GSM―R数字光纤直放站与基站射频拉远系统在铁路枢纽应用分析

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【摘 要】各线gsm-R系统引入铁路枢纽后，存在着频率资源紧张，各系统间干扰大的问题，本文将就采用数字光纤直放站与基站射频拉远系统解决枢纽内GSM-R覆盖方案进行探讨。

【关键词】铁路枢纽 GSM-R 数字光纤直放站 基站射频拉远系统 覆盖方案

一、引言

目前GSM-R移动通信系统在新建200km/h及以上铁路中得到全面应用。多条新建铁路采用GSM-R系统引入同一铁路枢纽的情况逐渐增加，贵阳、南宁等枢纽均考虑采用GSM-R系统覆盖。由于枢纽内线路密集，站间距短，往往出现多个基站信号重叠覆盖，造成频率资源紧张，易同频干扰的问题。为合理利用频率资源，减少系统内和来自公网的干扰，本文试就利用基站射频拉远系统和数字光纤直放站系统克服上述问题提出本人的粗浅设想供大家探讨。

二、基站射频拉远系统简介

基站射频拉远系统将基站BTS分为带处理单元（BBU）和远端射频处理单元（RRU）两部分，二者通过光纤相连。在网络部署时，将BBU设置在通信机房内，通过光纤与规划站点上部署的RRU进行连接，完成网络覆盖。

主要优点：

（一）上行引入噪声小，单个RRU覆盖范围大

不同的RRU将接收信号解调后进行比选，选择最优信号给BBU，从而克服上行噪声积累的问题。由于信号的调制解调均在RRU完成，RRU每载频的发射功率可达30W，加之RRU单元可采用室外安装方式直接装在铁塔上，到天线的衰耗小，可用功率更高，目前一个BBU可支持6个RRU，一套基站射频拉远系统可相当于6个传统BTS覆盖范围。

（二）有效克服时延色散

GSM-R系统基站接收到的两个同频信号强度差小于9dB时，如时延相差大于15μs则会引起掉话。基站射频拉远系统BBU可自动计算与RRU之间的时延，并把参数下发给RRU进行调整，补偿光纤时延，实现各个RRU与BBU间时延差小于15μs。

（三）RRU载频单元配置灵活

通过灵活配置RRU载频单元数量，在车站设置高达6载频的RRU，而区间线路RRU载频数量设置为2，3载频，实现载频资源在大型枢纽站的有效集中。

系统构成见图1基站射频拉远系统构成示意图（图1）

三、数字光纤直放站系统简介

数字光纤直放站系统是一种直接耦合基站信号，采用数字传输方式，将信号传输至远端进行覆盖的无线网络解决方案。系统由数字接入控制单元（DAU）、光纤通道和数字光纤直放站单元（DRU）组成。

主要优点：

（一）比传统光纤直放站噪声抑制能力强，支持远端机数量大

传统模拟光纤直放站由于远端机引入噪声的叠加，通常采用总线方式组网，且一般最多采用1拖6的模式工作。数字光纤直放站系统由于采用底噪关断和对各个DRU上行噪声分别抑制的技术，1个DAU可支持最多12个DRU。

（二）组网灵活

可采用星型、链、环形、混合连接。基站的三个扇区采用一种混合拓扑结构，其中扇区1为星型拓扑结构，扇区2为链拓扑结构，扇区3为星型和链混合拓扑结构。这可以根据需要灵活配置选择不同组网方式，系统配置简单，实现容易。

见图2数字光纤直放站系统构成图

图2数字光纤直放站系统构成图

（三）时延可调

传统光纤直放站受此时延色散问题影响，同一小区直放站间采用天线覆盖时受光缆时延影响，直放站间距不大于2km。数字拉远系统可通过增大单个DRU到DAU时延，使距基站较近的DRU与距基站较远的DRU时延一致，从而增大直放站间间距，灵活调整直放站和天馈线设置。

四、枢纽覆盖分析

数字光纤直放站与基站射频拉远系统都具有在增大小区覆盖范围的同时，减小噪声引入和克服时延色散的优点。可有效克服枢纽内多条线引入造成的频率资源紧张，小区切换混乱的状况，目前国内铁路枢纽根据地形可大致分为平原枢纽，山区枢纽两类，一下分别就两种系统在平原和山区应用的优劣进行分析。

