【無線射頻通信】-高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)備淺析

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)備淺析目前我國高速鐵路進(jìn)入快速進(jìn)展階段，到2023年，我國將建成客運專線42條，總里程1.3萬km，其中時速250km的線路有5000km，時速350km的線路有8000km。近年來部分路段高速鐵路已正式運營，有越來越多的人選擇乘坐高鐵出行。隨著中國高速鐵路進(jìn)入一個快速進(jìn)展的時期，如何在高速鐵路中優(yōu)化無線信號，更好的便利于大眾、服務(wù)于大眾，成為國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上有識之士需要仔細(xì)思索的問題。

而作為中國無線通信設(shè)備的主要設(shè)備供貨商-烽火科技·武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，身先士卒，采納創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)的數(shù)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)行掩蓋。

從某種意義上來看，電信運營商數(shù)字產(chǎn)品和高鐵處于共同的歷史進(jìn)展階段，都處于進(jìn)展的初期，并面臨重大的進(jìn)展機(jī)遇。如何依據(jù)高鐵建設(shè)與運營的進(jìn)展歷程，以科學(xué)進(jìn)展觀為指導(dǎo)，建設(shè)針對高鐵的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)階段電信運營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要任務(wù)之一。高速鐵路掩蓋的特點是速度高、穿透損耗大、切換頻繁，這也對移動通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。

現(xiàn)階段高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)掩蓋主要由以下三種掩蓋解決方式

1、基站專網(wǎng)掩蓋：采納宏蜂窩基站掩蓋高速鐵路，并構(gòu)成專網(wǎng)；

2、現(xiàn)網(wǎng)調(diào)整掩蓋：通過對現(xiàn)網(wǎng)基站的調(diào)整，增加信號掩蓋?，F(xiàn)網(wǎng)基站同時掩蓋鐵路和周邊用戶；

3、光纖XRRU專網(wǎng)掩蓋：采納光纖XRRU遠(yuǎn)端掩蓋高速鐵路，并構(gòu)成專網(wǎng)。

現(xiàn)在針對以上的三種掩蓋解決方式進(jìn)行分析對比，以此來確定目前高鐵無線網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化的解決方案：

依據(jù)對高速鐵路的分析，我們認(rèn)為光纖XRRU專網(wǎng)掩蓋方式更適合高速鐵路掩蓋。專網(wǎng)形成虛擬的網(wǎng)絡(luò)，使用的載頻資源。

·專網(wǎng)掩蓋要求專網(wǎng)信號只掩蓋鐵路，不掩蓋周邊區(qū)域，要求對信號有很好的掌握，盡量避開對外圍區(qū)域的泄露；

·專網(wǎng)形成虛擬的網(wǎng)絡(luò)，只在車站區(qū)域設(shè)置與大網(wǎng)的出入口，鐵路掩蓋區(qū)不設(shè)大網(wǎng)鄰區(qū)，削減列車運行過程中切換和重選次數(shù)；

·專網(wǎng)掩蓋完全不汲取大網(wǎng)業(yè)務(wù)，只汲取列車上的業(yè)務(wù)；

·專網(wǎng)掩蓋使用專用的載頻資源，要避開與大網(wǎng)形成同步干擾；

·采納XRRU系統(tǒng)，以其級聯(lián)組網(wǎng)方式，保證高鐵掩蓋的連續(xù)性。

專網(wǎng)掩蓋優(yōu)缺點

1、專網(wǎng)掩蓋的優(yōu)點

專網(wǎng)只有唯一的重選切換序列，信號更簡潔，重選和切換更順暢，因此專網(wǎng)能更好地滿意列車提速；

專網(wǎng)完全不汲取大網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此只需要配置較少量的載波，頻率設(shè)計也較簡單。

2、專網(wǎng)掩蓋的缺點

專網(wǎng)只在車站設(shè)有與大網(wǎng)的出入口，假如在車站不能進(jìn)入專網(wǎng)小區(qū)，則在列車運行期間手機(jī)將很難進(jìn)入專網(wǎng)，造成長時間質(zhì)差的問題；

專網(wǎng)對掩蓋質(zhì)量要求更高，假如手機(jī)在專網(wǎng)中一旦脫離專網(wǎng)，將很難重新進(jìn)入專網(wǎng)，造成長時間質(zhì)差；

