GSM-R數字光纖直放站環形組網場景下的動態檢測探討

鄔云勝

（中鐵電化集團北京電信研究試驗中心有限公司，北京 100036）

0 引 言

出于對安全的考慮，現有的GSM-R網絡覆蓋方案中存在基站設置過于密集的現象，導致實際應用中出現同頻干擾、鄰頻干擾以及切換次數多等現象，影響QoS服務質量[1]。同時用于解決弱場覆蓋的模擬光纖直放站是會造成上行鏈路底噪疊加和多徑時延引起的同頻干擾等諸多問題。隨著大規模集成電路技術的不斷發展，芯片的處理速度得到巨大提升，采用數字光纖直放站技術延伸GSM-R基站覆蓋是一個可以很好解決上述問題的方法[2]。由于數字光纖直放站的良好特性，因此它逐漸取代模擬光纖直放站成為鐵路GSM-R系統發展的新方向。隨著作為延伸GSM-R基站覆蓋方式的數字光纖直放站技術的大量運用，鐵路動態測試需要做進一步的深化。

1 GSM-R數字光纖直放站的原理及特點

GSM-R數字光纖直放站采用軟件無線電技術，近端機提取基站射頻信號進行數字濾波和變頻等數字化處理，經過電光轉換，通過CPRI標準數字傳輸接口將基站信號傳送到遠端機并還原為射頻信號。通過數字化方式補償近端單元（Master Hub Unit，MHU）和遠端單元（Remote Radio Unit，RRU）之間的光損耗，能有效提升信號質量、傳輸距離以及抗干擾能力[3-5]。內部構成如圖1所示。

圖1 數字光纖直放站結構示意圖

數字光纖直放站在鐵路GSM-R系統應用中，遠端設備具備與基站相當的輸出功率，且具備上行分集接收的功能，能有效增加基站覆蓋范圍，減少切換次數，降低頻率空間復用率，提高系統的可靠性，減少對列控數據的干擾，為樞紐地區的頻率規劃問題的解決提供思路。數字光纖直放站具備智能時延調整功能，通過調整遠端設備進行同步發射和接收，消除了多臺遠端設備級聯引起的底噪抬升現象，改善了采用模擬光纖直放站技術帶來的時延差和上行信號干擾問題。數字光纖直放站支持鏈狀和環形組網結構，符合鐵路鏈狀網組網特點和可靠性要求。此外，采用數字光纖直放站進行GSM-R網絡覆蓋，經濟環保，能減少占地和用電等。

2 GSM-R數字光纖直放站環形組網場景下的動態檢測探討

GSM-R數字光纖直放站組網靈活，可根據不同應用需求，實現星形、環形、菊花形以及混合型等多種組網方式[6]。由于環形組網結構可靠性高、網絡自愈能力強，因此適用于鐵路正線延伸GSM-R基站覆蓋。單網交織環形組網方式如圖2所示，為了驗證采用GSM-R數字光纖直放站環形組網方式延伸基站覆蓋對GSM-R服務質量的影響，須在GSM-R系統處于正常開啟狀態及GSM-R系統清頻和網絡優化完成的情況下進行[7]。對于上述提到的數字直放站的諸多優勢，將從下面4個方向來探討采用數字光纖直放站技術對GSM-R服務質量的影響。

圖2 數字光纖直放站單網交織環形組網部分示意圖

2.1 時延調整對GSM-R服務質量的影響

GSM-R數字光纖直放站環形組網場景情況下通常會對遠端設備進行時延調整，通過增大單個遠端機到近端機的時延，使同一環內不同距離的遠端機到近端機之間的時延基本一致，即同一小區內不同設備之間重疊信號覆蓋區域的時延差小于14.8 μs（約4TA），避免了不同設備重疊覆蓋區域之間產生時間色散的現象[8,9]。為了分析數字光纖直放站采用時延調整狀態下時延對GSM-R業務的影響，可作如下測試。

