高鐵基站容災(zāi)性能提升方法探討

張曉艷 吳建星

中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司

0 引言

我國高鐵一般運行速度可達300km/h，復(fù)興號動車組速度更是達到350km/h，全國每年高鐵載客量已超過20億人次，人們對高鐵場景下的體驗要求越來越高。高鐵網(wǎng)絡(luò)一直是通信運營商的窗口場景網(wǎng)絡(luò)。在“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)的時代背景下，用戶對于網(wǎng)絡(luò)速率和穩(wěn)定性的要求前所未有。高速場景相對于低速場景，退服對網(wǎng)絡(luò)覆蓋和用戶感知的影響更大，如何提升高鐵無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

1 組網(wǎng)特性

1.1 BBU-RRU拉遠

選用支持小區(qū)合并技術(shù)的分布式基站設(shè)備組建高鐵專網(wǎng)。相鄰基站BBU集中設(shè)置在中心基站，普通末端覆蓋站點（拉遠站點）只設(shè)置光纖拉遠RRU，進行無線覆蓋。一般每個中心站帶3-5個普通基站（沿線左右兩側(cè)分布，以中心站為中心，星形或鏈形連接并采用共小區(qū)模式），如圖1所示。

圖1 高鐵基站BBU-RRU拉遠拓撲

1.2 物理上呈帶狀結(jié)構(gòu)

基站一般沿著鐵路分布，整體形成沿鐵路的帶狀結(jié)構(gòu)，雖然各拉遠站點是分別光纖拉遠至中心機房BBU，但這種帶狀結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用中往往導(dǎo)致多個拉遠站點至中心機房有較多同路由段落，若同路由段落光纜中斷，則會導(dǎo)致批量退服和“斷帶”，如圖2所示。

圖2 高鐵基站沿鐵路帶狀結(jié)構(gòu)分布示意圖

1.3 多模共址

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，運營商基站存在同基站共址建設(shè)多層網(wǎng)絡(luò)的情況。以江蘇移動為例，高鐵基站一般共址建設(shè)GSM/TDD-LTE/FDD-LTE 3層網(wǎng)絡(luò)，每個基站承載的業(yè)務(wù)量大，若單個基站業(yè)務(wù)全阻對于高鐵業(yè)務(wù)來說影響很大。

2 容災(zāi)性能提升方案的探討

2.1 BBU上行傳輸設(shè)備成環(huán)保護和電源雙備份

上行傳輸設(shè)備需嚴格做到雙路由，機房出局至匯聚層，匯聚層至核心網(wǎng)，均能保證2條不同物理路徑，實現(xiàn)傳輸路由和傳輸數(shù)據(jù)1+1備份，這樣基本可以保障光纜中斷不影響業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)自動切換。目前主流傳輸技術(shù)PTN和SDH均可實現(xiàn)自適應(yīng)業(yè)務(wù)倒換。此外，傳輸設(shè)備配備雙主控板、雙電源板，雙電源板分別連接至不同開關(guān)電源，可實現(xiàn)主控1+1備份、電源1+1備份。

2.2 BBU合理分布

拉遠站點是沿高鐵線路分布的，所以BBU機房需分布在其下掛幾個拉遠站點的中間位置，并避免多臺BBU集中安裝在一個機房，否則會導(dǎo)致2個問題：一方面，拉遠設(shè)備與近端設(shè)備距離過遠，易發(fā)生光衰問題，且沿線發(fā)生光纜故障的概率增加；另一方面，一旦因電力或者光纜中斷導(dǎo)致中斷，易導(dǎo)致區(qū)域性業(yè)務(wù)中斷，影響范圍大。這樣做的好處是可以充分根據(jù)物理位置和組網(wǎng)方式，選擇合理的BBU分布方式，降低業(yè)務(wù)中斷風(fēng)險。

圖3 中心機房BBU分布放置示意圖

圖4 拉遠基站均勻分布中心機房周圍示意圖

2.3 BBU電源雙備份

普通基站一般采用單電源配置，開關(guān)電源故障或者BBU電源模塊均可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)全阻。通過新增一路接電，進行電力1+1備份，如圖5所示；如果機房內(nèi)部有2個開關(guān)電源，2路電力分擔(dān)至2個開關(guān)電源，如圖6所示，這樣電源的穩(wěn)定性可提高1倍。

圖5 單開關(guān)電源雙端子備份

圖6 雙開關(guān)電源雙端子備份

2.4 不同制式RRU路由分離

高鐵基站一般都處于偏僻的郊區(qū)，可以利用針對多制式站點，如TDD-LTE（1900M/2600M）/FDD-LTE（1800M），不同制式的拉遠設(shè)備（RRU）規(guī)劃2條傳輸光纜路由連接至中心設(shè)備（BBU），這樣可將退服概率降低50%，若發(fā)生光纜中斷，基本可以保證有單制式保證在線，避免出現(xiàn)信號“斷帶”，實現(xiàn)制式之間路由1+1備份。

圖7 不同制式RRU路由分離示意圖

2.5 RRU成環(huán)

對于遠端設(shè)備（RRU），采用從中心設(shè)備（BBU）出，多臺遠端設(shè)備（RRU）級聯(lián)，再回到中心設(shè)備（BBU）這種方式形成環(huán)路，對于環(huán)路內(nèi)每臺遠端設(shè)備（RRU）均做到雙路由保護，若單路由中斷，業(yè)務(wù)切換至路由，保證業(yè)務(wù)不中斷。目前國內(nèi)主要設(shè)備廠家的技術(shù)均可實現(xiàn)自適應(yīng)業(yè)務(wù)倒換，實現(xiàn)路由和數(shù)據(jù)1+1備份。

圖8 RRU成環(huán)示意圖

3 應(yīng)用實例

南京某基站A采用2.1、2.2、2.3、2.5共4個容災(zāi)提升方案進行改造，改造前RRU退服率為0.2%，改造后RRU退服率為0.005%，提升約100%，基本無退服發(fā)生，效果良好。但是采用多種角度備份，意味著增加成本投資，具體實施時可在投資成本和性能提升之間進行取舍。南京某基站B采用2.1、2.2、2.3、2.4共4個容災(zāi)提升方案進行改造，改造前退服率（根據(jù)RRU粒度計算）為0.15%，改造后退服率為0.007%，提升約80%，提升效果明顯，但是無基站A改造效果好，主要原因是2.4所介紹的方案不同制式之間的備份，對于單個拉遠設(shè)備本身并未形成路由和數(shù)據(jù)的備份。

表 改造實例

4 結(jié)束語

由于高鐵的高速場景及基站帶狀的組網(wǎng)特性，高鐵的維護要求遠高于普通基站的要求，為了提升客戶滿意度，實現(xiàn)0退服的目標。本文提出了BBU上行傳輸設(shè)備成環(huán)保護和電源雙備份、BBU合理分布、BBU電源雙備份、不同制式RRU路由分離、RRU成環(huán)等五種提升容災(zāi)能力的方案，并進行了實用案例的驗證，總體來說網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量得到了較大提升。但是采用多種方案的組合運用，意味著增加成本投資，具體實施時可在投資成本和性能提升之間進行取舍，目標就是盡最大可能提升用戶在高鐵場景下的應(yīng)用體驗。