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摘要：在GSM-R网络的建设过程中，存在多条新建铁路引入同一铁路枢纽以及在枢纽地区存在着交叉并线等情况。随着既有线无线列调改造成GSM-R网络的大规模实施，在枢纽地区GSM-R网络的无线覆盖问题日益突出。文章根据青荣城际枢纽站的具体实施和应用情况，介绍了分布式基站共小区技术的原理和特点以及如何解决青荣城际枢纽的覆盖问题。
关键词：GSM-R网络；分布式基站；共小区技术；直放站；铁路枢纽 文献标识码：A
中图分类号：TN929 文章编号：1009-2374（2015）12-0052-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.026
1 铁路GSM-R覆盖方案现状
1.1 宏基站覆盖方案
宏基站是目前GSM-R信号覆盖的主要手段，其功率大、容量高的特点可以满足平铁路沿线的远距离覆盖和容量的需求。虽然技术已经非常成熟，但其功率大的特点也给铁路交叉、并线、隧道等覆盖场景带来了诸多干扰、切换问题，同时需要机房、铁塔的配套，因此在部分特定覆盖区域的实际使用中受到了限制。
1.2 直放站覆盖方案
铁路线延伸区域广阔，涉及地形复杂，沿线众多隧道，山体和坡地等因素都对GSM-R信号形成阻挡产生盲区，使用GSM-R基站进行整条铁路线的信号覆盖无疑将产生巨额资金投入。
为了解决局部覆盖盲区问题并兼顾建设成本，GSM-R已经引入了成本更低的直放站解决方案，并取得了比较良好的应用效果。
当前在铁路GSM-R系统中应用较多的直放站主要分为两种：干放式直放站和光纤拉远直放站。其中，干放式直放站通过耦合近端基站的信号，经功率放大后输出至天馈系统，以达到对低话务量、弱信号区的覆盖，但因其输出功率有限，应用局限性较大；光纤拉远直放站是结合目前铁路沿线已有的光纤资源，引入信号延伸设备对GSM-R基站信号进行延伸和补盲的解决方案，产品相对于传统直放站产品有着较大的优势。图2是光纤拉远直放站的应用图示：
直放站虽然成本低廉，在狭小的单点覆盖区域具有良好的经济实用性，但由于原理上仅是耦合基站信号进行二次放大，并不能增加GSM-R系统容量。同时直放站的引入，将抬升宿主基站3～6db的底噪，极端情况下，宿主基站的覆盖半径可能缩减2～4倍，客观上影响了宏基站的覆盖和网络性能指标，尤其像交叉、并线、枢纽站等对干扰、切换指标要求严格的城际、高铁线路，直放站已经满足覆盖需求。
2 分布式基站方案介绍
GSM-R分布式基站系统，从架构上看，就是把传统的宏基站设备（BTS）分为两部分：基带处理单元（BBU）和远端射频处理单元（RRU），二者通过CPRI（Common Public Radio Interface）接口光纤进行通信。BBU是基带控制单元，完成基站与BSC之间的交互功能。RRU主要完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理、合分路等功能。在网络部署时，将BBU设置在通信机房内，通过E1接入到传输设备，同时通过光纤与规划站点上部署的RRU进行连接，完成网络覆盖。
分布式基站本质上是基站的一种，与上文所述的光纤直放相比有本质区别。它不但可以提供独立的载频容量，还能通过光纤将射频模块拉远，对隧道、桥梁、交叉、并线、编组站等复杂覆盖场景提供了一种新的解决方案。
3 分布式基站多站点共小区技术
