GSM-R数字光纤直放站环形组网场景下的动态检测探讨

2021-07-17邬云胜

通信电源技术 2021年6期

邬云胜

（中铁电化集团北京电信研究试验中心有限公司，北京 100036）

0 引言

出于对安全的考虑，现有的GSM-R网络覆盖方案中存在基站设置过于密集的现象，导致实际应用中出现同频干扰、邻频干扰以及切换次数多等现象，影响QoS服务质量[1]。同时用于解决弱场覆盖的模拟光纤直放站是会造成上行链路底噪叠加和多径时延引起的同频干扰等诸多问题。随着大规模集成电路技术的不断发展，芯片的处理速度得到巨大提升，采用数字光纤直放站技术延伸GSM-R基站覆盖是一个可以很好解决上述问题的方法[2]。由于数字光纤直放站的良好特性，因此它逐渐取代模拟光纤直放站成为铁路GSM-R系统发展的新方向。随着作为延伸GSM-R基站覆盖方式的数字光纤直放站技术的大量运用，铁路动态测试需要做进一步的深化。

1 GSM-R数字光纤直放站的原理及特点

GSM-R数字光纤直放站采用软件无线电技术，近端机提取基站射频信号进行数字滤波和变频等数字化处理，经过电光转换，通过CPRI标准数字传输接口将基站信号传送到远端机并还原为射频信号。通过数字化方式补偿近端单元（Master Hub Unit，MHU）和远端单元（Remote Radio Unit，RRU）之间的光损耗，能有效提升信号质量、传输距离以及抗干扰能力[3-5]。内部构成如图1所示。

图1 数字光纤直放站结构示意图

数字光纤直放站在铁路GSM-R系统应用中，远端设备具备与基站相当的输出功率，且具备上行分集接收的功能，能有效增加基站覆盖范围，减少切换次数，降低频率空间复用率，提高系统的可靠性，减少对列控数据的干扰，为枢纽地区的频率规划问题的解决提供思路。数字光纤直放站具备智能时延调整功能，通过调整远端设备进行同步发射和接收，消除了多台远端设备级联引起的底噪抬升现象，改善了采用模拟光纤直放站技术带来的时延差和上行信号干扰问题。数字光纤直放站支持链状和环形组网结构，符合铁路链状网组网特点和可靠性要求。此外，采用数字光纤直放站进行GSM-R网络覆盖，经济环保，能减少占地和用电等。

2 GSM-R数字光纤直放站环形组网场景下的动态检测探讨

GSM-R数字光纤直放站组网灵活，可根据不同应用需求，实现星形、环形、菊花形以及混合型等多种组网方式[6]。由于环形组网结构可靠性高、网络自愈能力强，因此适用于铁路正线延伸GSM-R基站覆盖。单网交织环形组网方式如图2所示，为了验证采用GSM-R数字光纤直放站环形组网方式延伸基站覆盖对GSM-R服务质量的影响，须在GSM-R系统处于正常开启状态及GSM-R系统清频和网络优化完成的情况下进行[7]。对于上述提到的数字直放站的诸多优势，将从下面4个方向来探讨采用数字光纤直放站技术对GSM-R服务质量的影响。

图2 数字光纤直放站单网交织环形组网部分示意图

2.1 时延调整对GSM-R服务质量的影响

GSM-R数字光纤直放站环形组网场景情况下通常会对远端设备进行时延调整，通过增大单个远端机到近端机的时延，使同一环内不同距离的远端机到近端机之间的时延基本一致，即同一小区内不同设备之间重叠信号覆盖区域的时延差小于14.8 μs（约4TA），避免了不同设备重叠覆盖区域之间产生时间色散的现象[8,9]。为了分析数字光纤直放站采用时延调整状态下时延对GSM-R业务的影响，可作如下测试。

一是配置GSM-R数字光纤直放站开启自动时延调整功能；二是测试区域的基站和直放站均正常工作，动态检测车从RU5往RU1方向行驶；三是开启MS-FT呼叫检测成功率、连接失效概率、传输无差错时间、传输干扰时间以及GPRS丢包率测试项[10,11]；四是人为制造RU1故障（断掉其电源）；五是观察记录动态检测系统从RU5往RU2的过程中MS-FT呼叫检测成功率、连接失效概率、传输无差错时间、传输干扰时间以及GPRS丢包率的结果变化。

2.2 环状结构组网单点故障对GSM-R服务质量的影响

为了分析环形组网情况下光环路故障和设备故障对业务造成的影响，可作如下测试。

一是配置GSM-R数字光纤直放站开启固定时延状态；二是测试区域的基站和直放站均正常工作，动态检测车从RU5往RU1方向行驶，检测系统开启MS-FT呼叫检测成功率、连接失效概率、传输无差错时间、传输干扰时间以及GPRS丢包率测试项；三是检测车行驶到RU3时，断掉RU1主用光环路中的一根光纤，其他远端设备不做任何操作；四是恢复RU1主用光环路中的一根光纤，其他远端设备不做任何操作；五是测量当前数字光纤直放站服务区域的业务中断时间、时延变化以及相同小区其他远端设备覆盖区域的时延变化；六是记录动态检测系统从RU3往RU1的过程中，观察MS-FT呼叫检测成功率、连接失效概率、传输无差错时间、传输干扰时间以及GPRS丢包率的结果变化；六是断掉全部主用光纤环，重复上述步骤四和步骤六，测试备用光纤环单点故障对GSM-R系统服务质量的影响。

2.3 上行底噪抑制对GSM-R服务质量的影响

数字光纤直放站具备上行链路底噪抑制功能，数字化后的信号通过DSP处理可以有效滤除噪声信号，有效抑制了远端机放大器引入的噪声，消除了由于远端机引起的基站上行底噪抬升现象。为了分析上行底噪抑制的开启与否对GSM-R业务的影响，可作如下测试。

一是配置GSM-R数字光纤直放站，不开启上行底噪抑制；二是测试区域的基站和直放站均正常工作，动态检测车从RU5往RU1方向行驶，检测系统开启切换成功率、传输无差错时间、传输干扰时间以及GPRS吞吐量测试，并通过接口检测系统查看上行测量报告；三是查看并记录不开启上行底噪抑制的动态测试结果；四是配置GSM-R数字光纤直放站开启上行底噪抑制；五是重复步骤四；六是查看并记录开启上行底噪抑制的动态测试结果；七是比较分析步骤三和步骤六的结果。

2.4 自动载频跟踪对GSM-R服务质量的影响

数字光纤直放站具备自动载波跟踪功能，近端单元可以自动跟踪信源基站载波，当信源基站频点改变时，数字光纤直放站可以根据信源基站频点改变情况，自动设置。数字光纤直放站还具备载波池功能，在载波池内可设置任意载频，能准确选择当前载频的GSM信号，滤除无关信号。为避免因数字直放站载频配置的原因导致在BCCH载频和TCH载频上出现GSM-R服务质量相关测试结果不符合指标要求的情况，可作如下测试。

一是测试区域的基站和直放站均正常工作；二是配置GSM-R数字光纤直放站开启自动载波跟踪，并清除资源中已有的载频号；三是动态检测车从RU5往RU1方向行驶，检测系统开启MS-FT呼叫检测成功率和连接失效概率、传输无差错时间、传输干扰时间、以及GPRS丢包率测试项；四是检测车在RU5位置时，调整更换BTS1的BCCH和TCH频率；五是动态检测系统从RU5往RU1的过程中，观察记录MS-FT呼叫检测成功率和连接失效概率、传输无差错时间、传输干扰时间以及GPRS丢包率的结果变化。