利用分布式RRU有效解決GSM-R弱覆蓋

時鵬 高鵬程

【摘要】 鐵路沿線無線環(huán)境復(fù)雜，針對GSM-R（GSM for Railway）弱覆蓋問題，傳統(tǒng)采用直放站提升覆蓋。本文提出了利用分布式RRU（Remote Radio Unit）解決弱覆蓋的技術(shù)方案，和傳統(tǒng)直放站覆蓋方式對比具有低成本、高質(zhì)量、更可靠、易施工、便運(yùn)維等優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】 GSM-R 弱覆蓋 直放站 分布式RRU

一、前言

GSM-R是鐵路信息化的必由之路。GSM-R系統(tǒng)的通信質(zhì)量是至關(guān)重要的，它直接影響鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩托省Ｍ渌鼰o線通信系統(tǒng)一樣，無線覆蓋是GSM-R通信質(zhì)量和安全保障的根基。

基于安全的設(shè)計，需要冗余覆蓋且不能夠存在弱覆蓋或覆蓋盲區(qū)。大部分鐵路段由宏站覆蓋，長隧道通常采用泄露電纜覆蓋。但在一些特殊路段，鐵路彎道較多，有大量的短隧道或路塹，一些丘陵地帶受山坡阻擋，都會導(dǎo)致宏基站信號衰減較大，類似城市樓宇產(chǎn)生的陰影效應(yīng)。如何解決這種山坡阻擋、彎道及路塹等弱覆蓋場景就成了一個難題。

為解決GSM-R弱覆蓋，較常見的是采用直放站的覆蓋方式。本文提出了采用分布式RRU覆蓋的解決方案。

二、傳統(tǒng)直放站覆蓋方案

在國內(nèi)GSM-R的弱覆蓋場景中直放站應(yīng)用非常廣泛。直放站一般會選擇就近的宏站作為信源，將射頻信號拉出，通過近端機(jī)后，射頻信號在遠(yuǎn)端機(jī)覆蓋補(bǔ)盲。

直放站的輸出功率較小，覆蓋范圍小。直放站是一種射頻拉遠(yuǎn)的信號放大設(shè)備，信號有失真。射頻拉遠(yuǎn)距離不同，時延也不同，主設(shè)備補(bǔ)償困難。直放站不能夠增加系統(tǒng)容量，反而增加了基站底噪，使原基站工作環(huán)境惡化，縮小覆蓋半徑。此外，直放站的網(wǎng)管功能和設(shè)備檢測功能遠(yuǎn)不如基站，當(dāng)直放站發(fā)生故障后不易發(fā)現(xiàn)。

直放站的工程安裝要求較為苛刻：因直放站有時延，直放站級聯(lián)數(shù)有限制；附近不能有較強(qiáng)的信號與施主基站同頻。直放站的工程安裝需要根據(jù)實地勘測結(jié)果進(jìn)行傳播預(yù)測和系統(tǒng)平衡的計算，來決定直放站的相關(guān)參數(shù)的取值。采用直放站方案，級聯(lián)數(shù)受限于處理延時。背景噪聲容易引起施主基站干擾。

三、分布式RRU覆蓋方案

中興通訊分布式基站都是基于SDR統(tǒng)一平臺，由基帶單元（BBU）和射頻單元（RRU）組成，兩者通過光纖進(jìn)行連接。

BBU+RRU分布式基站實現(xiàn)GSM-R組網(wǎng)覆蓋，是采用業(yè)界最新的“分布式”的設(shè)計理念。由于拉出的RRU是基帶信號，在拉遠(yuǎn)時無失真。RRU本身就是基站的射頻組成部分，本身可提供載頻容量。拉出的RRU與宏站充分融合，完善的設(shè)備管理和報警功能，降低維護(hù)成本和維護(hù)工作量。

BBU建議放置在車站或現(xiàn)有機(jī)房，RRU通過級聯(lián)方式在鐵路沿線自由靈活鋪設(shè)，可以采用抱桿安裝或者利用已有的沿線鐵塔安裝。RRU近天線安裝，可以節(jié)省饋線損耗。分布式RRU支持掛墻、抱桿、塔頂安裝等多種安裝方式。電源柜的安裝也較為靈活，支持室內(nèi)和室外，或上塔的安裝方式。

