基于RRU的GSM-R高铁通信应用

杨楠 孙梦雨 赵娟

【摘要】高铁线路的通信、行车信号是重中之重的命脉。所以对GSM-R无线信号的覆盖提出了包括容量，切换和建站安装等多方面的要求，与传统的宏基站相比，分布式基站技术具有站址资源的有效利用率高.低成本.基站的覆盖能力高，射频性能佳，环境适应性强，工程方便等优点，很好的解决了上述问题。高铁建设引发的关于网络覆盖问题尤为复杂，高铁列车的先进技术带来了信号消耗大，区域切换频率高，且重叠区域小，多普勒效应较强问题等的问题，因此网络覆盖的效果和效率问题就成了服务网络技术的难题，本文从分布式基站覆盖的网络技术方案入手进行相关问题的分析和解决，并利用“BBU资源池”加快了分布式基站技术的普及和发展。

【关键词】GSM-R;RRU;高铁通信;信号覆盖

【基金项目】陕西省教育厅2019年科學研究专项计划资助，项目名称：《高铁机房灾备通信电源设计研究》

项目编号：19JK0696。

我国移动通信网络的技术已经走过了第一代模拟技术（1G）、第二代数字技术（2G）和第三代宽带数字技术（3G），目前正处在第四代移动通信技（4G），分布式基站与原来国内的直放站相比不仅能完善覆盖，还能带来网络容量和性能的提升，符合建大网的要求，分布式基站是4G时代网络建设的主流设备已在国内大规模商用，同时该向技术也为中国高铁通信助力。

1. 分布式基站的关键技术及发展

针对高铁应用需求的特殊性能，传统基站已经不能满足我国高速铁路的飞速发展。而此时，具有级联特性的分布式基站对高铁沿线复杂地形地貌的适应性的有点久显得异常明显，因此，传统基站势必将被之取代。

现世界趋于IP化，物联网，互联网大量组网，资源可大量互换，基站未来的发展也将是IP化的，如图1所示，其结合特定的算法程序，在基站运行工程中动态改变特定计算资源，将根据任务特点和计算资源集的使用情况进行计算。

2. 分布式基站技术的具体应用

无线基站覆盖隧道特性：采用漏缆+射频单元进行覆盖;车站室内分布基站系统覆盖特性：采用“RRU+天线”方式完成覆盖。铁路资源的共享特性：在确保铁路安全运行的前提下，可以适当、合理的共享资源。

2.1 RRU的具体应用。

为了更加合理的利用现有资源，采用分布式基站能有效降低小区数目，此处，以小区合并为例，建设时为了减少切换，降低网络时延。根据使用需求逐步调整小区规划，所有操作均可在后台完成，降低了维护成本，提高了系统稳定性和运行效率。

小区分裂要求必须通过直接的宏基站来完成，如果高速铁路沿线不存在宏基站的话，那么必须要沿着铁道走线创建BBU+RRU基站，此外，通信设备的安全也是建设中需要考虑的问题，一般来说，高速铁路沿线的RRU设备应设置在距离铁路线50米以外处。

BBU+RRU的建设方案，普遍应用于高速铁路的沿线。一般我们将RRU设备安装在铁塔顶端，这与传统的RRU塔下安装对比，能够有效降低馈线损耗，并且能够同时扩大下行和上行链路覆盖半径，在实际应用中，塔上安装能够利用基站合成噪声系数，减少馈线损耗。

2.2 区域划分和BBU+RRU覆盖方式

传统基站的覆盖方式已经无法满足高速铁路用户的通信需求，这也迫使新的技术应用在高速铁路沿线。针对我国铁路沿线地形地貌的复杂多样性，高速铁路的路径可能贯穿多个迥异的地理环境，因此针对高速铁路独特特性的专用网络建设就显得尤为重要。在建设中，可以适当将小区合并，进行区域划分并采用BBU+RRU覆盖方式，这样能有效扩展高速铁路沿线小区的覆盖长度，每一个单独的小区RRU可以单独进行话务量的统计工作。

2.3 BBU资源池在高铁中的应用

在5G网络时代，“BBU”资源池、分布式基站（BBU+RRU）、传统宏基站、微基站都将在一定时期内并存，该技术现主要用于密集城区，业务的“呼吸效应”会比较明显，高铁在一定程度上也集中了大量的网络用户，这时，网络不仅要为行车提供安全的保障，也要为此刻提供更好的用户体验，通过采用传输汇聚机房（大BBU池）与宏基站机房（小BBU池）相结合的建设模式，实现多场景、多个宏站及室分站点的BBU集中处理，包括BBU堆叠和多BBU互联成池等技术以及不同站点的宏RRU、微RRU通过集中的BBU交互高带宽、低时延数据，实现快速协同。其具有满足无线网络覆盖和容量需求，具备大规模数据流量处理能力的传输资源的能力，具备长期安全运营条件，不仅为列车提供完美的通信，也为用户提供飞一样的网络体验。

3. 存在问题

采用RRU技术，可以节省常规建网方式中的大量机房，但应用前提是需要光纤进行传输，价格方面，RRU比直放站要贵1/3左右，如果光纤断开将无法连接，所以要具备双备份的光缆路由。与传统宏基站相比，分布式基站的天馈系统能够降低成本约30万元，电源设备也能降低近40万的资金投入，传输设备能够节约前期投入成本还是近30万元，与宏基站建设优势不是十分明显。这几年，移动互联网飞速发展，并将以这种速度继续增长，如今5G网络的出现对于网络优化工作更是一个严峻的挑战，无线网络优化受到越来越多来自新的业务的压力和挑战，在不同的场合展现出卓越的性能，并在各种场合优化有针对性的技术，随着无线网络的不断发展应用，还会有更多新的问题和新的技术不断引进。

4. 结束语

高铁作为现代人出行的主要交通工具，各级单位和部门都极其重视高铁网络的建设。为了枪战市场以及优化用户体验，因此必须加大新技术的研究与应用。现该项技术已在高铁路线中频繁使用，随着我国国力，生产力，创造力的提升，该项技术必定能够成为新技术的主要载体。

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