GSM—R數(shù)字光纖直放站與基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)在鐵路樞紐應(yīng)用分析

【摘 要】各線(xiàn)GSM-R系統(tǒng)引入鐵路樞紐后，存在著頻率資源緊張，各系統(tǒng)間干擾大的問(wèn)題，本文將就采用數(shù)字光纖直放站與基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)解決樞紐內(nèi)GSM-R覆蓋方案進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】鐵路樞紐 GSM-R 數(shù)字光纖直放站 基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng) 覆蓋方案

一、引言

目前GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)在新建200km/h及以上鐵路中得到全面應(yīng)用。多條新建鐵路采用GSM-R系統(tǒng)引入同一鐵路樞紐的情況逐漸增加，貴陽(yáng)、南寧等樞紐均考慮采用GSM-R系統(tǒng)覆蓋。由于樞紐內(nèi)線(xiàn)路密集，站間距短，往往出現(xiàn)多個(gè)基站信號(hào)重疊覆蓋，造成頻率資源緊張，易同頻干擾的問(wèn)題。為合理利用頻率資源，減少系統(tǒng)內(nèi)和來(lái)自公網(wǎng)的干擾，本文試就利用基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)克服上述問(wèn)題提出本人的粗淺設(shè)想供大家探討。

二、基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)將基站BTS分為帶處理單元（BBU）和遠(yuǎn)端射頻處理單元（RRU）兩部分，二者通過(guò)光纖相連。在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，將BBU設(shè)置在通信機(jī)房?jī)?nèi)，通過(guò)光纖與規(guī)劃站點(diǎn)上部署的RRU進(jìn)行連接，完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

主要優(yōu)點(diǎn)：

（一）上行引入噪聲小，單個(gè)RRU覆蓋范圍大

不同的RRU將接收信號(hào)解調(diào)后進(jìn)行比選，選擇最優(yōu)信號(hào)給BBU，從而克服上行噪聲積累的問(wèn)題。由于信號(hào)的調(diào)制解調(diào)均在RRU完成，RRU每載頻的發(fā)射功率可達(dá)30W，加之RRU單元可采用室外安裝方式直接裝在鐵塔上，到天線(xiàn)的衰耗小，可用功率更高，目前一個(gè)BBU可支持6個(gè)RRU，一套基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)可相當(dāng)于6個(gè)傳統(tǒng)BTS覆蓋范圍。

（二）有效克服時(shí)延色散

GSM-R系統(tǒng)基站接收到的兩個(gè)同頻信號(hào)強(qiáng)度差小于9dB時(shí)，如時(shí)延相差大于15μs則會(huì)引起掉話(huà)?；旧漕l拉遠(yuǎn)系統(tǒng)BBU可自動(dòng)計(jì)算與RRU之間的時(shí)延，并把參數(shù)下發(fā)給RRU進(jìn)行調(diào)整，補(bǔ)償光纖時(shí)延，實(shí)現(xiàn)各個(gè)RRU與BBU間時(shí)延差小于15μs。

（三）RRU載頻單元配置靈活

通過(guò)靈活配置RRU載頻單元數(shù)量，在車(chē)站設(shè)置高達(dá)6載頻的RRU，而區(qū)間線(xiàn)路RRU載頻數(shù)量設(shè)置為2，3載頻，實(shí)現(xiàn)載頻資源在大型樞紐站的有效集中。

系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖（圖1）

三、數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)簡(jiǎn)介

數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)是一種直接耦合基站信號(hào)，采用數(shù)字傳輸方式，將信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端進(jìn)行覆蓋的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)解決方案。系統(tǒng)由數(shù)字接入控制單元（DAU）、光纖通道和數(shù)字光纖直放站單元（DRU）組成。

