浅谈分布式基站在当前铁路GSM-R网络建设中的应用

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【摘要】 在当前的铁路运营过程当中，通信是非常重要的一个环节，为了确保铁路运行的安全、通畅，我们必须要确保铁路具有良好的通信条件。当前，传统GSM-R网络直放站技术的缺陷，降低了通信服务质量，分布式基站的应用，进一步提高了铁路通信的效率和质量。本文基于作者自身的实际工作和学习经验，主要对分布式基站在当前铁路 gsm-r网络建设中的应用进行了探讨。

【关键词】 铁路 GSM-R 分布式基站 应用

随着中国铁路特别是高速铁路的快速发展，对GSM-R专用通信网络的覆盖、容量、切换和建站安装等多方面提出了更高的要求。目前采用的宏基站+直放站方式可以较好地应用于区间站和开阔地带，完成铁路通信任务。但是，在并线/交叉、枢纽站、编组场、隧道/桥梁和山谷多弯的地带，面对复杂的频率规划需求和严格的建站安装要求，宏基站无法很好解决上述问题，特别是频繁的越区切换会严重降低通信服务质量，所以，减少切换次数，避免乒乓切换，是提高GSM-R越区切换性能的关键。

一、直放站的缺点

目前的GSM-R网络，大量使用宏基站+直放站+漏泄电缆方式来解决弱场覆盖问题。直放站是一种同频放大设备，可增强无线通信信号，但由于技术上的限制，用今天的需求眼光来看，其缺点较为突出：

（1）在直放站的运行过程当中，其需要对信号进行2次转换，这样过多的转换处理，会造成一定程度的信号失真，并产生较为明显的噪声，对施主基站造成影响，降低接收机的灵敏度，同时还会导致覆盖范围的缩小，传输延时会因为 2次变频而增加。

（2）直放站属于是一种双向的放大器，它在运行过程当中，仅能对不同频率进行区分，但是却不能对不同码字进行区分。在这样的情况下，如果施主天线附近有其他频率相同的信号，就无法将其区分开来，会对通信造成很大的影响，严重降低通信质量。

（3）直放站不能与基站设备共同进行网管维护，一般采用轮巡方式，效率低、时效性差，不具备完善的网络监控能力，人工成本相当高 [1]。

二、分布式基站的优点

分布式基站与传统的直放站不同，它将宏基站的射频放大单元和控制单元分离了开来，使它们二者的功能由两个独立的设备运行实现，即基带处理单元BBU，和射频拉远单元RRU， 在基带处理单元和射频拉远单元之间，由光纤连接进行连接，与直放站相比，其主要优点在于以下几点。

（1）稳定性高。南宁局现使用BBR4台，RRU8台，从2013年开通应用至今还未出现任何故障。分布式基站多个RRU属于一个小区，不同站点的RRU无需切换，易于频率规划，在网优时无切换失败的隐患且载干比较好[2]。每个RRU可以连接2个BBU，单点故障自动倒换不中断业务。

（2）发射功率高。从机顶功率来看，分布式基站每载频可达30W，在多站点共小区的情况下，位置组相互之间的距离一般为2km到3km之间，并且最多能够采用6个位置组，这可以将覆盖范围扩大到15km左右的范围，提升了铁路频率资源的利用率，节省了不少基站建设费用。

（3）维护管理方便、功能强大。分布式基站在监控上完全实现了实时化、信息化，所有设备的运行状态都能及时的反映出来，如果发生故障，可以第一时间确定故障位置，甚至分析故障原因，提高故障解决的效率，降低人工维护成本。

（4）能够匹配既有业务。车调度通信业务模式不变，单网设计但保障可靠性；降造优化设计：开阔区15.3KM的最大间距能力（动车所信号楼应用的就是南宁东站的一个拉远模块）、站点最少；区间Mini户外机房（南宁东站有一个），降土建（占地不到1/15） ；FAS拉远减少分站（50%），核心网等利旧减少不少费用；长区间综合接入与G网互补：通过区间综合通信实现区间数据、视频、应急、语音业务接入[3]。满足既有G网标准性能指标，全网络具备业务扩展能力；配套工程成本最优，站点最少（省40%），单站点配套投资最低，充分利旧。