分布式基站在实际网络覆盖中，根据实际的场景（隧道、路堑、弯道，三岔口等）部署RRU，每个RRU构成一个覆盖小区。每套BBU可以连接多套RRU设备。分布式基站多站点共小区技术将BBU下的多个RRU站点合并成一个小区。每套RRU拉远实现一个站点下的多个物理小区（称为位置组）分属不同的物理地址，但是逻辑上属于同一个小区。每个位置组的载频数、频点、信道配置、CGI等小区级的参数配置为相同。每个位置组通过BBU控制，实现空口同步发送，不同位置组间不会形成同频干扰。通过网管配置主位置组，主位置组的TRX完成所有业务功能，包括小区的管理、业务的控制等；从位置组接收调制数据或者将上行解调后数据传送到主位置组。单套BBU配置可6个CPRI接口，可分别接6个位置组。通过使用共小区技术，可以扩大小区覆盖距离，从而减少跨小区切换次数。
4 分布式基站多站点共小区技术应用场景
4.1 交叉线路场景
在交叉线路场景下，列车运行线路复杂，小区切换判决困难，可以使用多站点共小区特性解决此问题。例如图中上半部分的情况，按照一般的宏基站的网络部署，位于分叉节点的小区3，受到来自6个小区的信号干扰。这样的情况下，无法利用GSM-R的4M频率，规划出O2的站点。如果采用交织冗余覆盖，网络规划无法进行，频点规划不开。位于小区3并且即将移向小区4和5的用户，无法有效地判断和控制小区切换。
如果采用分布式基站多站点共小区的特性，将分叉节点所在的位置和其前后的主线与分线，都规划在一个小区的不同位置组，扩大小区的范围，在4M频段内，可以规划出O6站型，满足容量需求，减低频率规划的难度。同时，位于分叉节点的用户，无论向哪个方向移动，都属于同一个小区的范围内，不会出现小区间切换难以判断的问题。
4.2 并线及枢纽场景
并线及枢纽站区域列车多、调度繁忙，对GSM-R容量提出更高的要求，传统基站很难进行频率规划。部署分布式基站并且采用共小区特性可以规划出满足大容量需求的站型。
同时，枢纽站分支线路多，对GSM-R小区切换控制提出了更高的要求，传统基站无法保证小区切换到正确的分支线路。分布式基站延长了小区覆盖，例如图6所示，在分叉路口安放的RRU可以保证列车无论继续向哪个方向运行，都不需要在该路口执行切换。一旦进入分支线路，相邻小区只由该线路上唯一的宏基站提供，从而保证了到各分支线路切换的准确性。
4.3 隧道/桥梁覆盖场景
隧道和桥梁场景中，通信设备的安装空间有限，站点部署困难。利用分布式基站体积小、重量轻、安装灵活的特点，可以合理规划站点位置。隧道中两个BBU需要尽量放置在不同的地点，例如分别放在隧道的两端。同时，共小区特性的采用，扩大了单小区的覆盖距离，可以避免在入口处和隧道内的切换，提高通信质量。如下图，一般容量的规划需求是O2，因此频率资源相对充足，为了提高两张网络之间的切换性能，减少对维护的需求，使用普通的双网备份，以保证中断的业务用户可以在瞬间倒换到备网。
5 青荣城际枢纽站案例分析
改用分布式基站覆盖方案如下：
青荣城际铁路进入烟台站时，在官庄（DK202+170）、烟台南（DK200+850）、西陌堂（DK195+790）单独设置宏基站；三个车站之间的三角区域采用分布式基站覆盖，分布式基站采用BBU备份，两个BBU分别放在西陌堂和烟台南站。每个RRU分别连接2个BBU，主用BBU出现故障后切自动换到备用的BBU，具体覆盖方案如图8所示：
频率规划：
6个位置区RRU采用共小区技术，站型按02考虑。
光纤走线方案：
BBU放在“管庄”车站，那么所有光纤都要从“管庄站”引出，直通到“西陌堂站”后折回到“烟台南站”，这样沿线所有RRU都能连接到BBU。具体如图9所示：
过轨方案：一个RRU覆盖两三个隧道，隧道口需要有过轨条件，保障馈线能够到达不同的隧道口。
小节分析：（1）解决青烟威荣的枢纽引入的规划问题；（2）为后续其他线路，包括既有线接入枢纽时的频率规划问题提供参考。
6 结语
分布式基站具有先进的技术，尤其是分布式基站的共小区技术，通过在GSM-R系统中应用的场景分析和应用，对解决我国铁路GSM-R无线频率不足，尤其是枢纽地区、交叉并线区域的无线覆盖，相对于直放站及宏基站有明显优势，在实际工程实施中，可结合具体场景合理应用分布式基站技术。
