■ 楊銳

分布式基站（DBS）是將基站分成近端設備即無線基帶控制（BBU）和遠端設備即射頻拉遠（RRU）兩部分，二者之間通過光纖連接，其接口是基于通用公共射頻接口（CPRI）或開放式基站架構(gòu)（OBASI）接口，可以穩(wěn)定地與主流廠商的設備進行互聯(lián)。BBU可以安裝在合適的機房位置，RRU安裝在天線端，這樣，將以前的基站模塊的射頻部分分離出來，通過將BBU與RRU分離，可以將煩瑣的維護工作簡化到BBU端，一個BBU可以連接多個RRU，既節(jié)省空間，又降低設置成本，提高組網(wǎng)效率。同時二者之間采用光纖連接，損耗較低。

1 分布式基站工作原理及技術(shù)特點

1.1 射頻拉遠的工作原理

發(fā)送端下行信號經(jīng)過基帶變頻、濾波，再經(jīng)射頻濾波，最后經(jīng)過線性功率放大器后通過發(fā)送濾波器傳至天饋。接收端將收到的上行信號進行濾波、低噪聲放大、射頻小信號放大濾波和變頻，然后完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字中頻處理。RRU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

RRU與DBS基帶部分連接的接口有2種：CPR I及OBASI。RRU與基站控制器（BSC）連接見圖2。

1.2 分布式基站技術(shù)特點

分布式基站采用分布式架構(gòu)、多載波技術(shù)和高效功放技術(shù)，把傳統(tǒng)的宏基站設備按照功能劃分為2個功能模塊：基站的基帶、主控、傳輸、時鐘等功能集成在BBU；收發(fā)信機、功放等中射頻集成在遠端射頻模塊上，射頻單元安裝在天線端。射頻單元與基帶單元之間通過光纖連接。RRU有2種類型：傳統(tǒng)雙密度RRU和多載波RRU。

雙密度載頻采用單載波功率放大器（SCPA）技術(shù)即窄帶PA，一塊載頻板只輸出2個頻點的射頻信號。在SCPA情況下，采用合路器帶來信號衰減，使多載波下功放整體效率降低（見圖3）。

多載波采用多載波功率放大器（MCPA）技術(shù)即引入基于寬帶PA，一個載頻板支持1～6個頻點的動態(tài)配置。M CPA情況下，利用同一PA模塊對多個載波進行放大（見圖4）。

1.3 分布式基站組網(wǎng)

分布式基站RRU與BBU之間支持星形、鏈形和環(huán)形組網(wǎng)方式（見圖5）。

1.4 分布式基站的優(yōu)缺點

分布式基站優(yōu)點：（1）分布式基站中BBU集中放置，RRU置于室外，RRU環(huán)境適應性強。全室外型設計，電壓動態(tài)范圍寬，RRU不需單獨設置機房、空調(diào)，可安裝于室外空地、屋頂、預制水泥桿；（2）BBU容量較大，實現(xiàn)了容量與覆蓋之間的轉(zhuǎn)化；（3）多個RRU可共享BBU基帶資源，可節(jié)省基帶投資；（4）分布式基站覆蓋技術(shù)支持平滑擴容，可通過“擴容不加站”實現(xiàn)對網(wǎng)絡的平滑調(diào)整；（5）RRU與BBU之間采用光纖連接，可以減少饋纜損耗。

分布式基站存在的問題：（1）分布式基站射頻單元出現(xiàn)故障時、更換不如傳統(tǒng)基站方便，一般只能直接更換整個RRU設備；（2）RRU設備多為小型化、集成度高的室外型設備，散熱不足是RRU的主要問題；（3）RRU和BBU間的光纖無法使用已有的傳輸網(wǎng)絡，只能使用光纖進行傳輸，基站設備無法實現(xiàn)傳輸設備對光纖的監(jiān)控功能。

2 分布式基站在GSM-R系統(tǒng)中的應用

2.1 鐵路應用場景研究

我國鐵路GSM-R系統(tǒng)最主要的瓶頸在于頻率資源不足，目前可供GSM-R系統(tǒng)使用的只有EGSM的4 M b/s帶寬，導致很多鐵路樞紐地區(qū)、并線區(qū)段的頻率規(guī)劃困難；采用分布基站技術(shù)后可以增大小區(qū)的覆蓋范圍，可使頻率復用的距離增大，頻率資源利用率提高（見圖6）。

目前鐵路GSM-R系統(tǒng)承載的最重要業(yè)務是CTCS-3級列車控制業(yè)務，由于GSM系統(tǒng)的切換會導致電器交換數(shù)據(jù)（CSD）傳輸短暫中斷，每一次切換都會帶來傳輸干擾，若采用分布式基站，使多個RRU共小區(qū)，減少切換次數(shù)，適應高速列車通信要求，減少傳輸干擾對CTCS-3級列控業(yè)務的影響。分布式基站RRU共小區(qū)見圖7。

