利用分布式RRU有效解決GSM-R弱覆蓋

時鵬 高鵬程

【摘要】 鐵路沿線無線環境復雜，針對GSM-R（GSM for Railway）弱覆蓋問題，傳統采用直放站提升覆蓋。本文提出了利用分布式RRU（Remote Radio Unit）解決弱覆蓋的技術方案，和傳統直放站覆蓋方式對比具有低成本、高質量、更可靠、易施工、便運維等優勢。

【關鍵詞】 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系統的通信質量是至關重要的，它直接影響鐵路運輸的安全和效率。同其它無線通信系統一樣，無線覆蓋是GSM-R通信質量和安全保障的根基。

基于安全的設計，需要冗余覆蓋且不能夠存在弱覆蓋或覆蓋盲區。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，都會導致宏基站信號衰減較大，類似城市樓宇產生的陰影效應。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、傳統直放站覆蓋方案

在國內GSM-R的弱覆蓋場景中直放站應用非常廣泛。直放站一般會選擇就近的宏站作為信源，將射頻信號拉出，通過近端機后，射頻信號在遠端機覆蓋補盲。

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的信號放大設備，信號有失真。射頻拉遠距離不同，時延也不同，主設備補償困難。直放站不能夠增加系統容量，反而增加了基站底噪，使原基站工作環境惡化，縮小覆蓋半徑。此外，直放站的網管功能和設備檢測功能遠不如基站，當直放站發生故障后不易發現。

直放站的工程安裝要求較為苛刻：因直放站有時延，直放站級聯數有限制；附近不能有較強的信號與施主基站同頻。直放站的工程安裝需要根據實地勘測結果進行傳播預測和系統平衡的計算，來決定直放站的相關參數的取值。采用直放站方案，級聯數受限于處理延時。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統一平臺，由基帶單元（BBU）和射頻單元（RRU）組成，兩者通過光纖進行連接。

BBU+RRU分布式基站實現GSM-R組網覆蓋，是采用業界最新的“分布式”的設計理念。由于拉出的RRU是基帶信號，在拉遠時無失真。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，完善的設備管理和報警功能，降低維護成本和維護工作量。

BBU建議放置在車站或現有機房，RRU通過級聯方式在鐵路沿線自由靈活鋪設，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，支持室內和室外，或上塔的安裝方式。

四、兩種方案的對比分析

GSM-R的覆蓋，主要還是由宏站來承擔。針對弱覆蓋問題，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帶來的優勢有：更好的網絡質量、更簡易的網絡擴容方式、更方便的維護管理和更靈活的網絡規劃設計。分布式RRU方案比直放站方案具有“低成本、高質量、更可靠、易施工、便運維”的優點：

低成本：

站點數量：RRU支持機頂20W-40W發射功率，可減少站點設計數量，節省投資成本； RRU具有時延自動校正功能，最大拉遠40KM；直放站有時延限制要求，最大拉遠約3公里。

直放站近端機數量 ：無需使用直放站近端機；

網管數量：RRU由GSM-R無線網管統一管理，無需建設直放站網管系統；

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，還需新增設備。

高質量、更可靠：

信號質量：RRU直接輸出射頻信號，信噪比低，信號質量更好；直放站從基站取信號，放大信號的同時也放大噪聲，影響了施主基站性能；RRU輸出功率更大，覆蓋更好；

網絡性能：RRU可使用專利的多譜勒頻偏校正、多RRU共邏輯小區技術、高速切換算法，矯正多普勒頻移，拉大單邏輯小區覆蓋范圍，減少切換次數，減少切換時間，提高網絡通信質量。在350km/h的運行速度下，列車內用戶通話質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：提供BBU/RRU環網保護， RRU安全可靠，適應GSM-R各種冗余組網方案，主備覆蓋。

易施工、便運維：

RRU功率大，減少站點數量，同時減少施工成本

RRU是BTS的射頻單元，由GSM-R無線網管統一管理，直放站需獨立網管。分布式基站與傳統宏站一樣可正常接入大網網管，并可對屬于同一邏輯小區而位于不同物理站址的RRU分別進行監控。而光纖直放站無法納入大網網管，維護非常不便且光纖直放站交調指標差，抬升網絡底噪，嚴重影響通話質量。

后續演進發展：光纖直放站屬于瀕臨淘汰的技術，而基于寬帶多載波功放的分布式基站是在向LTE-R演進方面有著明確的解決方案。

五、應用案例

某一段彎曲的鐵路，無線環境較為復雜，不僅山體阻擋嚴重，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個近端機和7個直放站遠端機（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分布式基站實現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RRU通過級聯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個直放站的減少到4個RRU就能實現無縫覆蓋（上右圖）。

參 考 文 獻

[1] 鐘章隊，《鐵路數字移動通訊系統（GSM-R）無線網絡規劃與優化》，北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社 ，2012年