高速铁路无线网络覆盖设备浅析
余义威 2011/09/21
目前我国高速铁路进入快速发展阶段，到2012年，我国将建成客运专线42条，总里程1.3万km，其中时速250km的线路有5000km，时速350km的线路有8000km。近年来部分路段高速铁路已正式运营，有越来越多的人选择乘坐高铁出行。随着中国高速铁路进入一个快速发展的时期，如何在高速铁路中优化无线信号，更好的方便于大众、服务于大众，成为国内相关产业链上有识之士需要认真思考的问题。
而作为中国无线通信设备的主要设备供货商- 烽火科技•武汉虹信通信技术有限责任公司，身先士卒，采用创新、优质的数字直放站产品（XRRU）服务于中国高铁，对京沪高铁沧州段，浙江甬台温高铁、温福铁路等进行覆盖。
从某种意义上来看，电信运营商数字产品和高铁处于共同的历史发展阶段，都处于发展的初期，并面临重大的发展机遇。如何根据高铁建设与运营的发展历程，以科学发展观为指导，建设针对高铁的通信网络，是现阶段电信运营商网络规划的重要任务之一。高速铁路覆盖的特点是速度高、穿透损耗大、切换频繁，这也对移动通信网络提出了更高的要求。
现阶段高速铁路无线网络覆盖主要由以下三种覆盖解决方式：
1、基站专网覆盖：采用宏蜂窝基站覆盖高速铁路，并构成专网；
2、现网调整覆盖：通过对现网基站的调整，增强信号覆盖。现网基站同时覆盖铁路和周边用户；
3、光纤XRRU专网覆盖：采用光纤XRRU远端覆盖高速铁路，并构成专网。
现在针对以上的三种覆盖解决方式进行分析对比，以此来确定目前高铁无线网络最优化的解决方案：
根据对高速铁路的分析，我们认为光纤XRRU专网覆盖方式更适合高速铁路覆盖。专网形成虚拟的独立网络，使用独立的载频资源。
- 专网覆盖要求专网信号只覆盖铁路，不覆盖周边区域，要求对信号有很好的控制，尽量避免对外围区域的泄露；
- 专网形成虚拟的独立网络，只在车站区域设置与大网的出入口，铁路覆盖区不设大网邻区，减少列车运行过程中切换和重选次数；
- 专网覆盖完全不吸收大网业务，只吸收列车上的业务；
- 专网覆盖使用专用的载频资源，要避免与大网形成同步干扰；
- 采用XRRU系统，以其级联组网方式，保证高铁覆盖的连续性。
专网覆盖优缺点
1、专网覆盖的优点
专网只有唯一的重选切换序列，信号更简洁，重选和切换更顺畅，因此专网能更好地满足列车提速；
专网完全不吸收大网业务，因此只需要配置较少量的载波，频率设计也较容易。
2、专网覆盖的缺点
专网只在车站设有与大网的出入口，如果在车站不能进入专网小区，则在列车运行期间手机将很难进入专网，造成长时间质差的问题；
专网对覆盖质量要求更高，如果手机在专网中一旦脱离专网，将很难重新进入专网，造成长时间质差；
如果铁路外围用户选择了专网信号，那么用户离开铁路覆盖范围时，由于专网没有大网相邻关系，用户会出现脱网和掉话现象。
GRRU专网覆盖方案
根据高速铁路沿线纵深长、覆盖距离远的情况，GRRU系统支持串、并联的组网方式，可进行远距离的覆盖，并且组网方式灵活多样，十分适用于这种场景。
采用GRRU系统带状专网覆盖，可以减少切换次数，提高覆盖质量。现网中单个近端最大级联数量11个（最大级联能力16个），最远覆盖距离可达到20公里，保证了高速铁路覆盖的连续性。
GRRU设备上下行载波最多支持16个载波，使用分集后上下行支持8载波，支持各种跳频方式，可根据站点需求设置载频数，可为覆盖区提供大得多的容量。扩容方便，特别在高铁沿线中的隧道、跨度大桥这类场景中，设备安装位置难以达到的，一旦需要扩容，无需到远端设备做任何硬件改动，只需在近端接入的基站机房进行扩容。
GRRU专网覆盖特点及优点
1、组网灵活
GRRU可以根据高铁具体情况灵活组网，除传统的星型组网外，还可以支持级联、环网等组网方式，采用级联方式组网时，GRRU能够节省了沿线光纤资源的占用。
针对高铁信号覆盖的特殊性，提供环形组网能的保护能力。
2、自动时延调整
GRRU设备具有自动时延校准的功能，近端通过测量不同远端的时延，找出最大时延值并以其为标准调整各个远端的时延，一般仅在设备开通时才发送时延调整指令。在设备开通过程中，一旦发生设备级联、光纤传输链路等发生变化，近端发送时延调整指令，远端自动完成时延的调整。
自动时延调整能自动调整各个远端设备与接入控制设备之间的时延，使不同的RRH与LIM之间的时延相等，消除同扇区远端之间重叠信号覆盖区域的时延色散干扰，相对于手动时延调整更实时，更精确，程序能够实时跟踪时延的变化并进行调整，减少了人工维护的成本。