主要優(yōu)點(diǎn)：

（一）比傳統(tǒng)光纖直放站噪聲抑制能力強(qiáng)，支持遠(yuǎn)端機(jī)數(shù)量大

傳統(tǒng)模擬光纖直放站由于遠(yuǎn)端機(jī)引入噪聲的疊加，通常采用總線(xiàn)方式組網(wǎng)，且一般最多采用1拖6的模式工作。數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)由于采用底噪關(guān)斷和對(duì)各個(gè)DRU上行噪聲分別抑制的技術(shù)，1個(gè)DAU可支持最多12個(gè)DRU。

（二）組網(wǎng)靈活

可采用星型、菊花鏈、環(huán)形、混合連接?；镜娜齻€(gè)扇區(qū)采用一種混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中扇區(qū)1為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，扇區(qū)2為菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，扇區(qū)3為星型和菊花鏈混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這可以根據(jù)需要靈活配置選擇不同組網(wǎng)方式，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。

見(jiàn)圖2數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖2數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)構(gòu)成圖

（三）時(shí)延可調(diào)

傳統(tǒng)光纖直放站受此時(shí)延色散問(wèn)題影響，同一小區(qū)直放站間采用天線(xiàn)覆蓋時(shí)受光纜時(shí)延影響，直放站間距不大于2km。數(shù)字拉遠(yuǎn)系統(tǒng)可通過(guò)增大單個(gè)DRU到DAU時(shí)延，使距基站較近的DRU與距基站較遠(yuǎn)的DRU時(shí)延一致，從而增大直放站間間距，靈活調(diào)整直放站和天饋線(xiàn)設(shè)置。

四、樞紐覆蓋分析

數(shù)字光纖直放站與基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)都具有在增大小區(qū)覆蓋范圍的同時(shí)，減小噪聲引入和克服時(shí)延色散的優(yōu)點(diǎn)?？捎行Э朔屑~內(nèi)多條線(xiàn)引入造成的頻率資源緊張，小區(qū)切換混亂的狀況，目前國(guó)內(nèi)鐵路樞紐根據(jù)地形可大致分為平原樞紐，山區(qū)樞紐兩類(lèi)，一下分別就兩種系統(tǒng)在平原和山區(qū)應(yīng)用的優(yōu)劣進(jìn)行分析。

（一）平原樞紐覆蓋方案

平原樞紐900MHz信號(hào)傳播距離遠(yuǎn)，易形成越區(qū)覆蓋，采用傳統(tǒng)基站覆蓋方案。

見(jiàn)圖3傳統(tǒng)基站覆蓋方案

圖3傳統(tǒng)基站覆蓋方案

如圖所示，當(dāng)A方向駛來(lái)列車(chē)從小區(qū)3往B方向走時(shí)，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)判定，有可能切換至小區(qū)4而不是小區(qū)5。繼續(xù)前進(jìn)則切換回小區(qū)5，從而形成“乒乓切換”，極端條件下有可能掉話(huà)。而采用基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)如圖4基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)覆蓋方案

圖4基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)覆蓋方案

如圖所示，當(dāng)A方向駛來(lái)列車(chē)從小區(qū)2往B方向走時(shí)由于基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)覆蓋范圍廣，小區(qū)3、4相距很遠(yuǎn)，避免了小區(qū)2誤切換成小區(qū)4。

當(dāng)分叉節(jié)點(diǎn)為樞紐編組站或大型客站，站內(nèi)RRU可設(shè)置成6載頻滿(mǎn)足站內(nèi)大容量語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，周?chē)采w區(qū)間的RRU設(shè)置成2載頻，從而有效利用載頻資源。

采用數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)圖4中的功能，但由于光纖直放站發(fā)射功率小（每載頻10W左右），設(shè)置的遠(yuǎn)端設(shè)備較基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)多，且光纖直放站系統(tǒng)還需單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)管，效果稍差于基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)。

