将RRU与思想一起拉远

【摘要】文章介绍了GSM-R隧道覆盖设计原则,提出了中兴通讯公司“BBU+RRU”配合泄漏电缆的隧道覆盖解决方案,并对短遂道、中等遂道、隧道群下的具体组网方式进行了介绍。

【关键词】GSM-R 隧道覆盖 BBU RRU

1 前言

因其具有“风一样的速度”,高铁被喻为“拿掉了翅膀的飞机”,如今国内和国际铁路均进入了高铁时代,适用于高铁的无线通信技术应运而生。GSM-R(GSM for Railway)正是这样一种专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信技术。它在国际移动通信标准GSM的基础上专门针对铁路通信中的列车调度、列车控制等需求开发了许多定制的附加功能,从而实现在单一系统中整合铁路通信所需的语音和数据通信服务。

对高铁来说,真可谓“穿山越壑寻常事”,在山区路段,铁路沿线经过长短不一的隧道是常见的情形,而隧道这种特殊的狭长型区域导致无线信号波动大,按照常规组网方式往往造成覆盖弱甚至覆盖盲区。GSM-R如何通过无线网络规划,来保证隧道内的信号覆盖和通信质量?本文将对此进行探讨。

2 GSM-R隧道覆盖设计原则

GSM-R隧道覆盖的设计目标有三点:一是实现双层网络覆盖备份,二是实现隧道内部信号的良好覆盖,三是解决隧道出入口的切换问题,从而保证在单点故障的情况下,网络也能正常良好运行。

2.1 双网备份策略

首先来看如何实现双层网络覆盖备份设计目标。所谓双层网络,指在单层网络的基础上增加一层无线覆盖网络,当其中一层主用网络发生故障时由另一层备用网络提供服务,从而提高系统整体的可用性。

实现双网覆盖备份一般有两种类型:同址双站、不同站址交叉覆盖。同址双站双层网络是指两个基站并列设在同一站址,配置两套BTS,两套BTS相对独立,虽处于同一地点但有各自的传输、电源等设备,其余配套设施如机房、铁塔可以共用,这样形成的两个无线网络层,每一层将各由一套BSC控制管理。不同站址交叉覆盖双层网方式,则是在铁路沿线上,两套BSC下的BTS交错分布,形成双层交织冗余的覆盖方式。

2.2 天线与泄漏电缆

为了实现隧道内部信号的良好覆盖、解决隧道出入口的切换问题,在隧道场景GSM-R组网中,建议采用BBU+RRU方式,天馈部分主要涉及到天线和泄漏电缆:

天线

在隧道出/入口建议利用天线做冗余覆盖,避免在隧道内和隧道口切换重选,尽可能使小区间的切换重选发生在空旷平坦的地带。

对于天线的选择,建议采用高增益高指向性的天线,比如增益21dBi、水平波瓣角35度左右的天线。天线挂高根据隧道的高度而定,一般建议挂高20米左右为宜。

泄漏电缆

泄漏电缆具有特殊的信号泄漏功能,因此,在隧道中采用泄漏电缆覆盖方式能很好的解决隧道的覆盖问题。在实际组网中,需要根据隧道长度和覆盖电平要求,计算出泄漏电缆的长度和输入功率要求。

泄漏电缆的电平计算公式如下:

Pr=Po-Lc-La-Lm-d*Lt

其中:Pr为移动台接收到的电平强度,Po为输入泄漏电缆的功率,Lc为泄漏电缆的耦合损耗,La为附加损耗(即连接电缆加上连接电缆头的损耗),Lm为预留的余量(包括列车损耗、人体损耗、宽度因子等),Lt为泄漏电缆线路衰减(通常以百米计)。

2.3 隧道覆盖设计新尝试

根据GSM-R系统在隧道场景的三个主要覆盖设计目标,结合RRU可拉远的设备类型,中兴通讯在GSM-R无线网络覆盖设计方面有了新的尝试:

采用BBU+RRU的方式

隧道的出入口放置RRU连接定向天线,解决出入口的切换问题

隧道内采用RRU连接泄漏电缆,实现隧道内的无缝覆盖

采用2个RRU连接泄漏电缆覆盖同一段隧道实现RRU的互相备份

采用最末端RRU连接邻近BBU的方式实现BBU之间的互相备份

每个BBU连接的多个RRU配置成同一个逻辑小区,即多RRU共小区

3 隧道覆盖解决方案

铁路沿线隧道长短不一,因此隧道的覆盖也不可一概而论。一般需要划分为短、中、长三种类型的隧道,划分的长度界定需要根据覆盖能力的预测来决定。一般而言,当两个隧道之间的开放距离大于2km时,认为是孤立的隧道,反之则认为是隧道群。对于孤立的隧道,其长度小于300m属于短隧道,长度在300m~1km之间的属于中等隧道,长度大于1km属于长隧道。

