淺談分布式基站在當前鐵路GSM-R網絡建設中的應用

黃屹

【摘要】 在當前的鐵路運營過程當中，通信是非常重要的一個環節，為了確保鐵路運行的安全、通暢，我們必須要確保鐵路具有良好的通信條件。當前，傳統GSM-R網絡直放站技術的缺陷，降低了通信服務質量，分布式基站的應用，進一步提高了鐵路通信的效率和質量。本文基于作者自身的實際工作和學習經驗，主要對分布式基站在當前鐵路 GSM-R網絡建設中的應用進行了探討。

【關鍵詞】 鐵路 GSM-R 分布式基站 應用

隨著中國鐵路特別是高速鐵路的快速發展，對GSM-R專用通信網絡的覆蓋、容量、切換和建站安裝等多方面提出了更高的要求。目前采用的宏基站+直放站方式可以較好地應用于區間站和開闊地帶，完成鐵路通信任務。但是，在并線/交叉、樞紐站、編組場、隧道/橋梁和山谷多彎的地帶，面對復雜的頻率規劃需求和嚴格的建站安裝要求，宏基站無法很好解決上述問題，特別是頻繁的越區切換會嚴重降低通信服務質量，所以，減少切換次數，避免乒乓切換，是提高GSM-R越區切換性能的關鍵。

一、直放站的缺點

目前的GSM-R網絡，大量使用宏基站+直放站+漏泄電纜方式來解決弱場覆蓋問題。直放站是一種同頻放大設備，可增強無線通信信號，但由于技術上的限制，用今天的需求眼光來看，其缺點較為突出：

（1）在直放站的運行過程當中，其需要對信號進行2次轉換，這樣過多的轉換處理，會造成一定程度的信號失真，并產生較為明顯的噪聲，對施主基站造成影響，降低接收機的靈敏度，同時還會導致覆蓋范圍的縮小，傳輸延時會因為 2次變頻而增加。

（2）直放站屬于是一種雙向的放大器，它在運行過程當中，僅能對不同頻率進行區分，但是卻不能對不同碼字進行區分。在這樣的情況下，如果施主天線附近有其他頻率相同的信號，就無法將其區分開來，會對通信造成很大的影響，嚴重降低通信質量。

（3）直放站不能與基站設備共同進行網管維護，一般采用輪巡方式，效率低、時效性差，不具備完善的網絡監控能力，人工成本相當高 [1]。

二、分布式基站的優點

分布式基站與傳統的直放站不同，它將宏基站的射頻放大單元和控制單元分離了開來，使它們二者的功能由兩個獨立的設備運行實現，即基帶處理單元BBU，和射頻拉遠單元RRU， 在基帶處理單元和射頻拉遠單元之間，由光纖連接進行連接，與直放站相比，其主要優點在于以下幾點。

（1）穩定性高。南寧局現使用BBR4臺，RRU8臺，從2013年開通應用至今還未出現任何故障。分布式基站多個RRU屬于一個小區，不同站點的RRU無需切換，易于頻率規劃，在網優時無切換失敗的隱患且載干比較好[2]。每個RRU可以連接2個BBU，單點故障自動倒換不中斷業務。

（2）發射功率高。從機頂功率來看，分布式基站每載頻可達30W，在多站點共小區的情況下，位置組相互之間的距離一般為2km到3km之間，并且最多能夠采用6個位置組，這可以將覆蓋范圍擴大到15km左右的范圍，提升了鐵路頻率資源的利用率，節省了不少基站建設費用。

（3）維護管理方便、功能強大。分布式基站在監控上完全實現了實時化、信息化，所有設備的運行狀態都能及時的反映出來，如果發生故障，可以第一時間確定故障位置，甚至分析故障原因，提高故障解決的效率，降低人工維護成本。

（4）能夠匹配既有業務。車調度通信業務模式不變，單網設計但保障可靠性；降造優化設計：開闊區15.3KM的最大間距能力（動車所信號樓應用的就是南寧東站的一個拉遠模塊）、站點最少；區間Mini戶外機房（南寧東站有一個），降土建（占地不到1/15） ；FAS拉遠減少分站（50%），核心網等利舊減少不少費用；長區間綜合接入與G網互補：通過區間綜合通信實現區間數據、視頻、應急、語音業務接入[3]。滿足既有G網標準性能指標，全網絡具備業務擴展能力；配套工程成本最優，站點最少（省40%），單站點配套投資最低，充分利舊。