假如鐵路外圍用戶選擇了專網(wǎng)信號，那么用戶離開鐵路掩蓋范圍時，由于專網(wǎng)沒有大網(wǎng)相鄰關(guān)系，用戶會消失脫網(wǎng)和掉話現(xiàn)象。

GRRU專網(wǎng)掩蓋方案

依據(jù)高速鐵路沿線縱深長、掩蓋距離遠(yuǎn)的狀況，GRRU系統(tǒng)支持串、并聯(lián)的組網(wǎng)方式，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離的掩蓋，并且組網(wǎng)方式敏捷多樣，非常適用于這種場景。

采納GRRU系統(tǒng)帶狀專網(wǎng)掩蓋，可以削減切換次數(shù)，提高掩蓋質(zhì)量?，F(xiàn)網(wǎng)中單個近端最大級聯(lián)數(shù)量11個（最大級聯(lián)力量16個），最遠(yuǎn)掩蓋距離可達(dá)到20公里，保證了高速鐵路掩蓋的連續(xù)性。

GRRU設(shè)備上下行載波最多支持16個載波，使用分集后上下行支持8載波，支持各種跳頻方式，可依據(jù)站點需求設(shè)置載頻數(shù)，可為掩蓋區(qū)供應(yīng)大得多的容量。擴(kuò)容便利，特殊在高鐵沿線中的隧道、跨度大橋這類場景中，設(shè)備安裝位置難以達(dá)到的，一旦需要擴(kuò)容，無需到遠(yuǎn)端設(shè)備做任何硬件改動，只需在近端接入的基站機(jī)房進(jìn)行擴(kuò)容。

GRRU專網(wǎng)掩蓋特點及優(yōu)點

1、組網(wǎng)敏捷

GRRU可以依據(jù)高鐵詳細(xì)狀況敏捷組網(wǎng)，除傳統(tǒng)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，采納級聯(lián)方式組網(wǎng)時，GRRU能夠節(jié)約了沿線光纖資源的占用。

針對高鐵信號掩蓋的特別性，供應(yīng)環(huán)形組網(wǎng)能的愛護(hù)力量。

2、自動時延調(diào)整

GRRU設(shè)備具有自動時延校準(zhǔn)的功能，近端通過測量不同遠(yuǎn)端的時延，找出最大時延值并以其為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整各個遠(yuǎn)端的時延，一般僅在設(shè)備開通時才發(fā)送時延調(diào)整指令。在設(shè)備開通過程中，一旦發(fā)生設(shè)備級聯(lián)、光纖傳輸鏈路等發(fā)生變化，近端發(fā)送時延調(diào)整指令，遠(yuǎn)端自動完成時延的調(diào)整。

自動時延調(diào)整能自動調(diào)整各個遠(yuǎn)端設(shè)備與接入掌握設(shè)備之間的時延，使不同的RRH與LIM之間的時延相等，消退同扇區(qū)遠(yuǎn)端之間重疊信號掩蓋區(qū)域的時延色散干擾，相對于手動時延調(diào)整更實時，更精確，程序能夠?qū)崟r跟蹤時延的變化并進(jìn)行調(diào)整，削減了人工維護(hù)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，由于GSM信號屬于時隙信號，有用戶時才有時隙被激活，所以我們可以依據(jù)時隙功率來進(jìn)行時隙關(guān)斷，這樣當(dāng)關(guān)斷時整個系統(tǒng)的底噪也一起被關(guān)斷了，從而降低了整個系統(tǒng)的平均底噪，減小了對基站的干擾。

GRRU設(shè)備可以單獨對各射頻拉遠(yuǎn)單元的上行噪聲進(jìn)行掌握，在帶24個遠(yuǎn)端時引入的噪聲不大于-130dBm（帶寬為200KHz），可以保證鏈路平衡不受任何影響。

4、時延色散干擾

需要考慮GRRU站時延的引入對系統(tǒng)造成的影響?？赡艽嬖谘谏w區(qū)與施主扇區(qū)掩蓋區(qū)重疊的可能，假如兩重疊信號時延差小于4TA則不會造成任何問題，這是GSM規(guī)范規(guī)定的。當(dāng)兩信號時延差大于4TA且信號強(qiáng)度相當(dāng)（差值小于10dB）則將導(dǎo)致手機(jī)掉話；因此，這時需要考慮選取背向光纖直放站掩蓋區(qū)的施主扇區(qū)，這樣基站重疊區(qū)和直放站重疊區(qū)就不會產(chǎn)生多徑引起的掉話了，而是兩個扇區(qū)信號的切換。