一是配置GSM-R數字光纖直放站開啟自動時延調整功能；二是測試區域的基站和直放站均正常工作，動態檢測車從RU5往RU1方向行駛；三是開啟MS-FT呼叫檢測成功率、連接失效概率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間以及GPRS丟包率測試項[10,11]；四是人為制造RU1故障（斷掉其電源）；五是觀察記錄動態檢測系統從RU5往RU2的過程中MS-FT呼叫檢測成功率、連接失效概率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間以及GPRS丟包率的結果變化。

2.2 環狀結構組網單點故障對GSM-R服務質量的影響

為了分析環形組網情況下光環路故障和設備故障對業務造成的影響，可作如下測試。

一是配置GSM-R數字光纖直放站開啟固定時延狀態；二是測試區域的基站和直放站均正常工作，動態檢測車從RU5往RU1方向行駛，檢測系統開啟MS-FT呼叫檢測成功率、連接失效概率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間以及GPRS丟包率測試項；三是檢測車行駛到RU3時，斷掉RU1主用光環路中的一根光纖，其他遠端設備不做任何操作；四是恢復RU1主用光環路中的一根光纖，其他遠端設備不做任何操作；五是測量當前數字光纖直放站服務區域的業務中斷時間、時延變化以及相同小區其他遠端設備覆蓋區域的時延變化；六是記錄動態檢測系統從RU3往RU1的過程中，觀察MS-FT呼叫檢測成功率、連接失效概率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間以及GPRS丟包率的結果變化；六是斷掉全部主用光纖環，重復上述步驟四和步驟六，測試備用光纖環單點故障對GSM-R系統服務質量的影響。

2.3 上行底噪抑制對GSM-R服務質量的影響

數字光纖直放站具備上行鏈路底噪抑制功能，數字化后的信號通過DSP處理可以有效濾除噪聲信號，有效抑制了遠端機放大器引入的噪聲，消除了由于遠端機引起的基站上行底噪抬升現象。為了分析上行底噪抑制的開啟與否對GSM-R業務的影響，可作如下測試。

一是配置GSM-R數字光纖直放站，不開啟上行底噪抑制；二是測試區域的基站和直放站均正常工作，動態檢測車從RU5往RU1方向行駛，檢測系統開啟切換成功率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間以及GPRS吞吐量測試，并通過接口檢測系統查看上行測量報告；三是查看并記錄不開啟上行底噪抑制的動態測試結果；四是配置GSM-R數字光纖直放站開啟上行底噪抑制；五是重復步驟四；六是查看并記錄開啟上行底噪抑制的動態測試結果；七是比較分析步驟三和步驟六的結果。

2.4 自動載頻跟蹤對GSM-R服務質量的影響

數字光纖直放站具備自動載波跟蹤功能，近端單元可以自動跟蹤信源基站載波，當信源基站頻點改變時，數字光纖直放站可以根據信源基站頻點改變情況，自動設置。數字光纖直放站還具備載波池功能，在載波池內可設置任意載頻，能準確選擇當前載頻的GSM信號，濾除無關信號。為避免因數字直放站載頻配置的原因導致在BCCH載頻和TCH載頻上出現GSM-R服務質量相關測試結果不符合指標要求的情況，可作如下測試。

一是測試區域的基站和直放站均正常工作；二是配置GSM-R數字光纖直放站開啟自動載波跟蹤，并清除資源中已有的載頻號；三是動態檢測車從RU5往RU1方向行駛，檢測系統開啟MS-FT呼叫檢測成功率和連接失效概率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間、以及GPRS丟包率測試項；四是檢測車在RU5位置時，調整更換BTS1的BCCH和TCH頻率；五是動態檢測系統從RU5往RU1的過程中，觀察記錄MS-FT呼叫檢測成功率和連接失效概率、傳輸無差錯時間、傳輸干擾時間以及GPRS丟包率的結果變化。

3 結 論

隨著鐵路通信技術的發展，采用數字光纖直放站延伸基站覆蓋來解決正線、樞紐、交叉線、并線、隧道以及路塹等地區的無線覆蓋將會變得非常普遍，因此需要盡早在動態測試中對采用數字光纖直放站延伸基站覆蓋帶來的影響因素做充分的考慮，充分評估影響鐵路運行的因素。