基于RRU的GSM-R高鐵通信應(yīng)用

楊楠 孫夢雨 趙娟

【摘要】高鐵線路的通信、行車信號是重中之重的命脈。所以對GSM-R無線信號的覆蓋提出了包括容量，切換和建站安裝等多方面的要求，與傳統(tǒng)的宏基站相比，分布式基站技術(shù)具有站址資源的有效利用率高.低成本.基站的覆蓋能力高，射頻性能佳，環(huán)境適應(yīng)性強，工程方便等優(yōu)點，很好的解決了上述問題。高鐵建設(shè)引發(fā)的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題尤為復(fù)雜，高鐵列車的先進技術(shù)帶來了信號消耗大，區(qū)域切換頻率高，且重疊區(qū)域小，多普勒效應(yīng)較強問題等的問題，因此網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果和效率問題就成了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的難題，本文從分布式基站覆蓋的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案入手進行相關(guān)問題的分析和解決，并利用“BBU資源池”加快了分布式基站技術(shù)的普及和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】GSM-R;RRU;高鐵通信;信號覆蓋

【基金項目】陜西省教育廳2019年科學(xué)研究專項計劃資助，項目名稱：《高鐵機房災(zāi)備通信電源設(shè)計研究》

項目編號：19JK0696。

我國移動通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)已經(jīng)走過了第一代模擬技術(shù)（1G）、第二代數(shù)字技術(shù)（2G）和第三代寬帶數(shù)字技術(shù)（3G），目前正處在第四代移動通信技（4G），分布式基站與原來國內(nèi)的直放站相比不僅能完善覆蓋，還能帶來網(wǎng)絡(luò)容量和性能的提升，符合建大網(wǎng)的要求，分布式基站是4G時代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主流設(shè)備已在國內(nèi)大規(guī)模商用，同時該向技術(shù)也為中國高鐵通信助力。

1. 分布式基站的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展

針對高鐵應(yīng)用需求的特殊性能，傳統(tǒng)基站已經(jīng)不能滿足我國高速鐵路的飛速發(fā)展。而此時，具有級聯(lián)特性的分布式基站對高鐵沿線復(fù)雜地形地貌的適應(yīng)性的有點久顯得異常明顯，因此，傳統(tǒng)基站勢必將被之取代。

現(xiàn)世界趨于IP化，物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)大量組網(wǎng)，資源可大量互換，基站未來的發(fā)展也將是IP化的，如圖1所示，其結(jié)合特定的算法程序，在基站運行工程中動態(tài)改變特定計算資源，將根據(jù)任務(wù)特點和計算資源集的使用情況進行計算。

2. 分布式基站技術(shù)的具體應(yīng)用

無線基站覆蓋隧道特性：采用漏纜+射頻單元進行覆蓋;車站室內(nèi)分布基站系統(tǒng)覆蓋特性：采用“RRU+天線”方式完成覆蓋。鐵路資源的共享特性：在確保鐵路安全運行的前提下，可以適當(dāng)、合理的共享資源。

2.1 RRU的具體應(yīng)用。

為了更加合理的利用現(xiàn)有資源，采用分布式基站能有效降低小區(qū)數(shù)目，此處，以小區(qū)合并為例，建設(shè)時為了減少切換，降低網(wǎng)絡(luò)時延。根據(jù)使用需求逐步調(diào)整小區(qū)規(guī)劃，所有操作均可在后臺完成，降低了維護成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和運行效率。

小區(qū)分裂要求必須通過直接的宏基站來完成，如果高速鐵路沿線不存在宏基站的話，那么必須要沿著鐵道走線創(chuàng)建BBU+RRU基站，此外，通信設(shè)備的安全也是建設(shè)中需要考慮的問題，一般來說，高速鐵路沿線的RRU設(shè)備應(yīng)設(shè)置在距離鐵路線50米以外處。