3、底噪抑制功能
底噪抑制技术是针对GSM制式的信号而言，因为GSM信号属于时隙信号，有用户时才有时隙被激活，所以我们可以根据时隙功率来进行时隙关断，这样当关断时整个系统的底噪也一起被关断了，从而降低了整个系统的平均底噪，减小了对基站的干扰。
GRRU设备可以单独对各射频拉远单元的上行噪声进行控制，在带24个远端时引入的噪声不大于-130dBm（带宽为200KHz），可以保证链路平衡不受任何影响。
4、时延色散干扰
需要考虑GRRU站时延的引入对系统造成的影响。可能存在覆盖区与施主扇区覆盖区重叠的可能，如果两重叠信号时延差小于4TA则不会造成任何问题，这是GSM规范规定的。当两信号时延差大于4TA且信号强度相当（差值小于10dB）则将导致手机掉话；因此，这时需要考虑选取背向光纤直放站覆盖区的施主扇区，这样基站重叠区和直放站重叠区就不会产生多径引起的掉话了，而是两个扇区信号的切换。
在GRRU安装过程中会遇到信源基站和光纤直放站信号重叠的问题，就是由于多径传播引起的时间色散产生同频干扰。对于上图所示，我们假设基站到户用之间的信号质量较好，能够接收到正常的基站信号，但是此时如果引入一个GRRU，此时的时延差为delayB-delayA＝（5Km的空间时延＋10Km光缆时延＋设备时延）-5Km的空间时延＝10Km光缆时延＋设备时延＝2Km×4.76us/Km＋10μs＝19.52 us>15μs（4TA）。此时直放站的信号就只能判断为同频干扰信号，必须小于同频干扰保护比9dB。
通过上述时延分析，我们提出以下相关建议：尽量选择背向覆盖区域的小区作为GRRU信号源，当采用RRU+GRRU方式进行覆盖时，RRU的射频信号不直接进行覆盖，避免RRU与GRRU覆盖中使用到的直放站信号覆盖区形成重叠覆盖区。
XRRU设备原理
虹信公司数字射频拉远设备不同于以往的模拟光纤直放站，它将RF信号经变频处理变为中频数字信号，再通过光纤拉远进行传输。其具体工作原理是：近端机将从基站接收到的基站下行信号通过耦合，下变频处理，到基带变为I/Q信号或低中频信号，经ADC变换到数字信号后按一定帧格式打包成串行数据，再经光纤发送到远端机，远端机经基带处理单元解帧，恢复I/Q或低中频信号，经DAC变换到模拟信号，再上变频到射频，经发射子系统发射出去；远端机将接收到的移动终端上行信号通过上述逆过程，上送至基站接收端。
XRRU设备优势
1、优秀的数字和射频总体方案的设计，采用国外先进的A/D数字芯片，结合我司长期的FPGA的设计经验，设备处理能力强，选频设备最多可接入24载波；（标书16载波）
2、射频指标优异，可以在复杂的网络中应用，抵抗邻频干扰；
3、采用了高线性功放和高稳定度的时钟源，在EDGE网络下，支持FTP高速下载等互联网业务，在09年河南移动组织的十家GRRU应标厂家测试中，达216Kbit/s，排名第一；
4、IP防护等级可达IP67，完全防尘防水防盐防雾；
5、远端机内置防雷模块，防护等级C级，最大放电电流 120kA，最大保护电压2700V；
6、可以根据特殊环境定制双电源和双功放的产品；
7、我公司生产的XRRU产品可以通过微波进行传输。
从国内现阶段的建网趋势来看，XRRU数字直放站产品逐渐的取代传统的模拟直放站产品，特别是在高铁中的应用，XRRU已经成为了解决高铁无线信号的事实的标准，利用XRRU直放站组网系统，大大提升了组网的灵活性和业务快速开通。目前XRRU技术发展很快，国内主流厂家都推出了相应的XRRU设备，运营商也非常关注其应用加之，也为XRRU的快速发展增添了动力。
虹信公司从2005年开始了对XRRU技术的跟踪和研发，经过几年的努力，逐步在国内引领XRRU技术的发展，目前已经推出全系列的XRRU产品，获得了客户的大量认可，已经在全国各大运营商市场获得了大量的商用。
运营商的需求是推动XRRU技术不停发展的主要动力，XRRU融合了多种技术优势，因此备受业界的关注，从目前的业务需求和成熟度而言，XRRU的规模商用还需要1-2年时间，预计未来5年内，XRRU的市场将超过传统的模拟直放站设备，必将成为未来直放站的主流产品。虹信公司秉承烽火人“求真、务实”的工作作风，为了国家的高铁事业奉献着自己智慧和汗水。
CTI论坛报道
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