（二）山區(qū)樞紐覆蓋方案

山區(qū)樞紐內(nèi)隧道、路塹多，大量弱區(qū)需要覆蓋。采用模擬光纖直放站時(shí)如圖5模擬光纖直放站系統(tǒng)覆蓋方案。

圖5模擬光纖直放站系統(tǒng)覆蓋方案

圖5中車(chē)站采用3載頻基站，機(jī)務(wù)段采用2載頻基站。為減少覆蓋越區(qū)，車(chē)站及機(jī)務(wù)段基站所屬直放站在隧道內(nèi)通過(guò)漏纜覆蓋實(shí)現(xiàn)切換。

當(dāng)采用數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)后，車(chē)站設(shè)置4載頻基站及DAU。車(chē)站、機(jī)務(wù)段及區(qū)間設(shè)置8個(gè)DRU覆蓋。既保證了系統(tǒng)覆蓋和載頻的合理利用，又能通過(guò)增大車(chē)站1～車(chē)站8（DRU）至車(chē)站DAU時(shí)延，使機(jī)車(chē)在各條線(xiàn)路上運(yùn)行時(shí)到DAU的時(shí)延差小于15μs。詳見(jiàn)圖6數(shù)字光纖直放站覆蓋方案

圖6數(shù)字光纖直放站覆蓋方案

采用基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)覆蓋時(shí)，由于一套BBU最多接6套R(shí)RU，無(wú)法完全覆蓋6個(gè)方向的隧道，覆蓋效果與模擬光纖直放站基本一致，故有一定局限性。同時(shí)由于基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備造價(jià)高于數(shù)字光纖直放站遠(yuǎn)端設(shè)備，在上述情況下投資較光纖直放站投資高。

通過(guò)上述比較我們可以發(fā)現(xiàn)：基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)較數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)上行引入噪聲更小，單個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備功率更大，覆蓋效果好，同時(shí)設(shè)備穩(wěn)定性更好，使用統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)OMC-R，更適合平原地區(qū)樞紐覆蓋；而數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)由于采用在既有BTS上取信號(hào)，特別適合在已建設(shè)有GSM-R系統(tǒng)的樞紐內(nèi)對(duì)新建線(xiàn)路進(jìn)行覆蓋，同時(shí)由于其支持遠(yuǎn)端設(shè)備數(shù)量多，在山區(qū)鐵路樞紐地區(qū)多山、多隧道區(qū)段可提供更大的小區(qū)覆蓋范圍。

五、需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題

（一）目前基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)在公眾移動(dòng)通信項(xiàng)目上應(yīng)用較多，但尚未在鐵路上應(yīng)用，還需通過(guò)嚴(yán)苛的試驗(yàn)、測(cè)試驗(yàn)證其在鐵路項(xiàng)目中的可實(shí)施性。

（二）以上討論均為250km/h及以下不采用交織冗余覆蓋的線(xiàn)路。在時(shí)速300km/h以上客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)等需采用交織冗余覆蓋的線(xiàn)路上，基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的設(shè)備和通道冗余問(wèn)題還需深入研究。

（三）數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)克服時(shí)延色散問(wèn)題是通過(guò)增大DAU與DRU時(shí)延，從而減少DRU之間時(shí)延差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由此造成的來(lái)了系統(tǒng)與基站時(shí)延增大的問(wèn)題，難以滿(mǎn)足基站天饋發(fā)射信號(hào)與DRU信號(hào)時(shí)延差小于15μs。目前采用基站只作為信號(hào)源，不接天線(xiàn)的方案。

（四）基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)RRU作為信源仍可接光纖直放站，豐富樞紐應(yīng)用方式，未來(lái)基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)與模擬光纖直放站/數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的結(jié)合還需在具體工程中實(shí)踐。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分 析可知，基站射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)作為弱區(qū)覆蓋新技術(shù)，可有效解決鐵路GSM-R系統(tǒng)解決樞紐干擾和頻率資源緊張問(wèn)題，為GSM-R系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)覆蓋提供新思路。