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高速鐵路無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋設備淺析

余義威 2011/09/21

　　目前我國高速鐵路進(jìn)入快速發(fā)展階段，到2012年，我國將建成客運專(zhuān)線(xiàn)42條，總里程1.3萬(wàn)km，其中時(shí)速250km的線(xiàn)路有5000km，時(shí)速350km的線(xiàn)路有8000km。近年來(lái)部分路段高速鐵路已正式運營(yíng)，有越來(lái)越多的人選擇乘坐高鐵出行。隨著(zhù)中國高速鐵路進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，如何在高速鐵路中優(yōu)化無(wú)線(xiàn)信號，更好的方便于大眾、服務(wù)于大眾，成為國內相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上有識之士需要認真思考的問(wèn)題。

　　而作為中國無(wú)線(xiàn)通信設備的主要設備供貨商- 烽火科技•武漢虹信通信技術(shù)有限責任公司，身先士卒，采用創(chuàng )新、優(yōu)質(zhì)的數字直放站產(chǎn)品（XRRU）服務(wù)于中國高鐵，對京滬高鐵滄州段，浙江甬臺溫高鐵、溫福鐵路等進(jìn)行覆蓋。

　　從某種意義上來(lái)看，電信運營(yíng)商數字產(chǎn)品和高鐵處于共同的歷史發(fā)展階段，都處于發(fā)展的初期，并面臨重大的發(fā)展機遇。如何根據高鐵建設與運營(yíng)的發(fā)展歷程，以科學(xué)發(fā)展觀(guān)為指導，建設針對高鐵的通信網(wǎng)絡(luò )，是現階段電信運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )規劃的重要任務(wù)之一。高速鐵路覆蓋的特點(diǎn)是速度高、穿透損耗大、切換頻繁，這也對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )提出了更高的要求。

　　現階段高速鐵路無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋主要由以下三種覆蓋解決方式：

　　1、基站專(zhuān)網(wǎng)覆蓋：采用宏蜂窩基站覆蓋高速鐵路，并構成專(zhuān)網(wǎng)；
　　2、現網(wǎng)調整覆蓋：通過(guò)對現網(wǎng)基站的調整，增強信號覆蓋。現網(wǎng)基站同時(shí)覆蓋鐵路和周邊用戶(hù)；
　　3、光纖XRRU專(zhuān)網(wǎng)覆蓋：采用光纖XRRU遠端覆蓋高速鐵路，并構成專(zhuān)網(wǎng)。

　　現在針對以上的三種覆蓋解決方式進(jìn)行分析對比，以此來(lái)確定目前高鐵無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )最優(yōu)化的解決方案：

　　根據對高速鐵路的分析，我們認為光纖XRRU專(zhuān)網(wǎng)覆蓋方式更適合高速鐵路覆蓋。專(zhuān)網(wǎng)形成虛擬的獨立網(wǎng)絡(luò )，使用獨立的載頻資源。

　　專(zhuān)網(wǎng)覆蓋優(yōu)缺點(diǎn)

　　1、專(zhuān)網(wǎng)覆蓋的優(yōu)點(diǎn)

　　專(zhuān)網(wǎng)只有唯一的重選切換序列，信號更簡(jiǎn)潔，重選和切換更順暢，因此專(zhuān)網(wǎng)能更好地滿(mǎn)足列車(chē)提速；
　　專(zhuān)網(wǎng)完全不吸收大網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此只需要配置較少量的載波，頻率設計也較容易。

　　2、專(zhuān)網(wǎng)覆蓋的缺點(diǎn)

　　專(zhuān)網(wǎng)只在車(chē)站設有與大網(wǎng)的出入口，如果在車(chē)站不能進(jìn)入專(zhuān)網(wǎng)小區，則在列車(chē)運行期間手機將很難進(jìn)入專(zhuān)網(wǎng)，造成長(cháng)時(shí)間質(zhì)差的問(wèn)題；

　　專(zhuān)網(wǎng)對覆蓋質(zhì)量要求更高，如果手機在專(zhuān)網(wǎng)中一旦脫離專(zhuān)網(wǎng)，將很難重新進(jìn)入專(zhuān)網(wǎng)，造成長(cháng)時(shí)間質(zhì)差；

　　如果鐵路外圍用戶(hù)選擇了專(zhuān)網(wǎng)信號，那么用戶(hù)離開(kāi)鐵路覆蓋范圍時(shí)，由于專(zhuān)網(wǎng)沒(méi)有大網(wǎng)相鄰關(guān)系，用戶(hù)會(huì )出現脫網(wǎng)和掉話(huà)現象。

