GSM-R分布式基站在大秦线多隧道区段的应用

■ 杜军 贾荣

GSM-R分布式基站在大秦线多隧道区段的应用

■ 杜军 贾荣

1 概述

近年来，随着我国铁路的快速发展，GSM-R系统作为确保铁路运输安全高效的技术手段之一，已经得到广泛应用。传统的GSM-R在多隧道区段通常采用直放站连接漏缆的方式作为弱场补强，如大秦线HSY-ZL06小区采用4个直放站远端机连接漏缆实现对小区内4段隧道的网络覆盖。但是，直放站远端机在使用过程中通常会出现引入噪声过大等问题，直接影响隧道区段的GSM-R网络质量，因此，要有一种可替代直放站的多隧道区段GSM-R弱场补强方式。2013年大秦线采用DBS3900分布式基站替代原有的直放站，通过替代前后网络质量对比，分析多隧道区段GSM-R分布式基站代替直放站的可行性，实现分布式基站在多隧道区段应用的提供可靠的理论和实践依据。

2 GSM-R分布式基站介绍

GSM-R分布式基站采用模块化设计，分为2种基本功能模块：基带控制单元（BBU）和射频拉远单元（RRU）。BBU与RRU之间通过接口光纤（CPRI）进行通信，并突破传统基站各单板模块集中安装的理念，使2种功能模块的安装方式更加灵活，且对环境要求低。

GSM-R分布式基站的一个最显著特点是：在一个BBU管辖站点下的多个RRU位置组分属不同的物理地址，但逻辑上属于同一小区，用户在此小区范围内移动，不发生小区间切换，与传统的GSM-R基站挂接直放站实现的功能相似。传统的直放站在对GSM-R信号放大的同时，也将各种引入的噪声信号放大，导致多隧道区段网络质量不良，而GSM-R分布式基站通过控制位置组RRU的发射功率实现GSM-R在多隧道区段的网络覆盖，具有发射功率高，引入噪声小降低干扰的特点。

3 GSM-R分布式基站替代直放站可行性分析

3.1 组网结构

传统的GSM-R基站加设直放站组网结构见图1。直放站近端机信号输入端通过超柔跳线与基站相连接，直放站远端机采取星型连接方式通过光纤与近端机连接，每个直放站远端机通过跳线与漏缆连接，实现对隧道内GSM-R信号的无缝覆盖。

图2 GSM-R分布式基站组网结构示意

GSM-R分布式基站组网结构见图2。组网模式和直放站相似。可将原有基站设备替换为BBU+RRU，直放站远端机处使用RRU替换，为了同原有网络连接方式保持一致，简化替换工程量，所有RRU可采取原星型连接方式通过光纤BBU连接，同样每个RRU通过跳线与漏缆连接，实现对隧道内GSM-R信号的无缝覆盖。

从以上GSM-R基站加设直放站与GSM-R分布式基站的组网结构比较，GSM-R分布式基站可完全替换原有GSM-R基站和直放站，且可完全利用原连接方式，无需增加新设备，只将原设备替换即可。

3.2 设备性能

直放站及分布式基站设备性能对比见表1。

从表1可看出，GSM-R分布式基站除具有直放站可实现的冗余覆盖、近端机备份以及支持多远端机的功能外，在设备灵敏度方面具有无噪声叠加的优点，即在放大GSM-R信号的同时，基本无放大噪声叠加。而直放站每台远端机就是一个放大器，多台远端机并联即多台放大器并联，由于噪声叠加导致施主基站上行接收灵敏度下降，远端机并联数目越多，施主基站灵敏度下降越严重。假设光纤直放站远端上行增益40 dB，噪声系数5 dB，施主基站噪声系数2.5 dB，施主基站至光纤直放站近端机间的大功率耦合器40 dB，单台光纤直放站远端机底噪-116 dBm，并联6台光纤直放站远端机后，到达施主基站的底噪为-108.2 dBm，即施主基站灵敏度下降10.7 dB；另外，GSM-R分布式基站具有较直放站更强的覆盖能力，故GSM-R分布式基站应用于铁路多隧道区段更具有优势。