BBU+RRU的建設(shè)方案，普遍應(yīng)用于高速鐵路的沿線。一般我們將RRU設(shè)備安裝在鐵塔頂端，這與傳統(tǒng)的RRU塔下安裝對比，能夠有效降低饋線損耗，并且能夠同時擴大下行和上行鏈路覆蓋半徑，在實際應(yīng)用中，塔上安裝能夠利用基站合成噪聲系數(shù)，減少饋線損耗。

2.2 區(qū)域劃分和BBU+RRU覆蓋方式

傳統(tǒng)基站的覆蓋方式已經(jīng)無法滿足高速鐵路用戶的通信需求，這也迫使新的技術(shù)應(yīng)用在高速鐵路沿線。針對我國鐵路沿線地形地貌的復(fù)雜多樣性，高速鐵路的路徑可能貫穿多個迥異的地理環(huán)境，因此針對高速鐵路獨特特性的專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)就顯得尤為重要。在建設(shè)中，可以適當(dāng)將小區(qū)合并，進行區(qū)域劃分并采用BBU+RRU覆蓋方式，這樣能有效擴展高速鐵路沿線小區(qū)的覆蓋長度，每一個單獨的小區(qū)RRU可以單獨進行話務(wù)量的統(tǒng)計工作。

2.3 BBU資源池在高鐵中的應(yīng)用

在5G網(wǎng)絡(luò)時代，“BBU”資源池、分布式基站（BBU+RRU）、傳統(tǒng)宏基站、微基站都將在一定時期內(nèi)并存，該技術(shù)現(xiàn)主要用于密集城區(qū)，業(yè)務(wù)的“呼吸效應(yīng)”會比較明顯，高鐵在一定程度上也集中了大量的網(wǎng)絡(luò)用戶，這時，網(wǎng)絡(luò)不僅要為行車提供安全的保障，也要為此刻提供更好的用戶體驗，通過采用傳輸匯聚機房（大BBU池）與宏基站機房（小BBU池）相結(jié)合的建設(shè)模式，實現(xiàn)多場景、多個宏站及室分站點的BBU集中處理，包括BBU堆疊和多BBU互聯(lián)成池等技術(shù)以及不同站點的宏RRU、微RRU通過集中的BBU交互高帶寬、低時延數(shù)據(jù)，實現(xiàn)快速協(xié)同。其具有滿足無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量需求，具備大規(guī)模數(shù)據(jù)流量處理能力的傳輸資源的能力，具備長期安全運營條件，不僅為列車提供完美的通信，也為用戶提供飛一樣的網(wǎng)絡(luò)體驗。

3. 存在問題

采用RRU技術(shù)，可以節(jié)省常規(guī)建網(wǎng)方式中的大量機房，但應(yīng)用前提是需要光纖進行傳輸，價格方面，RRU比直放站要貴1/3左右，如果光纖斷開將無法連接，所以要具備雙備份的光纜路由。與傳統(tǒng)宏基站相比，分布式基站的天饋系統(tǒng)能夠降低成本約30萬元，電源設(shè)備也能降低近40萬的資金投入，傳輸設(shè)備能夠節(jié)約前期投入成本還是近30萬元，與宏基站建設(shè)優(yōu)勢不是十分明顯。這幾年，移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，并將以這種速度繼續(xù)增長，如今5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作更是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化受到越來越多來自新的業(yè)務(wù)的壓力和挑戰(zhàn)，在不同的場合展現(xiàn)出卓越的性能，并在各種場合優(yōu)化有針對性的技術(shù)，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展應(yīng)用，還會有更多新的問題和新的技術(shù)不斷引進。

4. 結(jié)束語

高鐵作為現(xiàn)代人出行的主要交通工具，各級單位和部門都極其重視高鐵網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。為了槍戰(zhàn)市場以及優(yōu)化用戶體驗，因此必須加大新技術(shù)的研究與應(yīng)用?，F(xiàn)該項技術(shù)已在高鐵路線中頻繁使用，隨著我國國力，生產(chǎn)力，創(chuàng)造力的提升，該項技術(shù)必定能夠成為新技術(shù)的主要載體。

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