數(shù)字光纖直放站在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的分析與應(yīng)用

冉曉徑（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處，陜西　西安　710043）

數(shù)字光纖直放站在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的分析與應(yīng)用

冉曉徑
（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處，陜西西安710043）

本文根據(jù)鐵路無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了模擬光纖直放站在鐵路GSM-R系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題，著重描述了數(shù)字光纖直放站（GRRU）所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，充分體現(xiàn)出數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)針對(duì)鐵路特別是高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)的適用性。

數(shù)字光纖直放站；GSM-R；技術(shù)優(yōu)勢(shì)

GSM直放站是移動(dòng)系統(tǒng)接入網(wǎng)中的重要補(bǔ)充設(shè)備，起到延伸基站覆蓋范圍和消除盲區(qū)的作用。作為直放站的一種，光纖直放站在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中得到廣泛應(yīng)用。光纖直放站可分為模擬光纖直放站和數(shù)字光纖直放站（也稱：GRRU，文中均用此簡(jiǎn)稱代替）兩大類。其中GRRU作為一種新產(chǎn)品，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中起著越來(lái)越重要的作用。

1　現(xiàn)有覆蓋方案存在的問(wèn)題

近幾年來(lái)，我國(guó)建成和正在建設(shè)中的高速鐵路GSM-R系統(tǒng)所采用的光纖直放站，大都建立在射頻和模擬傳輸技術(shù)之上，由于模擬光纖傳輸?shù)墓逃刑匦越o工程設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中帶來(lái)以下幾方面的問(wèn)題：

（1）直放站接入基站會(huì)給基站引入噪聲，引起基站靈敏度嚴(yán)重下降，模擬直放站都是通過(guò)調(diào)低Gup的辦法減小直放站對(duì)基站的影響，往往會(huì)造成不同程度的上下行不平衡，帶來(lái)基站覆蓋距離不能過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題；

（2）由于光在光纜中的傳播速度比電磁波在空間傳播速度慢，再考慮光纖直放站的時(shí)延，造成工程設(shè)計(jì)中基站和第一臺(tái)光纖直放站之間的距離受限（一般不大于2km）以及遠(yuǎn)端機(jī)之間的距離不能過(guò)遠(yuǎn)等問(wèn)題。

（3）射頻信號(hào)隨著光信號(hào)的衰減而衰減，近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)之間光纜距離不同造成近、遠(yuǎn)端機(jī)之間射頻通路的損耗不同，造成遠(yuǎn)端機(jī)輸出功率以及覆蓋范圍不同。

2　GRRU原理及工作流程

GRRU是在傳統(tǒng)模擬光纖直放站的基礎(chǔ)上，根據(jù)軟件無(wú)線電技術(shù)的特點(diǎn)，采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多載波GSM-R信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和大容量、大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)覆蓋。整個(gè)系統(tǒng)由近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)組成，在基站側(cè)將GSM-R的Um口對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，通過(guò)光纖傳送到遠(yuǎn)端，利用遠(yuǎn)端射頻單元再生、放大，實(shí)現(xiàn)GSM-R基站信號(hào)拉遠(yuǎn)覆蓋。

GRRU的工作流程如下：

下行通道（從基站到終端）為：從射頻耦合口得到基站的下行信號(hào)→直放站近端機(jī)的RF接收，射頻下變頻到中頻→ADC采樣為數(shù)字中頻信號(hào)→通過(guò)混頻器得到I/Q兩路中頻信號(hào)，數(shù)字下變頻到基帶（DDC）→CPRI模塊將I/Q基帶數(shù)據(jù)組幀→通過(guò)SerDes芯片將CPRI數(shù)據(jù)送給光口模塊→光纖傳輸?shù)街狈耪具h(yuǎn)端機(jī) →光模塊接收，并通過(guò)SerDes芯片恢復(fù)并行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)→CPRI模塊解幀，提取出基帶的I/Q數(shù)據(jù)→數(shù)字上變頻（DUC），經(jīng)過(guò)混頻器得到數(shù)字中頻信號(hào)→DAC輸出模擬中頻信號(hào)→RF上變頻→功放模塊→天線發(fā)射到終端用戶。

上行通道（終端到基站）：終端用戶發(fā)射→遠(yuǎn)端機(jī)接收射頻信號(hào)→經(jīng)過(guò)低噪放和射頻下變頻到模擬中頻→ADC采樣為數(shù)字中頻信號(hào)→通過(guò)混頻器得到I/Q兩路中頻信號(hào)，數(shù)字下變頻到基帶（DDC）→CPRI模塊將I/Q基帶數(shù)據(jù)組幀→通過(guò)SerDes芯片將CPRI數(shù)據(jù)送給光口模塊→光纖傳輸?shù)街狈耪窘藱C(jī)→光模塊接收，并通過(guò)SerDes芯片恢復(fù)并行數(shù)據(jù)→CPRI模塊解幀，提取出基帶的I/Q數(shù)據(jù)→數(shù)字上變頻（DUC），經(jīng)過(guò)混頻器得到數(shù)字中頻信號(hào)→DAC輸出模擬中頻信號(hào)→RF上變頻→通過(guò)射頻耦合口將射頻信號(hào)輸入基站的天饋系統(tǒng)。

3　GRRU設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

GRRU設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)如下：

（1）由于光信號(hào)的損耗與射頻信號(hào)的功率無(wú)關(guān)，GRRU的動(dòng)態(tài)范圍更大，傳輸距離更遠(yuǎn)。

（2）GRRU設(shè)備可實(shí)現(xiàn)上行分集接收，在地形復(fù)雜、多徑效應(yīng)嚴(yán)重的環(huán)境下，可以改善上行信號(hào)質(zhì)量。

（3）由于底噪抑制功能，GRRU引入的噪聲始終低于-120dBm/200kHz。GRRU引入的底噪更低，可引入的遠(yuǎn)端的個(gè)數(shù)越多。

（4）可以自動(dòng)進(jìn)行精確的時(shí)延計(jì)算并進(jìn)行自動(dòng)時(shí)延調(diào)整，可以保證重疊覆蓋區(qū)的覆蓋效果

（5）可以方便的組成星型和鏈型網(wǎng)以及混合組網(wǎng)等各種方式。

由于采用數(shù)字的傳輸方式，給系統(tǒng)組網(wǎng)帶來(lái)便利，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際線路情況，靈活組網(wǎng)。具體組網(wǎng)方式如圖1和圖2所示。

（6）采用數(shù)字光纖直放站的方案來(lái)延伸基站信號(hào)，可將小區(qū)覆蓋范圍擴(kuò)展，從而達(dá)到減少切換次數(shù)，保證通信質(zhì)量的目的。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)的模擬光纖直放站相比，GRRU采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和數(shù)字信號(hào)光纖傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多載波移動(dòng)通信信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和大容量、大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)覆蓋。噪聲更低、傳輸距離更長(zhǎng)，組網(wǎng)更靈活，遠(yuǎn)端重疊覆蓋區(qū)時(shí)延可調(diào)整等優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有鐵路鏈狀網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境下，采用GRRU是一種較好的選擇。

圖1　鏈狀連接方式－適用于鐵路情況

圖2　環(huán)狀連接方式－具備網(wǎng)絡(luò)自愈功能，適用于對(duì)可靠性要求高的情況

[1]鐘章隊(duì)，李旭，蔣文怡，等.鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

[2]吳克非.中國(guó)鐵路GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南光纖直放站在鐵路無(wú)線通信工程中的應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

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