■ 杜軍 賈榮

GSM-R分布式基站在大秦線多隧道區(qū)段的應(yīng)用

■ 杜軍 賈榮

1 概述

近年來，隨著我國鐵路的快速發(fā)展，GSM-R系統(tǒng)作為確保鐵路運(yùn)輸安全高效的技術(shù)手段之一，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的GSM-R在多隧道區(qū)段通常采用直放站連接漏纜的方式作為弱場補(bǔ)強(qiáng)，如大秦線HSY-ZL06小區(qū)采用4個(gè)直放站遠(yuǎn)端機(jī)連接漏纜實(shí)現(xiàn)對小區(qū)內(nèi)4段隧道的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。但是，直放站遠(yuǎn)端機(jī)在使用過程中通常會(huì)出現(xiàn)引入噪聲過大等問題，直接影響隧道區(qū)段的GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，因此，要有一種可替代直放站的多隧道區(qū)段GSM-R弱場補(bǔ)強(qiáng)方式。2013年大秦線采用DBS3900分布式基站替代原有的直放站，通過替代前后網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量對比，分析多隧道區(qū)段GSM-R分布式基站代替直放站的可行性，實(shí)現(xiàn)分布式基站在多隧道區(qū)段應(yīng)用的提供可靠的理論和實(shí)踐依據(jù)。

2 GSM-R分布式基站介紹

GSM-R分布式基站采用模塊化設(shè)計(jì)，分為2種基本功能模塊：基帶控制單元（BBU）和射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）。BBU與RRU之間通過接口光纖（CPRI）進(jìn)行通信，并突破傳統(tǒng)基站各單板模塊集中安裝的理念，使2種功能模塊的安裝方式更加靈活，且對環(huán)境要求低。

GSM-R分布式基站的一個(gè)最顯著特點(diǎn)是：在一個(gè)BBU管轄站點(diǎn)下的多個(gè)RRU位置組分屬不同的物理地址，但邏輯上屬于同一小區(qū)，用戶在此小區(qū)范圍內(nèi)移動(dòng)，不發(fā)生小區(qū)間切換，與傳統(tǒng)的GSM-R基站掛接直放站實(shí)現(xiàn)的功能相似。傳統(tǒng)的直放站在對GSM-R信號放大的同時(shí)，也將各種引入的噪聲信號放大，導(dǎo)致多隧道區(qū)段網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不良，而GSM-R分布式基站通過控制位置組RRU的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)GSM-R在多隧道區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，具有發(fā)射功率高，引入噪聲小降低干擾的特點(diǎn)。

3 GSM-R分布式基站替代直放站可行性分析

3.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的GSM-R基站加設(shè)直放站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。直放站近端機(jī)信號輸入端通過超柔跳線與基站相連接，直放站遠(yuǎn)端機(jī)采取星型連接方式通過光纖與近端機(jī)連接，每個(gè)直放站遠(yuǎn)端機(jī)通過跳線與漏纜連接，實(shí)現(xiàn)對隧道內(nèi)GSM-R信號的無縫覆蓋。

圖2 GSM-R分布式基站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

GSM-R分布式基站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖2。組網(wǎng)模式和直放站相似?？蓪⒃谢驹O(shè)備替換為BBU+RRU，直放站遠(yuǎn)端機(jī)處使用RRU替換，為了同原有網(wǎng)絡(luò)連接方式保持一致，簡化替換工程量，所有RRU可采取原星型連接方式通過光纖BBU連接，同樣每個(gè)RRU通過跳線與漏纜連接，實(shí)現(xiàn)對隧道內(nèi)GSM-R信號的無縫覆蓋。

從以上GSM-R基站加設(shè)直放站與GSM-R分布式基站的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較，GSM-R分布式基站可完全替換原有GSM-R基站和直放站，且可完全利用原連接方式，無需增加新設(shè)備，只將原設(shè)備替換即可。

3.2 設(shè)備性能

直放站及分布式基站設(shè)備性能對比見表1。

從表1可看出，GSM-R分布式基站除具有直放站可實(shí)現(xiàn)的冗余覆蓋、近端機(jī)備份以及支持多遠(yuǎn)端機(jī)的功能外，在設(shè)備靈敏度方面具有無噪聲疊加的優(yōu)點(diǎn)，即在放大GSM-R信號的同時(shí)，基本無放大噪聲疊加。而直放站每臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)就是一個(gè)放大器，多臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)并聯(lián)即多臺(tái)放大器并聯(lián)，由于噪聲疊加導(dǎo)致施主基站上行接收靈敏度下降，遠(yuǎn)端機(jī)并聯(lián)數(shù)目越多，施主基站靈敏度下降越嚴(yán)重。假設(shè)光纖直放站遠(yuǎn)端上行增益40 dB，噪聲系數(shù)5 dB，施主基站噪聲系數(shù)2.5 dB，施主基站至光纖直放站近端機(jī)間的大功率耦合器40 dB，單臺(tái)光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)底噪-116 dBm，并聯(lián)6臺(tái)光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)后，到達(dá)施主基站的底噪為-108.2 dBm，即施主基站靈敏度下降10.7 dB；另外，GSM-R分布式基站具有較直放站更強(qiáng)的覆蓋能力，故GSM-R分布式基站應(yīng)用于鐵路多隧道區(qū)段更具有優(yōu)勢。