隧道内建议采用BBU+RRU配合泄漏电缆的方式,共同完成对隧道的无线覆盖,以保证列车在高速行驶情况下能进行正常的高质量的服务等级,并且即便在单点故障的条件下,网络能维持预定的服务等级,保证列车的正常运行。

3.1 短隧道覆盖

对于短隧道的覆盖,可以采用两种方式:

方式一:定向天线

直接在隧道出口和入口放置定向天线,由天线覆盖隧道内和隧道的出入口,适用于短隧道内无法安装任何设备的场景。

此种方式下,隧道入口的天线可以覆盖整段隧道,隧道出口的天线也能覆盖整段隧道,由此来做到覆盖的双备份。也就是说,如果隧道入口的设备(RRU或天线)出现故障,隧道出口的设备同样能够完成隧道的覆盖,反之亦然。这样就实现了RRU之间的覆盖互相备份。

整段隧道包括出入口都用同一个基站完成覆盖,这一个BBU连接两个(或多个)RRU,应用多RRU共逻辑小区(分布式小区)的组网方式,这些RRU配置成同一个逻辑小区,在隧道内和出入口的范围内,不需要进行小区间的切换重选。

方式二:定向天线+泄漏电缆

对于隧道内可以安装设备的场景,考虑到GSM-R对网络覆盖互相备份的高要求,建议隧道出入口放置定向天线、隧道内使用RRU+泄漏电缆进行覆盖。组网方式见图1。

这种方式下,隧道内由RRU连接的泄漏电缆完成覆盖,隧道出入口由定向天线覆盖,BBU连接的多个RRU配置成同一个逻辑小区,避免在隧道内和隧道出入口发生切换重选。隧道内两个RRU连接同一段泄漏电缆,以此做到隧道内的覆盖双备份。当一个RRU出单点故障时,不会影响隧道内的覆盖。

另外,最末端的RRU通过光纤连接到邻近合适的BBU上,两个BBU之间通过E1连接,并在邻近BBU上预先配置好这个小区的数据,不过正常情况下并不激活。当负责隧道覆盖的BBU(图中左边)出现单点故障时,系统检测到BBU故障时,将发命令激活邻近BBU(图中右边)的数据配置,使正常工作的BBU接管这个逻辑小区,从而实现隧道内的通信不受影响,因而巧妙地实现了BBU之间的备份。

3.2 中等隧道覆盖

一般认为隧道长度大于300m、小于1km属于中等长度隧道。对于中等隧道覆盖,建议在隧道出口和入口放置定向天线,隧道内采用“3个RRU+2段泄漏电缆”的方式进行覆盖,如图2所示。

对于中等隧道覆盖,需要根据隧道长度和泄漏电缆的参数,计算出泄漏电缆的长度、输入泄漏电缆的功率大小。在隧道出/入口处,为了更好的覆盖效果,也可以再接一段泄漏电缆,其末端接负载以吸收多余的功率。

3.3 长隧道覆盖

对于长度大于1km的长隧道,不仅仅在出入口放置定向天线,在隧道内需要放置多个RRU,每个RRU连接泄漏电缆,以此实现对长隧道的覆盖。如图3所示。

长隧道的场景下,因为连接RRU的个数可能会比较多,需要特别关注BBU对连接RRU的个数限制。

3.4 隧道群覆盖

当多个隧道的距离不远,每两个隧道间的开放距离小于2km时,即形成了隧道群的场景。对于隧道群,建议负责各个隧道的BBU互为备份,组网方式建议如图4所示。

4 总结

在山区隧道场景下,中兴通讯GSM-R利用BBU+RRU结合泄漏电缆的组网方式,巧妙地实现了RRU覆盖互相备份、BBU之间的互相备份,解决了隧道内覆盖弱、覆盖盲区的问题,为保证隧道内的信号覆盖和通信质量提供了前提条件。同时为运营商提供更高的可靠性的铁路通信,并节省了大量的设备成本。