GSM-R分布式基站在大秦線多隧道區段的應用

■ 杜軍 賈榮

GSM-R分布式基站在大秦線多隧道區段的應用

■ 杜軍 賈榮

1 概述

近年來，隨著我國鐵路的快速發展，GSM-R系統作為確保鐵路運輸安全高效的技術手段之一，已經得到廣泛應用。傳統的GSM-R在多隧道區段通常采用直放站連接漏纜的方式作為弱場補強，如大秦線HSY-ZL06小區采用4個直放站遠端機連接漏纜實現對小區內4段隧道的網絡覆蓋。但是，直放站遠端機在使用過程中通常會出現引入噪聲過大等問題，直接影響隧道區段的GSM-R網絡質量，因此，要有一種可替代直放站的多隧道區段GSM-R弱場補強方式。2013年大秦線采用DBS3900分布式基站替代原有的直放站，通過替代前后網絡質量對比，分析多隧道區段GSM-R分布式基站代替直放站的可行性，實現分布式基站在多隧道區段應用的提供可靠的理論和實踐依據。

2 GSM-R分布式基站介紹

GSM-R分布式基站采用模塊化設計，分為2種基本功能模塊：基帶控制單元（BBU）和射頻拉遠單元（RRU）。BBU與RRU之間通過接口光纖（CPRI）進行通信，并突破傳統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，且對環境要求低。

GSM-R分布式基站的一個最顯著特點是：在一個BBU管轄站點下的多個RRU位置組分屬不同的物理地址，但邏輯上屬于同一小區，用戶在此小區范圍內移動，不發生小區間切換，與傳統的GSM-R基站掛接直放站實現的功能相似。傳統的直放站在對GSM-R信號放大的同時，也將各種引入的噪聲信號放大，導致多隧道區段網絡質量不良，而GSM-R分布式基站通過控制位置組RRU的發射功率實現GSM-R在多隧道區段的網絡覆蓋，具有發射功率高，引入噪聲小降低干擾的特點。

3 GSM-R分布式基站替代直放站可行性分析

3.1 組網結構

傳統的GSM-R基站加設直放站組網結構見圖1。直放站近端機信號輸入端通過超柔跳線與基站相連接，直放站遠端機采取星型連接方式通過光纖與近端機連接，每個直放站遠端機通過跳線與漏纜連接，實現對隧道內GSM-R信號的無縫覆蓋。

圖2 GSM-R分布式基站組網結構示意

GSM-R分布式基站組網結構見圖2。組網模式和直放站相似。可將原有基站設備替換為BBU+RRU，直放站遠端機處使用RRU替換，為了同原有網絡連接方式保持一致，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RRU通過跳線與漏纜連接，實現對隧道內GSM-R信號的無縫覆蓋。

從以上GSM-R基站加設直放站與GSM-R分布式基站的組網結構比較，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，無需增加新設備，只將原設備替換即可。

3.2 設備性能

直放站及分布式基站設備性能對比見表1。

從表1可看出，GSM-R分布式基站除具有直放站可實現的冗余覆蓋、近端機備份以及支持多遠端機的功能外，在設備靈敏度方面具有無噪聲疊加的優點，即在放大GSM-R信號的同時，基本無放大噪聲疊加。而直放站每臺遠端機就是一個放大器，多臺遠端機并聯即多臺放大器并聯，由于噪聲疊加導致施主基站上行接收靈敏度下降，遠端機并聯數目越多，施主基站靈敏度下降越嚴重。假設光纖直放站遠端上行增益40 dB，噪聲系數5 dB，施主基站噪聲系數2.5 dB，施主基站至光纖直放站近端機間的大功率耦合器40 dB，單臺光纖直放站遠端機底噪-116 dBm，并聯6臺光纖直放站遠端機后，到達施主基站的底噪為-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的覆蓋能力，故GSM-R分布式基站應用于鐵路多隧道區段更具有優勢。

3.3 可維護性

在大秦線GSM-R日常維護中，直放站與GSM-R基站在維護操作中涉及2套不同的網管，無法在同一網管實現監控和操作。在進行某小區直放站操作時，必須跨越2個管理系統進行設置，增加了操作復雜性，降低了工作效率，同時也增加了維護成本。另一方面，直放站設備監控存在以下問題：直放站設備告警上報實時性較差；查詢狀態信息速度較慢；直放站網管監控能力較弱，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，基本沒有對網絡監控能力。而GSM-R分布式基站和普通GSM-R基站一樣，不僅可以監控基站自身產品告警，而且可以監控完整的網絡性能監控。

可見，從組網結構、設備性能及可維護性方面分析，GSM-R分布式基站替代直放站是可行的。

4 大秦線多隧道區段應用GSM-R分布式基站網絡質量對比

2013年4月，太原鐵路局對大秦線存在突出網絡質量問題的13處加設直放站的GSM-R基站進行設備更新改造，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段2處：HSY-ZL、YQ-XZ，包括基站共7處，直放站遠端機22處。以HSY-ZL06A小區（含4處直放站遠端機）為例從以下3個方面進行GSM-R分布式基站應用前后對比。

4.1 機車OCU通信中斷情況

通過GSM-R網絡提供的電路域數據業務（CSD業務），實現了車載通信單元（OCU）與地面應用節點（AN）的不間斷通信，為大秦線機車同步操控系統（LOCOTROL系統）提供異步、透明的電路交換數據承載。因此，GSM-R網絡使用OCU與AN間通信中斷次數衡量GSM-R網絡質量的優劣。 HSY-ZL06A小區應用前后OCU通信中斷情況見表2。

由表2對比情況看，DBS3900分布式基站應用可大大減少OCU通信中斷。

4.2 話務統計指標

話務統計指標是衡量網絡性能的重要手段之一，通過話務統計指標可評估網絡質量優劣。HSY-ZL06A小區應用前后話務統計指標對比見表3。

從表3看出，應用DBS3900分布式基站后基本話務統計指標均有所提高。

表1 直放站及分布式基站設備性能對比

表2 OCU通信中斷情況對比

表3 HSY-ZL06A小區話務統計指標

4.3 Abis接口監測測量報告

Abis接口監測測量報告是觀測網絡質量的重要手段，Abis接口監測測量報告可直觀地顯示小區上下行電平值及上下行電平質量，GSM-R分布式基站在HSY-ZL06A小區應用前后Abis接口監測測量報告對比見圖3、圖4。

對比圖3、圖4，應用GSM-R分布式基站后，HSYZL06A小區上行電平質量明顯改善。

通過以上3方面對比分析，HSY-ZL06A小區應用GSM-R分布式基站后，GSM-R網絡質量明顯改善。通過對其余應用GSM-R分布式基站的多隧道區段的網絡質量對比，網絡質量也有不同程度的改善，此處不再贅述。

5 結論及展望

圖3 應用GSM-R分布式基站前Abis接口監測報告

圖4 應用GSM-R分布式基站后Abis接口監測報告

從GSM-R分布式基站的特性入手，通過組網結構、設備性能以及可維護性3方面與直放站進行對比，以及GSM-R分布式基站替代直放站可行性分析；并以HSYZL06A小區為例，分別在機車OCU通信中斷情況、話統指標統計、Abis接口監測測量報告3方面對網絡覆蓋情況進行對比。對比結果顯示，大秦線HSY-ZL06A小區應用GSM-R分布式基站后，GSM-R網絡質量明顯改善。驗證了在多隧道區段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段應用提供了可靠的理論和實踐依據。

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

賈榮：太原鐵路局太原通信段技術支持中心，工程師，山西 太原，030013

責任編輯 陳曉云