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        利用分布式RRU有效解決GSM-R弱覆蓋

        2016-10-18 07:56:00時(shí)鵬高鵬程
        中國新通信 2016年16期
        關(guān)鍵詞:直放站

        時(shí)鵬 高鵬程

        【摘要】 鐵路沿線無線環(huán)境復(fù)雜,針對(duì)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(duì)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?。同其它無線通信系統(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(jì),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(huì)導(dǎo)致宏基站信號(hào)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(gè)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(huì)選擇就近的宏站作為信源,將射頻信號(hào)拉出,通過近端機(jī)后,射頻信號(hào)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(hào)放大設(shè)備,信號(hào)有失真。射頻拉遠(yuǎn)距離不同,時(shí)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(shí)延,直放站級(jí)聯(lián)數(shù)有限制;附近不能有較強(qiáng)的信號(hào)與施主基站同頻。直放站的工程安裝需要根據(jù)實(shí)地勘測結(jié)果進(jìn)行傳播預(yù)測和系統(tǒng)平衡的計(jì)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(jí)聯(lián)數(shù)受限于處理延時(shí)。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(tái),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(shí)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(jì)理念。由于拉出的RRU是基帶信號(hào),在拉遠(yuǎn)時(shí)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(bào)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(jí)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(duì)比分析

        GSM-R的覆蓋,主要還是由宏站來承擔(dān)。針對(duì)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(jì)。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(diǎn):

        低成本:

        站點(diǎn)數(shù)量:RRU支持機(jī)頂20W-40W發(fā)射功率,可減少站點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)量,節(jié)省投資成本; RRU具有時(shí)延自動(dòng)校正功能,最大拉遠(yuǎn)40KM;直放站有時(shí)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(hào)質(zhì)量:RRU直接輸出射頻信號(hào),信噪比低,信號(hào)質(zhì)量更好;直放站從基站取信號(hào),放大信號(hào)的同時(shí)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(shí)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(diǎn)數(shù)量,同時(shí)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(dú)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(duì)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(gè)近端機(jī)和7個(gè)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(shí)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(gè)RRU通過級(jí)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(gè)直放站的減少到4個(gè)RRU就能實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋(上右圖)。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1] 鐘章隊(duì),《鐵路數(shù)字移動(dòng)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

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