GSM-R系统隧道内覆盖方案探讨

摘要 GSM-R无线覆盖往往在隧道内及线路与隧道接口部位出现弱场区或盲区，本文针对此现象进行了分析，以拉远技术为手段将隧道外无线信号引致隧道内部，解决隧道内的覆盖问题，从而实现GSM-R无缝覆盖，确保铁路通信的畅通及行车安全。

关键词：GSM-R、隧道、拉远、光纤直放站、分布式基站

中图分类号：U45文献标识码： A

引言

GSM-R作为铁路专用的无线通信方式与公网一样在隧道这样的特殊地点同样存在着覆盖弱场区及盲区，出现无法建立通话、掉话、数据传输障碍等一系列问题，因此如何解决其内部网络覆盖成为了关键所在。

1．隧道区段网络覆盖情况分析

铁路GSM-R覆盖采取的是以宏基站+天线的覆盖方式，由于受地理环静等多方面因素影响基站选址，致使隧道附近场强较弱或无法覆盖，另外由于隧道自身屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了GSM-R移动信号的弱场强区甚至是覆盖盲区，加之隧道内电波环境传播复杂，在某种程度上存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现话音质量难以保证、掉话、数据传输中断等现象。此种情况可采取拉远技术将已建基站的信号延伸至需要补强地段。拉远分为载波池拉远及基带池拉远两种模式，这两种模式分别对应的是直放站及分布式基站的运作模式，下文将进行系统的介绍。

2．数字直放站覆盖

2.1数字直放站的工作方式

数字直放站是近端机将来自基站的RF信号通过光纤传至远端机，将射频信号拉远，致使远端机相当于基站扇区的一部分。

下行：直放站方式简而言之就是近端机通过耦合器将提取自施组基站的射频信号转换为模拟中频信号，然后经模/数转换为数字信号，经过数字信号处理后，经光纤收发器由光纤传至远端机，在远端机，经光电转换模块，将光信号转换为电信号，由数字信号处理单元解帧、数字信号处理后，由数模转换器（D/A）将其恢复为中频信号，再经上变频器转换为高频射频信号，最后经发射机、双工器以及天线发射至覆盖区域。

上行：来自移动终端的上行射频信号转换为中频信号，然后经A/D变换器变换为数字中频信号，由数字信号处理单元将其处理，再经模/数转换为光信号由光纤传送到近端机。在近端机，经光电转换模块，将光信号转换为电信号，由数字信号处理单元解帧，进行数字信号处理后，由D/A变换器将其恢复为中频信号，再经上变频器将转换为高频射频信号，最后经发射机、双工器以及耦合器送给基站。

2.2数字直放站的组网及覆盖方式

数字光纤直放站有星形结构、链型结构、环形结构、混合结构等4种组网方式。

（1） 星形结构：一台近端机连接多个远端机。

（2） 链型结构：即级联方式，一根光纤以串联的方式连接多个远端机。

（3） 环形结构：多个直放站远端机串接为环的形式与近端机连接，网络具有网络自愈能力，在一段光纤出现故障时可以进行链路倒换。

（4）混合结构：多个近端机以多个连接方式混合使用。

2.3隧道覆盖方案

根据隧道的长短，有以下几种覆盖方式

2.3.1短隧道

短隧道地段单层网覆盖及单层网交织覆盖 ， 如图一所示

图一短隧道覆盖（左图为单层网络覆盖、右图为单层网交织覆盖）

2.3.2中长隧道地段单称层网覆盖剂单层网交织覆盖，如图二、三所示

图二中长隧道单层网络覆盖

图三 中长隧道单网交织覆盖

2.3.3长隧道覆盖

尽管随着数字直放站的不断改进可以进行时延调整和控制，各直放站之间可以进行时延同步调整，减少多径干扰，但近端机与远端机间的距离还是不宜过长，建议控制在18km以内，加之近端机端口数量、射频信号在漏泄电缆上的传输损耗的影响，在长隧道中势必要增加基站或引入分布式基站，及增加基带信号的远拉。

3．分布式基站覆盖

3.1分布式基站的工作方式

分布式基站结构的核心概念就是把传统宏基站基带处理单元（BBU）和射频处理单元（RRU）分离，二者通过光纤相连,将基站中的射频模块拉到远端射频单元,即将基站信源拉远，RRU相当于基站的一个扇区。

下行：RRU将来自BBU的基带信号经变频、滤波、经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。

上行：RRU将收到的移动终端上行信号滤波，低噪声 放大，进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成木梳转换和数字中频处理等，传至BBU。

3.2分布式基站的组网方式

同数字光纤直放站一样，分布式基站同样有星形结构、链型结构、环形结构、混合结构等4种组网方式。

3.3隧道内的覆盖方式

与数字光纤直放站的覆盖方式相同，只是原理不同。在长隧道覆盖方式中往往由于隧道内不具备设置基站的条件及建网成本和基站自身资源情况等问题采取数字光纤直放站与分布式基站组合的方式来进行覆盖。（在前一个基站或后一个基站采取分布式基站将基带信号进行拉远至隧道内部，为数字光纤直放站近端机提供信源，从而进一步由远端机进行RF信号拉远完成覆盖）

结束语

隧道内的GSM-R覆盖重点就是将基站信号通过延伸至隧道内部进行覆盖，本文就数字光纤直放站及分布式基站为载体介绍了载波池拉远及基带池拉远两种信号延伸模式及理念。在不同的隧道类型、隧道周边的不同环境及资金情况应进行具体分析，采取不同的组网模型方能取得最佳的覆盖效果。

参考文献

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【2】陈雄颖，高速铁路GSM网络数字射频光纤拉远覆盖方案，邮电设计技术，pp.37-41,No.1,2008

【3】赵树学 ，分布式基站在GSM-R隧道覆盖场景的应用分析，铁道通信信号，2012，09