作者简介：张智（1983-），男，山东济南人，中铁工程设计咨询集团公司济南院工程师，研究方向：通信工程。
（责任编辑：秦逊玉）
关键词：GSM-R网络；分布式基站；共小区技术；直放站；铁路枢纽 文献标识码：A
中图分类号：TN929 文章编号：1009-2374（2015）12-0052-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.026
1 铁路GSM-R覆盖方案现状
1.1 宏基站覆盖方案
宏基站是目前GSM-R信号覆盖的主要手段，其功率大、容量高的特点可以满足平铁路沿线的远距离覆盖和容量的需求。虽然技术已经非常成熟，但其功率大的特点也给铁路交叉、并线、隧道等覆盖场景带来了诸多干扰、切换问题，同时需要机房、铁塔的配套，因此在部分特定覆盖区域的实际使用中受到了限制。
1.2 直放站覆盖方案
铁路线延伸区域广阔，涉及地形复杂，沿线众多隧道，山体和坡地等因素都对GSM-R信号形成阻挡产生盲区，使用GSM-R基站进行整条铁路线的信号覆盖无疑将产生巨额资金投入。
为了解决局部覆盖盲区问题并兼顾建设成本，GSM-R已经引入了成本更低的直放站解决方案，并取得了比较良好的应用效果。
当前在铁路GSM-R系统中应用较多的直放站主要分为两种：干放式直放站和光纤拉远直放站。其中，干放式直放站通过耦合近端基站的信号，经功率放大后输出至天馈系统，以达到对低话务量、弱信号区的覆盖，但因其输出功率有限，应用局限性较大；光纤拉远直放站是结合目前铁路沿线已有的光纤资源，引入信号延伸设备对GSM-R基站信号进行延伸和补盲的解决方案，产品相对于传统直放站产品有着较大的优势。图2是光纤拉远直放站的应用图示：
直放站虽然成本低廉，在狭小的单点覆盖区域具有良好的经济实用性，但由于原理上仅是耦合基站信号进行二次放大，并不能增加GSM-R系统容量。同时直放站的引入，将抬升宿主基站3～6db的底噪，极端情况下，宿主基站的覆盖半径可能缩减2～4倍，客观上影响了宏基站的覆盖和网络性能指标，尤其像交叉、并线、枢纽站等对干扰、切换指标要求严格的城际、高铁线路，直放站已经满足覆盖需求。
2 分布式基站方案介绍
GSM-R分布式基站系统，从架构上看，就是把传统的宏基站设备（BTS）分为两部分：基带处理单元（BBU）和远端射频处理单元（RRU），二者通过CPRI（Common Public Radio Interface）接口光纤进行通信。BBU是基带控制单元，完成基站与BSC之间的交互功能。RRU主要完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理、合分路等功能。在网络部署时，将BBU设置在通信机房内，通过E1接入到传输设备，同时通过光纤与规划站点上部署的RRU进行连接，完成网络覆盖。
分布式基站本质上是基站的一种，与上文所述的光纤直放相比有本质区别。它不但可以提供独立的载频容量，还能通过光纤将射频模块拉远，对隧道、桥梁、交叉、并线、编组站等复杂覆盖场景提供了一种新的解决方案。
3 分布式基站多站点共小区技术
分布式基站在实际网络覆盖中，根据实际的场景（隧道、路堑、弯道，三岔口等）部署RRU，每个RRU构成一个覆盖小区。每套BBU可以连接多套RRU设备。分布式基站多站点共小区技术将BBU下的多个RRU站点合并成一个小区。每套RRU拉远实现一个站点下的多个物理小区（称为位置组）分属不同的物理地址，但是逻辑上属于同一个小区。每个位置组的载频数、频点、信道配置、CGI等小区级的参数配置为相同。每个位置组通过BBU控制，实现空口同步发送，不同位置组间不会形成同频干扰。通过网管配置主位置组，主位置组的TRX完成所有业务功能，包括小区的管理、业务的控制等；从位置组接收调制数据或者将上行解调后数据传送到主位置组。单套BBU配置可6个CPRI接口，可分别接6个位置组。通过使用共小区技术，可以扩大小区覆盖距离，从而减少跨小区切换次数。