在GRRU安裝過程中會遇到信源基站和光纖直放站信號重疊的問題，就是由于多徑傳播引起的時間色散產(chǎn)生同頻干擾。對于上圖所示，我們假設(shè)基站到戶用之間的信號質(zhì)量較好，能夠接收到正常的基站信號，但是此時假如引入一個GRRU，此時的時延差為delayB-delayA＝（5Km的空間時延＋10Km光纜時延＋設(shè)備時延）-5Km的空間時延＝10Km光纜時延＋設(shè)備時延＝2Km×4.76us/Km＋10μs＝19.52us15μs（4TA）。此時直放站的信號就只能推斷為同頻干擾信號，必需小于同頻干擾愛護(hù)比9dB。

通過上述時延分析，我們提出以下相關(guān)建議：盡量選擇背向掩蓋區(qū)域的小區(qū)作為GRRU信號源，當(dāng)采納RRU+GRRU方式進(jìn)行掩蓋時，RRU的射頻信號不直接進(jìn)行掩蓋，避開RRU與GRRU掩蓋中使用到的直放站信號掩蓋區(qū)形成重疊掩蓋區(qū)。

XRRU設(shè)備原理

虹信公司數(shù)字射頻拉遠(yuǎn)設(shè)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(shù)字信號，再通過光纖拉遠(yuǎn)進(jìn)行傳輸。其詳細(xì)工作原理是：近端機(jī)將從基站接收到的基站下行信號通過耦合，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(shù)字信號后按肯定幀格式打包成串行數(shù)據(jù)，再經(jīng)光纖發(fā)送到遠(yuǎn)端機(jī)，遠(yuǎn)端機(jī)經(jīng)基帶處理單元解幀，恢復(fù)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)放射子系統(tǒng)放射出去；遠(yuǎn)端機(jī)將接收到的移動終端上行信號通過上述逆過程，上送至基站接收端。

XRRU設(shè)備優(yōu)勢

1、優(yōu)秀的數(shù)字和射頻總體方案的設(shè)計，采納國外先進(jìn)的A/D數(shù)字芯片，結(jié)合我司長期的FPGA的設(shè)計閱歷，設(shè)備處理力量強(qiáng)，選頻設(shè)備最多可接入24載波；（標(biāo)書16載波）

2、射頻指標(biāo)優(yōu)異，可以在簡單的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，反抗鄰頻干擾；

3、采納了高線性功放和高穩(wěn)定度的時鐘源，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年河南移動組織的十家GRRU應(yīng)標(biāo)廠家測試中，達(dá)216Kbit/s，排名第一；

4、IP防護(hù)等級可達(dá)IP67，完全防塵防水防鹽防霧；

5、遠(yuǎn)端機(jī)內(nèi)置防雷模塊，防護(hù)等級C級，最大放電電流120kA，最大愛護(hù)電壓2700V；

6、可以依據(jù)特別環(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)品可以通過微波進(jìn)行傳輸。

從國內(nèi)現(xiàn)階段的建網(wǎng)趨勢來看，XRRU數(shù)字直放站產(chǎn)品漸漸的取代傳統(tǒng)的模擬直放站產(chǎn)品，特殊是在高鐵中的應(yīng)用，XRRU已經(jīng)成為了解決高鐵無線信號的事實的標(biāo)準(zhǔn)，利用XRRU直放站組網(wǎng)系統(tǒng)，大大提升了組網(wǎng)的敏捷性和業(yè)務(wù)快速開通。目前XRRU技術(shù)進(jìn)展很快，國內(nèi)主流廠家都推出了相應(yīng)的XRRU設(shè)備，運營商也特別關(guān)注其應(yīng)用加之，也為XRRU的快速進(jìn)展增加了動力。

虹信公司從2023年開頭了對XRRU技術(shù)的跟蹤和研發(fā)，經(jīng)過幾年的努力，逐步在國內(nèi)引領(lǐng)XRRU技術(shù)的進(jìn)展，目前已經(jīng)推出全系列的XRRU產(chǎn)品，獲得了客戶的大量認(rèn)可，已經(jīng)在