（5）能耗低。最后与传统的直放站相比，分布式基站由于使用的是数字化功放技术和大规模的集成设计，所以在信号覆盖能力相同的情况下，其功耗更低，符合当前社会节能、环保的理念。

三、分布式基站典型组网方案

从组网的原理上来看，分布式基站主要以RRU配置相同频点，然后通过BBU对若干的RRU进行控制，最终实现同步收发。从实际的情况来看，在铁路网络的建设过程当中，隧道之外，每3km设置一台RRU，理论上每一台BBU可以保证 54km 间距范围共小区。隧道内每1km设置一台RRU，理论上每一台BBU可以保证 18km 间距范围共小区。但是在建设过程当中，由于所面对的实际情况不同，所以其具体的设置情况可以进行合理调整 [4]。

当前我们国家铁路 GSM-R网络覆盖方案并不统一，所以组网方式也不尽相同。GSM-R 同站址双层网络覆盖方案，组网的方式可以为基站双网 + 共小区以及A、B网；GSM-R单层网络覆盖方案，组网的方式可以为BBU 备份+RRU 共小区以及与传统基站环形组网。

四、铁路分布式基站典型应用场景

（1）铁路并线/交叉线区段覆盖 。如图1所示，对于铁路并线/交叉线区段，应用传统基站进行无线GSM-R场强覆盖时，对于交叉节点来说，至少会存在6个基站的信号，在我国铁路GSM-R 4M带宽的现有网络频点资源下，无法规划 O2 站型；交叉节点处，小区切换无法控制，若两条铁路均为交织冗余覆盖，则频率规划根本无法进行。对于此种情况，采用分布式基站，在并线区段最多存在3个基站的信号，现有频点资源下，交叉并线区段可规划处 O6站型，并能保证小区切换的唯一性，小区切换容易控制，具体如图2所示。

（2）枢纽地区。在整个铁路网络当中，常常会出现大型枢纽，在这些大型枢纽内，需要引入多条线路，传统的基站很难实现这一点，分布式基站的应用，则能够有效的解决这个难题。通过采用共小区技术，可以实现对频率的合理规划，确保通信的容量和质量，其具w情况如图3所示。

（3）隧道覆盖。铁路隧道是极为常见的，而且在隧道内信号受到的影响往往较大。为了确保隧道通信，隧道覆盖需进行BBU主备备份，一个RRU可通过独立传输通道同时连接2个BBU，确保覆盖不受单点故障或是传输故障的影响，可以对6个RRU共小区进行最大化支持，RRU的发射功率达30W，保证隧道内交织冗余组网条件下7.5公里无切换[5]。

五、结束语

分布式基站在当前铁路 GSM-R网络建设中的应用可以显著提高铁路通信的质量，解决以往直放站的种种缺点和不足，因此我们应当加强理论研究和实践，找到分布式基站适用于GSM-R网络的各种应用场景，进一步提高铁路通信的效率和质量。

参 考 文 献

[1]王哲，钟章队，丁建文.光纤拉远基站技术铁路系统中的适用性研究[J].铁道通信信号，2015，08：47-50.

[2]马颖，王鑫，李英娟等.TD-LTE网络分布式皮基站覆盖能力及成本分析[J].电信科学，2016，S1：46-51.

[3]王帅，李玉婵，罗建迪.三层架构分布式基站在室分系统中的应用研究[J].移动通信，2015，09：73-76.

[4]李进，董育宁.分布式小基站资源分配优化方法[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2015，02：64-73.

[5]陈方园. BBU+RRU分布式基站解决方案在GSM-R工程设计中的应用[J]. 铁道建筑技术， 2010（S2）：162-164.