調(diào)節(jié)光端機增益，衰減范圍為0～31dB；耦合電路將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號、數(shù)傳數(shù)據(jù)FSK信號耦合至光端機主射頻鏈路上，由激光器轉(zhuǎn)換成光信號由光纖傳輸；激光器為模擬電光轉(zhuǎn)換電路。
所述的輸出射頻通道中，收光器為模擬光電轉(zhuǎn)換電路；耦合電路接收端光端機模塊的以太網(wǎng)電路和數(shù)傳芯片從主射頻鏈路上耦合以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號和數(shù)傳數(shù)據(jù)FSK信號進行數(shù)據(jù)處理；放大電路為射頻放大器電路，采用一級或若干級放大器組成； ATT自動補償電路為實現(xiàn)光損自動增益補償功能，若系統(tǒng)設(shè)計補償10dB光損，即無光損時，ATT衰減器衰減值為20dB；一旦光路有損耗為D1（計算實際接收光功率值與規(guī)定的接收光功率值的差值），ATT衰減值自動變成（20-2×D1）dB；濾波電路為多階帶通濾波電路和匹配電路，保證輸出端口雜散指標和電壓駐波比值滿足使用要求；兩條輸出射頻通道由合路器進行合路后經(jīng)過濾波電路輸出。
光端機模塊自動增益補償功能：模擬光模塊在使用過程中，光纖的光損對光模塊的增益具有一定的損耗即1dB光損等于射頻信號增益減小2dB，在實際工程使用中，光纖長度是不確定的，所以模擬直放站近端機帶多臺遠端機時，到達每臺遠端機的射頻信號都不一致，系統(tǒng)增益不統(tǒng)一，可能造成通話質(zhì)量差等現(xiàn)象，避免此現(xiàn)象產(chǎn)生，本模擬光端機模塊支持增益自動補償功能，通過計算實際接收光功率值與規(guī)定的接收光功率值的差值D1，補償光端機模塊的增益為2×D1，保證光端機系統(tǒng)增益不受光纖長度影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
一種具體實施方式，以太網(wǎng)通信電路采用Qualcomm Atheros AR7410芯片與AR1500芯片方案設(shè)計。本設(shè)計方案具有低功耗、速率高（物理層速率：600Mbps，MAC層帶寬：340Mbps）、內(nèi)嵌ARM11 CPU芯片（典型主頻355MHz）、接收靈敏度高（≤-90dBm）、先進的Turbo碼前向糾錯更正等優(yōu)點。充分利用了模擬光模塊現(xiàn)有光器件的寬帶性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻進行通過以太網(wǎng)協(xié)議進行傳輸。該以太網(wǎng)光端機模塊具有帶寬高、安全性高、可靠性好、管理方便、維護簡單等諸多優(yōu)點。
主要技術(shù)指標：
（1）工作頻率：800～1000MHz；
（2）增益：≥10dB；
（3）最大輸入無損電平：≥20dBm；
（4）ALC控制范圍：≥25dB；
（5）RF開關(guān)響應(yīng)時間：＜10μs；
（6）射頻開關(guān)隔離度：≥50dB；
（7）RF收發(fā)隔離度：≥65dB；
（8）雜散：≤ -60dBm/100kHz（9kHz～12.75GHz）；諧波：≤-45dB；
（9）底噪聲：≤-130dBm/Hz；
（10）輸入/輸出功率檢測范圍：≥40dB；
（11）輸入/輸出駐波比：≤1.4；
（12）主備光纖通道切換時間：≤2s；
（13）工作溫度范圍：-25℃～+55℃。
本實用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。