（5）能耗低。最后與傳統的直放站相比，分布式基站由于使用的是數字化功放技術和大規模的集成設計，所以在信號覆蓋能力相同的情況下，其功耗更低，符合當前社會節能、環保的理念。

三、分布式基站典型組網方案

從組網的原理上來看，分布式基站主要以RRU配置相同頻點，然后通過BBU對若干的RRU進行控制，最終實現同步收發。從實際的情況來看，在鐵路網絡的建設過程當中，隧道之外，每3km設置一臺RRU，理論上每一臺BBU可以保證 54km 間距范圍共小區。隧道內每1km設置一臺RRU，理論上每一臺BBU可以保證 18km 間距范圍共小區。但是在建設過程當中，由于所面對的實際情況不同，所以其具體的設置情況可以進行合理調整 [4]。

當前我們國家鐵路 GSM-R網絡覆蓋方案并不統一，所以組網方式也不盡相同。GSM-R 同站址雙層網絡覆蓋方案，組網的方式可以為基站雙網 + 共小區以及A、B網；GSM-R單層網絡覆蓋方案，組網的方式可以為BBU 備份+RRU 共小區以及與傳統基站環形組網。

四、鐵路分布式基站典型應用場景

（1）鐵路并線/交叉線區段覆蓋 。如圖1所示，對于鐵路并線/交叉線區段，應用傳統基站進行無線GSM-R場強覆蓋時，對于交叉節點來說，至少會存在6個基站的信號，在我國鐵路GSM-R 4M帶寬的現有網絡頻點資源下，無法規劃 O2 站型；交叉節點處，小區切換無法控制，若兩條鐵路均為交織冗余覆蓋，則頻率規劃根本無法進行。對于此種情況，采用分布式基站，在并線區段最多存在3個基站的信號，現有頻點資源下，交叉并線區段可規劃處 O6站型，并能保證小區切換的唯一性，小區切換容易控制，具體如圖2所示。

（2）樞紐地區。在整個鐵路網絡當中，常常會出現大型樞紐，在這些大型樞紐內，需要引入多條線路，傳統的基站很難實現這一點，分布式基站的應用，則能夠有效的解決這個難題。通過采用共小區技術，可以實現對頻率的合理規劃，確保通信的容量和質量，其具體情況如圖3所示。

（3）隧道覆蓋。鐵路隧道是極為常見的，而且在隧道內信號受到的影響往往較大。為了確保隧道通信，隧道覆蓋需進行BBU主備備份，一個RRU可通過獨立傳輸通道同時連接2個BBU，確保覆蓋不受單點故障或是傳輸故障的影響，可以對6個RRU共小區進行最大化支持，RRU的發射功率達30W，保證隧道內交織冗余組網條件下7.5公里無切換[5]。

五、結束語

分布式基站在當前鐵路 GSM-R網絡建設中的應用可以顯著提高鐵路通信的質量，解決以往直放站的種種缺點和不足，因此我們應當加強理論研究和實踐，找到分布式基站適用于GSM-R網絡的各種應用場景，進一步提高鐵路通信的效率和質量。

參 考 文 獻

[1]王哲，鐘章隊，丁建文.光纖拉遠基站技術鐵路系統中的適用性研究[J].鐵道通信信號，2015，08：47-50.

[2]馬穎，王鑫，李英娟等.TD-LTE網絡分布式皮基站覆蓋能力及成本分析[J].電信科學，2016，S1：46-51.

[3]王帥，李玉嬋，羅建迪.三層架構分布式基站在室分系統中的應用研究[J].移動通信，2015，09：73-76.

[4]李進，董育寧.分布式小基站資源分配優化方法[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2015，02：64-73.

[5]陳方園. BBU+RRU分布式基站解決方案在GSM-R工程設計中的應用[J]. 鐵道建筑技術， 2010（S2）：162-164.