GSM—R分布式基站共小區技術在青榮城際樞紐站覆蓋中的應用

張智等

摘要：在GSM-R網絡的建設過程中，存在多條新建鐵路引入同一鐵路樞紐以及在樞紐地區存在著交叉并線等情況。隨著既有線無線列調改造成GSM-R網絡的大規模實施，在樞紐地區GSM-R網絡的無線覆蓋問題日益突出。文章根據青榮城際樞紐站的具體實施和應用情況，介紹了分布式基站共小區技術的原理和特點以及如何解決青榮城際樞紐的覆蓋問題。

關鍵詞：GSM-R網絡；分布式基站；共小區技術；直放站；鐵路樞紐 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2015）12-0052-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.026

1 鐵路GSM-R覆蓋方案現狀

1.1 宏基站覆蓋方案

宏基站是目前GSM-R信號覆蓋的主要手段，其功率大、容量高的特點可以滿足平鐵路沿線的遠距離覆蓋和容量的需求。雖然技術已經非常成熟，但其功率大的特點也給鐵路交叉、并線、隧道等覆蓋場景帶來了諸多干擾、切換問題，同時需要機房、鐵塔的配套，因此在部分特定覆蓋區域的實際使用中受到了限制。

1.2 直放站覆蓋方案

鐵路線延伸區域廣闊，涉及地形復雜，沿線眾多隧道，山體和坡地等因素都對GSM-R信號形成阻擋產生盲區，使用GSM-R基站進行整條鐵路線的信號覆蓋無疑將產生巨額資金投入。

為了解決局部覆蓋盲區問題并兼顧建設成本，GSM-R已經引入了成本更低的直放站解決方案，并取得了比較良好的應用效果。

當前在鐵路GSM-R系統中應用較多的直放站主要分為兩種：干放式直放站和光纖拉遠直放站。其中，干放式直放站通過耦合近端基站的信號，經功率放大后輸出至天饋系統，以達到對低話務量、弱信號區的覆蓋，但因其輸出功率有限，應用局限性較大；光纖拉遠直放站是結合目前鐵路沿線已有的光纖資源，引入信號延伸設備對GSM-R基站信號進行延伸和補盲的解決方案，產品相對于傳統直放站產品有著較大的優勢。圖2是光纖拉遠直放站的應用圖示：

直放站雖然成本低廉，在狹小的單點覆蓋區域具有良好的經濟實用性，但由于原理上僅是耦合基站信號進行二次放大，并不能增加GSM-R系統容量。同時直放站的引入，將抬升宿主基站3～6db的底噪，極端情況下，宿主基站的覆蓋半徑可能縮減2～4倍，客觀上影響了宏基站的覆蓋和網絡性能指標，尤其像交叉、并線、樞紐站等對干擾、切換指標要求嚴格的城際、高鐵線路，直放站已經滿足覆蓋需求。

2 分布式基站方案介紹

GSM-R分布式基站系統，從架構上看，就是把傳統的宏基站設備（BTS）分為兩部分：基帶處理單元（BBU）和遠端射頻處理單元（RRU），二者通過CPRI（Common Public Radio Interface）接口光纖進行通信。BBU是基帶控制單元，完成基站與BSC之間的交互功能。RRU主要完成基帶信號和射頻信號的調制解調、數據處理、合分路等功能。在網絡部署時，將BBU設置在通信機房內，通過E1接入到傳輸設備，同時通過光纖與規劃站點上部署的RRU進行連接，完成網絡覆蓋。

分布式基站本質上是基站的一種，與上文所述的光纖直放相比有本質區別。它不但可以提供獨立的載頻容量，還能通過光纖將射頻模塊拉遠，對隧道、橋梁、交叉、并線、編組站等復雜覆蓋場景提供了一種新的解決方案。

3 分布式基站多站點共小區技術

分布式基站在實際網絡覆蓋中，根據實際的場景（隧道、路塹、彎道，三岔口等）部署RRU，每個RRU構成一個覆蓋小區。每套BBU可以連接多套RRU設備。分布式基站多站點共小區技術將BBU下的多個RRU站點合并成一個小區。每套RRU拉遠實現一個站點下的多個物理小區（稱為位置組）分屬不同的物理地址，但是邏輯上屬于同一個小區。每個位置組的載頻數、頻點、信道配置、CGI等小區級的參數配置為相同。每個位置組通過BBU控制，實現空口同步發送，不同位置組間不會形成同頻干擾。通過網管配置主位置組，主位置組的TRX完成所有業務功能，包括小區的管理、業務的控制等；從位置組接收調制數據或者將上行解調后數據傳送到主位置組。單套BBU配置可6個CPRI接口，可分別接6個位置組。通過使用共小區技術，可以擴大小區覆蓋距離，從而減少跨小區切換次數。