（一）平原枢纽覆盖方案

平原枢纽900MHz信号传播距离远，易形成越区覆盖，采用传统基站覆盖方案。

见图3传统基站覆盖方案

图3传统基站覆盖方案

如图所示，当A方向驶来列车从小区3往B方向走时，根据场强判定，有可能切换至小区4而不是小区5。继续前进则切换回小区5，从而形成“乒乓切换”，极端条件下有可能掉话。而采用基站射频拉远系统如图4基站射频拉远系统覆盖方案

图4基站射频拉远系统覆盖方案

如图所示，当A方向驶来列车从小区2往B方向走时由于基站射频拉远系统覆盖范围广，小区3、4相距很远，避免了小区2误切换成小区4。

当分叉节点为枢纽编组站或大型客站，站内RRU可设置成6载频满足站内大容量语音和数据业务需求，周围覆盖区间的RRU设置成2载频，从而有效利用载频资源。

采用数字光纤直放站系统也可实现图4中的功能，但由于光纤直放站发射功率小（每载频10W左右），设置的远端设备较基站射频拉远系统多，且光纤直放站系统还需单独设置网管，效果稍差于基站射频拉远系统。

（二）山区枢纽覆盖方案

山区枢纽内隧道、路堑多，大量弱区需要覆盖。采用模拟光纤直放站时如图5模拟光纤直放站系统覆盖方案。

图5模拟光纤直放站系统覆盖方案

图5中车站采用3载频基站，机务段采用2载频基站。为减少覆盖越区，车站及机务段基站所属直放站在隧道内通过漏缆覆盖实现切换。

当采用数字光纤直放站系统后，车站设置4载频基站及DAU。车站、机务段及区间设置8个DRU覆盖。既保证了系统覆盖和载频的合理利用，又能通过增大车站1～车站8（DRU）至车站DAU时延，使机车在各条线路上运行时到DAU的时延差小于15μs。详见图6数字光纤直放站覆盖方案

图6数字光纤直放站覆盖方案

采用基站射频拉远系统覆盖时，由于一套BBU最多接6套RRU，无法完全覆盖6个方向的隧道，覆盖效果与模拟光纤直放站基本一致，故有一定局限性。同时由于基站射频拉远系统远端设备造价高于数字光纤直放站远端设备，在上述情况下投资较光纤直放站投资高。

通过上述比较我们可以发现：基站射频拉远系统较数字光纤直放站系统上行引入噪声更小，单个远端设备功率更大，覆盖效果好，同时设备稳定性更好，使用统一的网管系统OMC-R，更适合平原地区枢纽覆盖；而数字光纤直放站系统由于采用在既有BTS上取信号，特别适合在已建设有GSM-R系统的枢纽内对新建线路进行覆盖，同时由于其支持远端设备数量多，在山区铁路枢纽地区多山、多隧道区段可提供更大的小区覆盖范围。

五、需要进一步研究的问题

（一）目前基站射频拉远系统和数字光纤直放站系统在公众移动通信项目上应用较多，但尚未在铁路上应用，还需通过严苛的试验、测试验证其在铁路项目中的可实施性。

（二）以上讨论均为250km/h及以下不采用交织冗余覆盖的线路。在时速300km/h以上客运专线等需采用交织冗余覆盖的线路上，基站射频拉远系统和数字光纤直放站系统的设备和通道冗余问题还需深入研究。

（三）数字光纤直放站系统克服时延色散问题是通过增大DAU与DRU时延，从而减少DRU之间时延差来实现的。由此造成的来了系统与基站时延增大的问题，难以满足基站天馈发射信号与DRU信号时延差小于15μs。目前采用基站只作为信号源，不接天线的方案。

（四）基站射频拉远系统RRU作为信源仍可接光纤直放站，丰富枢纽应用方式，未来基站射频拉远系统与模拟光纤直放站/数字光纤直放站系统的结合还需在具体工程中实践。

六、结语

通过上述分 析可知，基站射频拉远系统和数字光纤直放站系统作为弱区覆盖新技术，可有效解决铁路GSM-R系统解决枢纽干扰和频率资源紧张问题，为GSM-R系统无线覆盖提供新思路。