　　GRRU專(zhuān)網(wǎng)覆蓋方案



　　根據高速鐵路沿線(xiàn)縱深長(cháng)、覆蓋距離遠的情況，GRRU系統支持串、并聯(lián)的組網(wǎng)方式，可進(jìn)行遠距離的覆蓋，并且組網(wǎng)方式靈活多樣，十分適用于這種場(chǎng)景。

　　采用GRRU系統帶狀專(zhuān)網(wǎng)覆蓋，可以減少切換次數，提高覆蓋質(zhì)量。現網(wǎng)中單個(gè)近端最大級聯(lián)數量11個(gè)（最大級聯(lián)能力16個(gè)），最遠覆蓋距離可達到20公里，保證了高速鐵路覆蓋的連續性。

　　GRRU設備上下行載波最多支持16個(gè)載波，使用分集后上下行支持8載波，支持各種跳頻方式，可根據站點(diǎn)需求設置載頻數，可為覆蓋區提供大得多的容量。擴容方便，特別在高鐵沿線(xiàn)中的隧道、跨度大橋這類(lèi)場(chǎng)景中，設備安裝位置難以達到的，一旦需要擴容，無(wú)需到遠端設備做任何硬件改動(dòng)，只需在近端接入的基站機房進(jìn)行擴容。

　　GRRU專(zhuān)網(wǎng)覆蓋特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

　　1、組網(wǎng)靈活

　　GRRU可以根據高鐵具體情況靈活組網(wǎng)，除傳統的星型組網(wǎng)外，還可以支持級聯(lián)、環(huán)網(wǎng)等組網(wǎng)方式，采用級聯(lián)方式組網(wǎng)時(shí)，GRRU能夠節省了沿線(xiàn)光纖資源的占用。

　　針對高鐵信號覆蓋的特殊性，提供環(huán)形組網(wǎng)能的保護能力。


　　2、自動(dòng)時(shí)延調整

　　GRRU設備具有自動(dòng)時(shí)延校準的功能，近端通過(guò)測量不同遠端的時(shí)延，找出最大時(shí)延值并以其為標準調整各個(gè)遠端的時(shí)延，一般僅在設備開(kāi)通時(shí)才發(fā)送時(shí)延調整指令。在設備開(kāi)通過(guò)程中，一旦發(fā)生設備級聯(lián)、光纖傳輸鏈路等發(fā)生變化，近端發(fā)送時(shí)延調整指令，遠端自動(dòng)完成時(shí)延的調整。

　　自動(dòng)時(shí)延調整能自動(dòng)調整各個(gè)遠端設備與接入控制設備之間的時(shí)延，使不同的RRH與LIM之間的時(shí)延相等，消除同扇區遠端之間重疊信號覆蓋區域的時(shí)延色散干擾，相對于手動(dòng)時(shí)延調整更實(shí)時(shí)，更精確，程序能夠實(shí)時(shí)跟蹤時(shí)延的變化并進(jìn)行調整，減少了人工維護的成本。


　　3、底噪抑制功能

　　底噪抑制技術(shù)是針對GSM制式的信號而言，因為GSM信號屬于時(shí)隙信號，有用戶(hù)時(shí)才有時(shí)隙被激活，所以我們可以根據時(shí)隙功率來(lái)進(jìn)行時(shí)隙關(guān)斷，這樣當關(guān)斷時(shí)整個(gè)系統的底噪也一起被關(guān)斷了，從而降低了整個(gè)系統的平均底噪，減小了對基站的干擾。

　　GRRU設備可以單獨對各射頻拉遠單元的上行噪聲進(jìn)行控制，在帶24個(gè)遠端時(shí)引入的噪聲不大于-130dBm（帶寬為200KHz），可以保證鏈路平衡不受任何影響。

　　4、時(shí)延色散干擾

　　需要考慮GRRU站時(shí)延的引入對系統造成的影響。可能存在覆蓋區與施主扇區覆蓋區重疊的可能，如果兩重疊信號時(shí)延差小于4TA則不會(huì )造成任何問(wèn)題，這是GSM規范規定的。當兩信號時(shí)延差大于4TA且信號強度相當（差值小于10dB）則將導致手機掉話(huà)；因此，這時(shí)需要考慮選取背向光纖直放站覆蓋區的施主扇區，這樣基站重疊區和直放站重疊區就不會(huì )產(chǎn)生多徑引起的掉話(huà)了，而是兩個(gè)扇區信號的切換。


　　在GRRU安裝過(guò)程中會(huì )遇到信源基站和光纖直放站信號重疊的問(wèn)題，就是由于多徑傳播引起的時(shí)間色散產(chǎn)生同頻干擾。對于上圖所示，我們假設基站到戶(hù)用之間的信號質(zhì)量較好，能夠接收到正常的基站信號，但是此時(shí)如果引入一個(gè)GRRU，此時(shí)的時(shí)延差為delayB-delayA＝（5Km的空間時(shí)延＋10Km光纜時(shí)延＋設備時(shí)延）-5Km的空間時(shí)延＝10Km光纜時(shí)延＋設備時(shí)延＝2Km×4.76us/Km＋10μs＝19.52 us>15μs（4TA）。此時(shí)直放站的信號就只能判斷為同頻干擾信號，必須小于同頻干擾保護比9dB。