3.3 可维护性

在大秦线GSM-R日常维护中，直放站与GSM-R基站在维护操作中涉及2套不同的网管，无法在同一网管实现监控和操作。在进行某小区直放站操作时，必须跨越2个管理系统进行设置，增加了操作复杂性，降低了工作效率，同时也增加了维护成本。另一方面，直放站设备监控存在以下问题：直放站设备告警上报实时性较差；查询状态信息速度较慢；直放站网管监控能力较弱，一般仅涉及上下行电平、上下行增益、下行驻波比、功放、电源告警等，基本都属于直放站本身告警行为，基本没有对网络监控能力。而GSM-R分布式基站和普通GSM-R基站一样，不仅可以监控基站自身产品告警，而且可以监控完整的网络性能监控。

可见，从组网结构、设备性能及可维护性方面分析，GSM-R分布式基站替代直放站是可行的。

4 大秦线多隧道区段应用GSM-R分布式基站网络质量对比

2013年4月，太原铁路局对大秦线存在突出网络质量问题的13处加设直放站的GSM-R基站进行设备更新改造，将原有的BTS3512和一体小型化基站BTS3502C基站替换为GSM-R分布式基站DBS3900。本次替换涉及多隧道区段2处：HSY-ZL、YQ-XZ，包括基站共7处，直放站远端机22处。以HSY-ZL06A小区（含4处直放站远端机）为例从以下3个方面进行GSM-R分布式基站应用前后对比。

4.1 机车OCU通信中断情况

通过GSM-R网络提供的电路域数据业务（CSD业务），实现了车载通信单元（OCU）与地面应用节点（AN）的不间断通信，为大秦线机车同步操控系统（LOCOTROL系统）提供异步、透明的电路交换数据承载。因此，GSM-R网络使用OCU与AN间通信中断次数衡量GSM-R网络质量的优劣。 HSY-ZL06A小区应用前后OCU通信中断情况见表2。

由表2对比情况看，DBS3900分布式基站应用可大大减少OCU通信中断。

4.2 话务统计指标

话务统计指标是衡量网络性能的重要手段之一，通过话务统计指标可评估网络质量优劣。HSY-ZL06A小区应用前后话务统计指标对比见表3。

从表3看出，应用DBS3900分布式基站后基本话务统计指标均有所提高。

表1 直放站及分布式基站设备性能对比

表2 OCU通信中断情况对比

表3 HSY-ZL06A小区话务统计指标

4.3 Abis接口监测测量报告

Abis接口监测测量报告是观测网络质量的重要手段，Abis接口监测测量报告可直观地显示小区上下行电平值及上下行电平质量，GSM-R分布式基站在HSY-ZL06A小区应用前后Abis接口监测测量报告对比见图3、图4。

对比图3、图4，应用GSM-R分布式基站后，HSYZL06A小区上行电平质量明显改善。

通过以上3方面对比分析，HSY-ZL06A小区应用GSM-R分布式基站后，GSM-R网络质量明显改善。通过对其余应用GSM-R分布式基站的多隧道区段的网络质量对比，网络质量也有不同程度的改善，此处不再赘述。

5 结论及展望

图3 应用GSM-R分布式基站前Abis接口监测报告

图4 应用GSM-R分布式基站后Abis接口监测报告

从GSM-R分布式基站的特性入手，通过组网结构、设备性能以及可维护性3方面与直放站进行对比，以及GSM-R分布式基站替代直放站可行性分析；并以HSYZL06A小区为例，分别在机车OCU通信中断情况、话统指标统计、Abis接口监测测量报告3方面对网络覆盖情况进行对比。对比结果显示，大秦线HSY-ZL06A小区应用GSM-R分布式基站后，GSM-R网络质量明显改善。验证了在多隧道区段GSM-R分布式基站替代直放站的可行性，为GSM-R分布式基站在多隧道区段应用提供了可靠的理论和实践依据。

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杜军：太原铁路局太原通信段技术支持中心，助理工程师，山西 太原，030013

贾荣：太原铁路局太原通信段技术支持中心，工程师，山西 太原，030013

责任编辑 陈晓云