数字光纤直放站在GSM-R网络中的分析与应用

冉晓径（中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处，陕西　西安　710043）

数字光纤直放站在GSM-R网络中的分析与应用

冉晓径
（中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处，陕西西安710043）

本文根据铁路无线通信技术的发展趋势，分析了模拟光纤直放站在铁路GSM-R系统设计和应用中存在的技术问题，着重描述了数字光纤直放站（GRRU）所具有的技术优势，充分体现出数字光纤直放站系统针对铁路特别是高速铁路GSM-R网络系统场强补强的适用性。

数字光纤直放站；GSM-R；技术优势

GSM直放站是移动系统接入网中的重要补充设备，起到延伸基站覆盖范围和消除盲区的作用。作为直放站的一种，光纤直放站在网络优化中得到广泛应用。光纤直放站可分为模拟光纤直放站和数字光纤直放站（也称：GRRU，文中均用此简称代替）两大类。其中GRRU作为一种新产品，在移动通信网络优化中起着越来越重要的作用。

1　现有覆盖方案存在的问题

近几年来，我国建成和正在建设中的高速铁路GSM-R系统所采用的光纤直放站，大都建立在射频和模拟传输技术之上，由于模拟光纤传输的固有特性給工程设计和实际应用过程中带来以下几方面的问题：

（1）直放站接入基站会给基站引入噪声，引起基站灵敏度严重下降，模拟直放站都是通过调低Gup的办法减小直放站对基站的影响，往往会造成不同程度的上下行不平衡，带来基站覆盖距离不能过长的问题；

（2）由于光在光缆中的传播速度比电磁波在空间传播速度慢，再考虑光纤直放站的时延，造成工程设计中基站和第一台光纤直放站之间的距离受限（一般不大于2km）以及远端机之间的距离不能过远等问题。

（3）射频信号随着光信号的衰减而衰减，近端机和远端机之间光缆距离不同造成近、远端机之间射频通路的损耗不同，造成远端机输出功率以及覆盖范围不同。

2　GRRU原理及工作流程

GRRU是在传统模拟光纤直放站的基础上，根据软件无线电技术的特点，采用先进的数字信号处理技术，实现多载波GSM-R信号的远距离传输和大容量、大动态范围的信号覆盖。整个系统由近端机和远端机组成，在基站侧将GSM-R的Um口对信号进行数字化处理，通过光纤传送到远端，利用远端射频单元再生、放大，实现GSM-R基站信号拉远覆盖。

GRRU的工作流程如下：

下行通道（从基站到终端）为：从射频耦合口得到基站的下行信号→直放站近端机的RF接收，射频下变频到中频→ADC采样为数字中频信号→通过混频器得到I/Q两路中频信号，数字下变频到基带（DDC）→CPRI模块将I/Q基带数据组帧→通过SerDes芯片将CPRI数据送给光口模块→光纤传输到直放站远端机 →光模块接收，并通过SerDes芯片恢复并行数据和时钟信号→CPRI模块解帧，提取出基带的I/Q数据→数字上变频（DUC），经过混频器得到数字中频信号→DAC输出模拟中频信号→RF上变频→功放模块→天线发射到终端用户。

上行通道（终端到基站）：终端用户发射→远端机接收射频信号→经过低噪放和射频下变频到模拟中频→ADC采样为数字中频信号→通过混频器得到I/Q两路中频信号，数字下变频到基带（DDC）→CPRI模块将I/Q基带数据组帧→通过SerDes芯片将CPRI数据送给光口模块→光纤传输到直放站近端机→光模块接收，并通过SerDes芯片恢复并行数据→CPRI模块解帧，提取出基带的I/Q数据→数字上变频（DUC），经过混频器得到数字中频信号→DAC输出模拟中频信号→RF上变频→通过射频耦合口将射频信号输入基站的天馈系统。

3　GRRU设备的优势

GRRU设备的主要优势如下：

（1）由于光信号的损耗与射频信号的功率无关，GRRU的动态范围更大，传输距离更远。

（2）GRRU设备可实现上行分集接收，在地形复杂、多径效应严重的环境下，可以改善上行信号质量。

（3）由于底噪抑制功能，GRRU引入的噪声始终低于-120dBm/200kHz。GRRU引入的底噪更低，可引入的远端的个数越多。

（4）可以自动进行精确的时延计算并进行自动时延调整，可以保证重叠覆盖区的覆盖效果

（5）可以方便的组成星型和链型网以及混合组网等各种方式。

由于采用数字的传输方式，给系统组网带来便利，可根据现场的实际线路情况，灵活组网。具体组网方式如图1和图2所示。

（6）采用数字光纤直放站的方案来延伸基站信号，可将小区覆盖范围扩展，从而达到减少切换次数，保证通信质量的目的。

结语

综上所述，与传统的模拟光纤直放站相比，GRRU采用先进的数字信号处理技术和数字信号光纤传输技术，实现多载波移动通信信号的远距离传输和大容量、大动态范围的信号覆盖。噪声更低、传输距离更长，组网更灵活，远端重叠覆盖区时延可调整等优势。现有铁路链状网的应用环境下，采用GRRU是一种较好的选择。

图1　链状连接方式－适用于铁路情况

图2　环状连接方式－具备网络自愈功能，适用于对可靠性要求高的情况

[1]钟章队，李旭，蒋文怡，等.铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[2]吴克非.中国铁路GSM-R移动通信系统设计指南光纤直放站在铁路无线通信工程中的应用[M]. 北京：中国铁道出版社，2008.

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