圖4 多載波單元

圖5 RRU組網(wǎng)圖

圖6 分布式基站增加頻率復用距離

圖7 分布式基站RRU共小區(qū)

2.2 鐵路線交叉并線區(qū)段的無線覆蓋

在鐵路并線及交叉區(qū)段，若采用宏建站覆蓋時要控制好基站的切換點及覆蓋范圍，并對基站選址、網(wǎng)絡優(yōu)化要求較高。如果采用分布式基站RRU共小區(qū)的覆蓋方式，基站選址和網(wǎng)絡優(yōu)化難度都會大大降低。分布式基站鐵路線并線、交叉區(qū)段覆蓋見圖8。

2.3 隧道內(nèi)的無線覆蓋

傳統(tǒng)的隧道內(nèi)覆蓋方式均采用光纖直放站+泄漏電纜的方式，在隧道內(nèi)同樣可以采用RRU+泄漏電纜的方式，隧道內(nèi)可以采用主備用BBU，RRU共小區(qū)的方式，可以把切換點控制在隧道之外，同時使用備用BBU提供冗余，提高系統(tǒng)可靠性。RRU隧道內(nèi)覆蓋見圖9。

RRU與數(shù)字光纖直放站可利用現(xiàn)有成熟的以太網(wǎng)數(shù)字光纖傳輸技術(shù)傳輸基帶信號，并共同遵守標準的CPRI和OBSAI接口。使用中可實現(xiàn)RRU和數(shù)字光纖直放站的遠端機互相替換。

覆蓋距離上，兩者均可作為基站拉遠系統(tǒng)供用，數(shù)字光纖直放站用作載波池拉遠，RRU可用作基帶池拉遠。載波池拉遠距離取決于小區(qū)覆蓋半徑和光在光纖上的傳輸速度，數(shù)字信號在光纖中傳播，其動態(tài)范圍也較模擬信號大，可以實現(xiàn)遠端機更大的信號覆蓋；同時，數(shù)字信號不隨光信號的衰減而衰減，因此其傳輸（拉遠）距離也進一步增加。經(jīng)計算，最遠可達40 km。

維護管理上，RRU是基站設備的一部分，與基站設備同在一套網(wǎng)管中，而直放站設備需要單獨設置網(wǎng)管設備，而且目前直放站設備的網(wǎng)管功能都比較差。

組網(wǎng)方式上，RRU作為拉遠單元可單獨使用，而數(shù)字光纖直放站由近端機和遠端機組成，實際應用時，近端機是一個，遠端機可以是一個或多個，組網(wǎng)上可并聯(lián)也可串聯(lián)，組網(wǎng)方式可以多樣化，如鏈形、環(huán)形、樹形等。

圖8 分布式基站鐵路線并線、交叉區(qū)段覆蓋示意圖

圖9 RRU隧道內(nèi)覆蓋示意圖

傳輸時延上，因為存在2次變頻過程，致使數(shù)字光纖直放站的傳輸時延比較大。而RRU直接傳送基帶信號，時延不明顯。

底噪抬升上，數(shù)字光纖直放站僅采用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC），此過程只可能引入更多的量化噪聲，從而抬升上行噪聲。而RRU傳輸?shù)臑榧兓鶐盘枺刹挥每紤]底噪問題。

2.4 分布式基站應用前景

目前國際鐵路聯(lián)盟（UIC）、歐洲鐵路通信標準機構(gòu)（EIRENE）等對分布式基站的應用沒有進行明確的定義說明，歐洲鐵路也沒有分布式基站的應用先例。在我國鐵路的聯(lián)絡線、站場等地段分布式基站有部分應用，但在鐵路正線、鐵路隧道、鐵路樞紐地區(qū)及高速鐵路區(qū)段的應用，仍需要通過試驗段進行分布式基站的各項功能指標進行測試。目前鐵路科研單位已經(jīng)建成分布式基站的試驗環(huán)境，通過進一步的測試驗證，制定適合我國鐵路的分布式基站的規(guī)范、標準后，方可進行分布式基站的大規(guī)模應用。

3 結(jié)束語

通過對分布式基站技術(shù)的介紹和鐵路典型應用場景的說明，對分布式基站在GSM-R系統(tǒng)中應用的技術(shù)方案進行研究分析；分布式基站具有先進的技術(shù)和在公網(wǎng)的成功運用案例，并且對解決我國鐵路GSM-R無線頻率不足、鐵路樞紐地區(qū)及交叉并線區(qū)段的無線覆蓋相對于宏基站有著明顯優(yōu)勢；希望可以在日后的工程實踐中積累更多的經(jīng)驗，通過實際的工程測試數(shù)據(jù)說明分布式基站適合我國鐵路GSM-R系統(tǒng)各種運用場景。

[1] 鐘章隊，李旭，蔣文怡，等. 鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2007