【摘 要】各線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)間干擾大的問題，本文將就采用數(shù)字光纖直放站與基站射頻拉遠系統(tǒng)解決樞紐內(nèi)GSM-R覆蓋方案進行探討。

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

一、引言

目前GSM-R移動通信系統(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、南寧等樞紐均考慮采用GSM-R系統(tǒng)覆蓋。由于樞紐內(nèi)線路密集，站間距短，往往出現(xiàn)多個基站信號重疊覆蓋，造成頻率資源緊張，易同頻干擾的問題。為合理利用頻率資源，減少系統(tǒng)內(nèi)和來自公網(wǎng)的干擾，本文試就利用基站射頻拉遠系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)克服上述問題提出本人的粗淺設(shè)想供大家探討。

二、基站射頻拉遠系統(tǒng)簡介

基站射頻拉遠系統(tǒng)將基站BTS分為帶處理單元（BBU）和遠端射頻處理單元（RRU）兩部分，二者通過光纖相連。在網(wǎng)絡(luò)部署時，將BBU設(shè)置在通信機房內(nèi)，通過光纖與規(guī)劃站點上部署的RRU進行連接，完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

主要優(yōu)點：

（一）上行引入噪聲小，單個RRU覆蓋范圍大

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

（二）有效克服時延色散

GSM-R系統(tǒng)基站接收到的兩個同頻信號強度差小于9dB時，如時延相差大于15μs則會引起掉話。基站射頻拉遠系統(tǒng)BBU可自動計算與RRU之間的時延，并把參數(shù)下發(fā)給RRU進行調(diào)整，補償光纖時延，實現(xiàn)各個RRU與BBU間時延差小于15μs。

（三）RRU載頻單元配置靈活

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

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

三、數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)簡介

數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)是一種直接耦合基站信號，采用數(shù)字傳輸方式，將信號傳輸至遠端進行覆蓋的無線網(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：

（一）比傳統(tǒng)光纖直放站噪聲抑制能力強，支持遠端機數(shù)量大

傳統(tǒng)模擬光纖直放站由于遠端機引入噪聲的疊加，通常采用總線方式組網(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)斷和對各個DRU上行噪聲分別抑制的技術(shù)，1個DAU可支持最多12個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€扇區(qū)采用一種混合拓撲結(jié)構(gòu)，其中扇區(qū)1為星型拓撲結(jié)構(gòu)，扇區(qū)2為菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)，扇區(qū)3為星型和菊花鏈混合拓撲結(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)配置簡單，實現(xiàn)容易。

見圖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）時延可調(diào)

傳統(tǒng)光纖直放站受此時延色散問題影響，同一小區(qū)直放站間采用天線覆蓋時受光纜時延影響，直放站間距不大于2km。數(shù)字拉遠系統(tǒng)可通過增大單個DRU到DAU時延，使距基站較近的DRU與距基站較遠的DRU時延一致，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系統(tǒng)都具有在增大小區(qū)覆蓋范圍的同時，減小噪聲引入和克服時延色散的優(yōu)點?？捎行Э朔屑~內(nèi)多條線引入造成的頻率資源緊張，小區(qū)切換混亂的狀況，目前國內(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，一下分別就兩種系統(tǒng)在平原和山區(qū)應(yīng)用的優(yōu)劣進行分析。

（一）平原樞紐覆蓋方案

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

見圖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A方向駛來列車從小區(qū)3往B方向走時，根據(jù)場強判定，有可能切換至小區(qū)4而不是小區(qū)5。繼續(xù)前進則切換回小區(qū)5，從而形成“乒乓切換”，極端條件下有可能掉話。而采用基站射頻拉遠系統(tǒng)如圖4基站射頻拉遠系統(tǒng)覆蓋方案

圖4基站射頻拉遠系統(tǒng)覆蓋方案

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

當分叉節(jié)點為樞紐編組站或大型客站，站內(nèi)RRU可設(shè)置成6載頻滿足站內(nèi)大容量語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，周圍覆蓋區(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)置的遠端設(shè)備較基站射頻拉遠系統(tǒng)多，且光纖直放站系統(tǒng)還需單獨設(shè)置網(wǎng)管，效果稍差于基站射頻拉遠系統(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中車站采用3載頻基站，機務(wù)段采用2載頻基站。為減少覆蓋越區(qū)，車站及機務(wù)段基站所屬直放站在隧道內(nèi)通過漏纜覆蓋實現(xiàn)切換。

當采用數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)后，車站設(shè)置4載頻基站及DAU。車站、機務(wù)段及區(qū)間設(shè)置8個DRU覆蓋。既保證了系統(tǒng)覆蓋和載頻的合理利用，又能通過增大車站1～車站8（DRU）至車站DAU時延，使機車在各條線路上運行時到DAU的時延差小于15μs。詳見圖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

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

通過上述比較我們可以發(fā)現(xiàn)：基站射頻拉遠系統(tǒng)較數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)上行引入噪聲更小，單個遠端設(shè)備功率更大，覆蓋效果好，同時設(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，特別適合在已建設(shè)有GSM-R系統(tǒng)的樞紐內(nèi)對新建線路進行覆蓋，同時由于其支持遠端設(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、需要進一步研究的問題

（一）目前基站射頻拉遠系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)在公眾移動通信項目上應(yīng)用較多，但尚未在鐵路上應(yīng)用，還需通過嚴苛的試驗、測試驗證其在鐵路項目中的可實施性。

（二）以上討論均為250km/h及以下不采用交織冗余覆蓋的線路。在時速300km/h以上客運專線等需采用交織冗余覆蓋的線路上，基站射頻拉遠系統(tǒng)和數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的設(shè)備和通道冗余問題還需深入研究。

（三）數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)克服時延色散問題是通過增大DAU與DRU時延，從而減少DRU之間時延差來實現(xiàn)的。由此造成的來了系統(tǒng)與基站時延增大的問題，難以滿足基站天饋發(fā)射信號與DRU信號時延差小于15μs。目前采用基站只作為信號源，不接天線的方案。

（四）基站射頻拉遠系統(tǒng)RRU作為信源仍可接光纖直放站，豐富樞紐應(yīng)用方式，未來基站射頻拉遠系統(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踐。

六、結(jié)語

通過上述分 析可知，基站射頻拉遠系統(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題，為GSM-R系統(tǒng)無線覆蓋提供新思路。