3.3 可維護(hù)性

在大秦線GSM-R日常維護(hù)中，直放站與GSM-R基站在維護(hù)操作中涉及2套不同的網(wǎng)管，無法在同一網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和操作。在進(jìn)行某小區(qū)直放站操作時(shí)，必須跨越2個(gè)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，增加了操作復(fù)雜性，降低了工作效率，同時(shí)也增加了維護(hù)成本。另一方面，直放站設(shè)備監(jiān)控存在以下問題：直放站設(shè)備告警上報(bào)實(shí)時(shí)性較差；查詢狀態(tài)信息速度較慢；直放站網(wǎng)管監(jiān)控能力較弱，一般僅涉及上下行電平、上下行增益、下行駐波比、功放、電源告警等，基本都屬于直放站本身告警行為，基本沒有對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力。而GSM-R分布式基站和普通GSM-R基站一樣，不僅可以監(jiān)控基站自身產(chǎn)品告警，而且可以監(jiān)控完整的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控。

可見，從組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能及可維護(hù)性方面分析，GSM-R分布式基站替代直放站是可行的。

4 大秦線多隧道區(qū)段應(yīng)用GSM-R分布式基站網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量對比

2013年4月，太原鐵路局對大秦線存在突出網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問題的13處加設(shè)直放站的GSM-R基站進(jìn)行設(shè)備更新改造，將原有的BTS3512和一體小型化基站BTS3502C基站替換為GSM-R分布式基站DBS3900。本次替換涉及多隧道區(qū)段2處：HSY-ZL、YQ-XZ，包括基站共7處，直放站遠(yuǎn)端機(jī)22處。以HSY-ZL06A小區(qū)（含4處直放站遠(yuǎn)端機(jī)）為例從以下3個(gè)方面進(jìn)行GSM-R分布式基站應(yīng)用前后對比。

4.1 機(jī)車OCU通信中斷情況

通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（CSD業(yè)務(wù)），實(shí)現(xiàn)了車載通信單元（OCU）與地面應(yīng)用節(jié)點(diǎn)（AN）的不間斷通信，為大秦線機(jī)車同步操控系統(tǒng)（LOCOTROL系統(tǒng)）提供異步、透明的電路交換數(shù)據(jù)承載。因此，GSM-R網(wǎng)絡(luò)使用OCU與AN間通信中斷次數(shù)衡量GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的優(yōu)劣。 HSY-ZL06A小區(qū)應(yīng)用前后OCU通信中斷情況見表2。

由表2對比情況看，DBS3900分布式基站應(yīng)用可大大減少OCU通信中斷。

4.2 話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要手段之一，通過話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可評估網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量優(yōu)劣。HSY-ZL06A小區(qū)應(yīng)用前后話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)對比見表3。

從表3看出，應(yīng)用DBS3900分布式基站后基本話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)均有所提高。

表1 直放站及分布式基站設(shè)備性能對比

表2 OCU通信中斷情況對比

表3 HSY-ZL06A小區(qū)話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

4.3 Abis接口監(jiān)測測量報(bào)告

Abis接口監(jiān)測測量報(bào)告是觀測網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要手段，Abis接口監(jiān)測測量報(bào)告可直觀地顯示小區(qū)上下行電平值及上下行電平質(zhì)量，GSM-R分布式基站在HSY-ZL06A小區(qū)應(yīng)用前后Abis接口監(jiān)測測量報(bào)告對比見圖3、圖4。

對比圖3、圖4，應(yīng)用GSM-R分布式基站后，HSYZL06A小區(qū)上行電平質(zhì)量明顯改善。

通過以上3方面對比分析，HSY-ZL06A小區(qū)應(yīng)用GSM-R分布式基站后，GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量明顯改善。通過對其余應(yīng)用GSM-R分布式基站的多隧道區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量對比，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量也有不同程度的改善，此處不再贅述。

5 結(jié)論及展望

圖3 應(yīng)用GSM-R分布式基站前Abis接口監(jiān)測報(bào)告

圖4 應(yīng)用GSM-R分布式基站后Abis接口監(jiān)測報(bào)告

從GSM-R分布式基站的特性入手，通過組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能以及可維護(hù)性3方面與直放站進(jìn)行對比，以及GSM-R分布式基站替代直放站可行性分析；并以HSYZL06A小區(qū)為例，分別在機(jī)車OCU通信中斷情況、話統(tǒng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、Abis接口監(jiān)測測量報(bào)告3方面對網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況進(jìn)行對比。對比結(jié)果顯示，大秦線HSY-ZL06A小區(qū)應(yīng)用GSM-R分布式基站后，GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量明顯改善。驗(yàn)證了在多隧道區(qū)段GSM-R分布式基站替代直放站的可行性，為GSM-R分布式基站在多隧道區(qū)段應(yīng)用提供了可靠的理論和實(shí)踐依據(jù)。

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杜軍：太原鐵路局太原通信段技術(shù)支持中心，助理工程師，山西 太原，030013

賈榮：太原鐵路局太原通信段技術(shù)支持中心，工程師，山西 太原，030013

責(zé)任編輯 陳曉云