四、兩種方案的對比分析

GSM-R的覆蓋，主要還是由宏站來承擔(dān)。針對弱覆蓋問題，有宏站+直放站解決方案（下左圖）和宏站+分布式RRU解決方案（下右圖）。

從上面的比較可以看出，與光纖直放站覆蓋方案比較，分布式RRU覆蓋方案能夠給GSM-R帶來的優(yōu)勢有：更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、更簡易的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方式、更方便的維護(hù)管理和更靈活的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計。分布式RRU方案比直放站方案具有“低成本、高質(zhì)量、更可靠、易施工、便運(yùn)維”的優(yōu)點：

低成本：

站點數(shù)量：RRU支持機(jī)頂20W-40W發(fā)射功率，可減少站點設(shè)計數(shù)量，節(jié)省投資成本； RRU具有時延自動校正功能，最大拉遠(yuǎn)40KM；直放站有時延限制要求，最大拉遠(yuǎn)約3公里。

直放站近端機(jī)數(shù)量 ：無需使用直放站近端機(jī)；

網(wǎng)管數(shù)量：RRU由GSM-R無線網(wǎng)管統(tǒng)一管理，無需建設(shè)直放站網(wǎng)管系統(tǒng)；

容量：RRU可提供載頻容量。直放站無法提供容量，如有容量需求，還需新增設(shè)備。

高質(zhì)量、更可靠：

信號質(zhì)量：RRU直接輸出射頻信號，信噪比低，信號質(zhì)量更好；直放站從基站取信號，放大信號的同時也放大噪聲，影響了施主基站性能；RRU輸出功率更大，覆蓋更好；

網(wǎng)絡(luò)性能：RRU可使用專利的多譜勒頻偏校正、多RRU共邏輯小區(qū)技術(shù)、高速切換算法，矯正多普勒頻移，拉大單邏輯小區(qū)覆蓋范圍，減少切換次數(shù)，減少切換時間，提高網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。在350km/h的運(yùn)行速度下，列車內(nèi)用戶通話質(zhì)量受多普勒頻偏影響明顯，光纖直放站無能力解決該問題。

可靠組網(wǎng)：提供BBU/RRU環(huán)網(wǎng)保護(hù)， RRU安全可靠，適應(yīng)GSM-R各種冗余組網(wǎng)方案，主備覆蓋。

易施工、便運(yùn)維：

RRU功率大，減少站點數(shù)量，同時減少施工成本

RRU是BTS的射頻單元，由GSM-R無線網(wǎng)管統(tǒng)一管理，直放站需獨立網(wǎng)管。分布式基站與傳統(tǒng)宏站一樣可正常接入大網(wǎng)網(wǎng)管，并可對屬于同一邏輯小區(qū)而位于不同物理站址的RRU分別進(jìn)行監(jiān)控。而光纖直放站無法納入大網(wǎng)網(wǎng)管，維護(hù)非常不便且光纖直放站交調(diào)指標(biāo)差，抬升網(wǎng)絡(luò)底噪，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量。

后續(xù)演進(jìn)發(fā)展：光纖直放站屬于瀕臨淘汰的技術(shù)，而基于寬帶多載波功放的分布式基站是在向LTE-R演進(jìn)方面有著明確的解決方案。

五、應(yīng)用案例

某一段彎曲的鐵路，無線環(huán)境較為復(fù)雜，不僅山體阻擋嚴(yán)重，還有短隧道，且上下行分線。在采用直放站方案情況下，彎道部分需要2個近端機(jī)和7個直放站遠(yuǎn)端機(jī)（下左圖）。宏站+直放站覆蓋方案圖 宏站+分布式RRU覆蓋方案圖

采用中興通訊BBU+RRU分布式基站實現(xiàn)GSM-R覆蓋，因RRU功率更大覆蓋范圍更廣（RRU的覆蓋距離約是直放站覆蓋距離的2倍），同樣的路段只需4個RRU通過級聯(lián)方式在彎道沿線覆蓋，RRU可以采用抱桿安裝或利用已有的沿線鐵塔安裝。這樣彎道部分原來需要7個直放站的減少到4個RRU就能實現(xiàn)無縫覆蓋（上右圖）。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鐘章隊，《鐵路數(shù)字移動通訊系統(tǒng)（GSM-R）無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化》，北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社 ，2012年