4 分布式基站多站點共小區技術應用場景

4.1 交叉線路場景

在交叉線路場景下，列車運行線路復雜，小區切換判決困難，可以使用多站點共小區特性解決此問題。例如圖中上半部分的情況，按照一般的宏基站的網絡部署，位于分叉節點的小區3，受到來自6個小區的信號干擾。這樣的情況下，無法利用GSM-R的4M頻率，規劃出O2的站點。如果采用交織冗余覆蓋，網絡規劃無法進行，頻點規劃不開。位于小區3并且即將移向小區4和5的用戶，無法有效地判斷和控制小區切換。

如果采用分布式基站多站點共小區的特性，將分叉節點所在的位置和其前后的主線與分線，都規劃在一個小區的不同位置組，擴大小區的范圍，在4M頻段內，可以規劃出O6站型，滿足容量需求，減低頻率規劃的難度。同時，位于分叉節點的用戶，無論向哪個方向移動，都屬于同一個小區的范圍內，不會出現小區間切換難以判斷的問題。

4.2 并線及樞紐場景

并線及樞紐站區域列車多、調度繁忙，對GSM-R容量提出更高的要求，傳統基站很難進行頻率規劃。部署分布式基站并且采用共小區特性可以規劃出滿足大容量需求的站型。

同時，樞紐站分支線路多，對GSM-R小區切換控制提出了更高的要求，傳統基站無法保證小區切換到正確的分支線路。分布式基站延長了小區覆蓋，例如圖6所示，在分叉路口安放的RRU可以保證列車無論繼續向哪個方向運行，都不需要在該路口執行切換。一旦進入分支線路，相鄰小區只由該線路上唯一的宏基站提供，從而保證了到各分支線路切換的準確性。

4.3 隧道/橋梁覆蓋場景

隧道和橋梁場景中，通信設備的安裝空間有限，站點部署困難。利用分布式基站體積小、重量輕、安裝靈活的特點，可以合理規劃站點位置。隧道中兩個BBU需要盡量放置在不同的地點，例如分別放在隧道的兩端。同時，共小區特性的采用，擴大了單小區的覆蓋距離，可以避免在入口處和隧道內的切換，提高通信質量。如下圖，一般容量的規劃需求是O2，因此頻率資源相對充足，為了提高兩張網絡之間的切換性能，減少對維護的需求，使用普通的雙網備份，以保證中斷的業務用戶可以在瞬間倒換到備網。

5 青榮城際樞紐站案例分析

改用分布式基站覆蓋方案如下：

青榮城際鐵路進入煙臺站時，在官莊（DK202+170）、煙臺南（DK200+850）、西陌堂（DK195+790）單獨設置宏基站；三個車站之間的三角區域采用分布式基站覆蓋，分布式基站采用BBU備份，兩個BBU分別放在西陌堂和煙臺南站。每個RRU分別連接2個BBU，主用BBU出現故障后切自動換到備用的BBU，具體覆蓋方案如圖8所示：

頻率規劃：

6個位置區RRU采用共小區技術，站型按02考慮。

光纖走線方案：

BBU放在“管莊”車站，那么所有光纖都要從“管莊站”引出，直通到“西陌堂站”后折回到“煙臺南站”，這樣沿線所有RRU都能連接到BBU。具體如圖9所示：

過軌方案：一個RRU覆蓋兩三個隧道，隧道口需要有過軌條件，保障饋線能夠到達不同的隧道口。

小節分析：（1）解決青煙威榮的樞紐引入的規劃問題；（2）為后續其他線路，包括既有線接入樞紐時的頻率規劃問題提供參考。

6 結語

分布式基站具有先進的技術，尤其是分布式基站的共小區技術，通過在GSM-R系統中應用的場景分析和應用，對解決我國鐵路GSM-R無線頻率不足，尤其是樞紐地區、交叉并線區域的無線覆蓋，相對于直放站及宏基站有明顯優勢，在實際工程實施中，可結合具體場景合理應用分布式基站技術。

作者簡介：張智（1983-），男，山東濟南人，中鐵工程設計咨詢集團公司濟南院工程師，研究方向：通信工程。

（責任編輯：秦遜玉）