4 分布式基站多站点共小区技术应用场景
4.1 交叉线路场景
在交叉线路场景下，列车运行线路复杂，小区切换判决困难，可以使用多站点共小区特性解决此问题。例如图中上半部分的情况，按照一般的宏基站的网络部署，位于分叉节点的小区3，受到来自6个小区的信号干扰。这样的情况下，无法利用GSM-R的4M频率，规划出O2的站点。如果采用交织冗余覆盖，网络规划无法进行，频点规划不开。位于小区3并且即将移向小区4和5的用户，无法有效地判断和控制小区切换。
如果采用分布式基站多站点共小区的特性，将分叉节点所在的位置和其前后的主线与分线，都规划在一个小区的不同位置组，扩大小区的范围，在4M频段内，可以规划出O6站型，满足容量需求，减低频率规划的难度。同时，位于分叉节点的用户，无论向哪个方向移动，都属于同一个小区的范围内，不会出现小区间切换难以判断的问题。
4.2 并线及枢纽场景
并线及枢纽站区域列车多、调度繁忙，对GSM-R容量提出更高的要求，传统基站很难进行频率规划。部署分布式基站并且采用共小区特性可以规划出满足大容量需求的站型。
同时，枢纽站分支线路多，对GSM-R小区切换控制提出了更高的要求，传统基站无法保证小区切换到正确的分支线路。分布式基站延长了小区覆盖，例如图6所示，在分叉路口安放的RRU可以保证列车无论继续向哪个方向运行，都不需要在该路口执行切换。一旦进入分支线路，相邻小区只由该线路上唯一的宏基站提供，从而保证了到各分支线路切换的准确性。
4.3 隧道/桥梁覆盖场景
隧道和桥梁场景中，通信设备的安装空间有限，站点部署困难。利用分布式基站体积小、重量轻、安装灵活的特点，可以合理规划站点位置。隧道中两个BBU需要尽量放置在不同的地点，例如分别放在隧道的两端。同时，共小区特性的采用，扩大了单小区的覆盖距离，可以避免在入口处和隧道内的切换，提高通信质量。如下图，一般容量的规划需求是O2，因此频率资源相对充足，为了提高两张网络之间的切换性能，减少对维护的需求，使用普通的双网备份，以保证中断的业务用户可以在瞬间倒换到备网。
5 青荣城际枢纽站案例分析
改用分布式基站覆盖方案如下：
青荣城际铁路进入烟台站时，在官庄（DK202+170）、烟台南（DK200+850）、西陌堂（DK195+790）单独设置宏基站；三个车站之间的三角区域采用分布式基站覆盖，分布式基站采用BBU备份，两个BBU分别放在西陌堂和烟台南站。每个RRU分别连接2个BBU，主用BBU出现故障后切自动换到备用的BBU，具体覆盖方案如图8所示：
频率规划：
6个位置区RRU采用共小区技术，站型按02考虑。
光纤走线方案：
BBU放在“管庄”车站，那么所有光纤都要从“管庄站”引出，直通到“西陌堂站”后折回到“烟台南站”，这样沿线所有RRU都能连接到BBU。具体如图9所示：
过轨方案：一个RRU覆盖两三个隧道，隧道口需要有过轨条件，保障馈线能够到达不同的隧道口。
小节分析：（1）解决青烟威荣的枢纽引入的规划问题；（2）为后续其他线路，包括既有线接入枢纽时的频率规划问题提供参考。
6 结语
分布式基站具有先进的技术，尤其是分布式基站的共小区技术，通过在GSM-R系统中应用的场景分析和应用，对解决我国铁路GSM-R无线频率不足，尤其是枢纽地区、交叉并线区域的无线覆盖，相对于直放站及宏基站有明显优势，在实际工程实施中，可结合具体场景合理应用分布式基站技术。
作者简介：张智（1983-），男，山东济南人，中铁工程设计咨询集团公司济南院工程师，研究方向：通信工程。
（责任编辑：秦逊玉）