　　通過(guò)上述時(shí)延分析，我們提出以下相關(guān)建議：盡量選擇背向覆蓋區域的小區作為GRRU信號源，當采用RRU+GRRU方式進(jìn)行覆蓋時(shí)，RRU的射頻信號不直接進(jìn)行覆蓋，避免RRU與GRRU覆蓋中使用到的直放站信號覆蓋區形成重疊覆蓋區。

　　XRRU設備原理

　　虹信公司數字射頻拉遠設備不同于以往的模擬光纖直放站，它將RF信號經(jīng)變頻處理變?yōu)橹蓄l數字信號，再通過(guò)光纖拉遠進(jìn)行傳輸。其具體工作原理是：近端機將從基站接收到的基站下行信號通過(guò)耦合，下變頻處理，到基帶變?yōu)镮/Q信號或低中頻信號，經(jīng)ADC變換到數字信號后按一定幀格式打包成串行數據，再經(jīng)光纖發(fā)送到遠端機，遠端機經(jīng)基帶處理單元解幀，恢復I/Q或低中頻信號，經(jīng)DAC變換到模擬信號，再上變頻到射頻，經(jīng)發(fā)射子系統發(fā)射出去；遠端機將接收到的移動(dòng)終端上行信號通過(guò)上述逆過(guò)程，上送至基站接收端。

　　XRRU設備優(yōu)勢

　　1、優(yōu)秀的數字和射頻總體方案的設計，采用國外先進(jìn)的A/D數字芯片，結合我司長(cháng)期的FPGA的設計經(jīng)驗，設備處理能力強，選頻設備最多可接入24載波；（標書(shū)16載波）

　　2、射頻指標優(yōu)異，可以在復雜的網(wǎng)絡(luò )中應用，抵抗鄰頻干擾；

　　3、采用了高線(xiàn)性功放和高穩定度的時(shí)鐘源，在EDGE網(wǎng)絡(luò )下，支持FTP高速下載等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，在09年河南移動(dòng)組織的十家GRRU應標廠(chǎng)家測試中，達216Kbit/s，排名第一；

　　4、IP防護等級可達IP67，完全防塵防水防鹽防霧；

　　5、遠端機內置防雷模塊，防護等級C級，最大放電電流 120kA，最大保護電壓2700V；

　　6、可以根據特殊環(huán)境定制雙電源和雙功放的產(chǎn)品；

　　7、我公司生產(chǎn)的XRRU產(chǎn)品可以通過(guò)微波進(jìn)行傳輸。

　　從國內現階段的建網(wǎng)趨勢來(lái)看，XRRU數字直放站產(chǎn)品逐漸的取代傳統的模擬直放站產(chǎn)品，特別是在高鐵中的應用，XRRU已經(jīng)成為了解決高鐵無(wú)線(xiàn)信號的事實(shí)的標準，利用XRRU直放站組網(wǎng)系統，大大提升了組網(wǎng)的靈活性和業(yè)務(wù)快速開(kāi)通。目前XRRU技術(shù)發(fā)展很快，國內主流廠(chǎng)家都推出了相應的XRRU設備，運營(yíng)商也非常關(guān)注其應用加之，也為XRRU的快速發(fā)展增添了動(dòng)力。

　　虹信公司從2005年開(kāi)始了對XRRU技術(shù)的跟蹤和研發(fā)，經(jīng)過(guò)幾年的努力，逐步在國內引領(lǐng)XRRU技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)推出全系列的XRRU產(chǎn)品，獲得了客戶(hù)的大量認可，已經(jīng)在全國各大運營(yíng)商市場(chǎng)獲得了大量的商用。

　　運營(yíng)商的需求是推動(dòng)X(jué)RRU技術(shù)不停發(fā)展的主要動(dòng)力，XRRU融合了多種技術(shù)優(yōu)勢，因此備受業(yè)界的關(guān)注，從目前的業(yè)務(wù)需求和成熟度而言，XRRU的規模商用還需要1-2年時(shí)間，預計未來(lái)5年內，XRRU的市場(chǎng)將超過(guò)傳統的模擬直放站設備，必將成為未來(lái)直放站的主流產(chǎn)品。虹信公司秉承烽火人“求真、務(wù)實(shí)”的工作作風(fēng)，為了國家的高鐵事業(yè)奉獻著(zhù)自己智慧和汗水。

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