作 者：中兴通讯股份有限公司 肖正杰
     铁路信息化是铁路现代化发展的重要标志，随着铁路的发展，铁路信息化要求无线数据传输的内容越来越多。“安全、智能、无线、宽带”成为铁路信息化的特征，而目前铁路既有信息系统只能解决地面上固定节点之间的通信问题，列车与地面之间的无线通信一直是铁路信息化发展中最薄弱的环节。国际铁路联盟（UIC）为了提高铁路专网无线通信的信息化水平，选择GSM-R作为铁路专网无线通信的标准。与传统的无线列调不同，GSM-R具有设计运输指挥及安全的功能，以GSM-R为代表的铁路综合数字移动通信系统的引入，将有效地释放铁路运输生产力，提高铁路运输安全保障能力，全面提升铁路通信现代化的水平。

确保铁路通信可靠通畅

铁路移动通信的覆盖范围为铁路沿线的狭长地带和站场、车站所在地的区域，既要面状覆盖又要链状覆盖；并且，铁路沿线地形复杂，无线电传播环境恶劣，加之列车的快速移动，通信传输的连续性和可靠性至关重要。因此，铁路移动通信在传输调度、控制指令时，对实时性、可靠性要求极高。针对铁路通信的特点以及铁路运营商的关注点，中兴通讯开发了创新的GSM-R铁路通信解决方案，为铁路通信保驾护航。

GSM-R系统承载了列车调度和列车控制系统中的关键指令，若发生故障将引起铁路系统的混乱，甚至可能造成严重的安全事故，因此铁路系统对于GSM-R的可靠性要求极为严格。基于对铁路运输要求和通信需求的深刻理解，中兴通讯高标准地规划与实施了GSM-R的高可靠性解决方案，从设备到网络均能有效地防止单点故障，保证铁路通信可靠通畅。

中兴通讯无线设备采用先进的SDR和ATCA（先进电信计算架构）技术平台，该平台得到了全球大规模商用，经过了市场的长期检验。中兴通讯GSM-R设备基于上述先进的平台设计，结合铁路的特殊需求，在系统内部采用冗余备份（包括1+1备份、N+1备份、资源池和负荷分担）方式来保证设备单板的可靠性；同时在网络设计时采用配置冗余连接、环形组网、传输旁路等组网方案来进一步增加接口链路的冗余特性，防止传输链路单点故障；在GSM-R设备生产过程中，通过选用高质量的电子元器件，并在生产过程中对元器件进行筛选和测试，采用严格的质量控制流程来保证设备单板硬件的高可靠性和稳定性。

针对高速铁路，中兴通讯提供两种无线覆盖方案，即同址双站覆盖和交织冗余覆盖，双重保证高速环境下网络单点故障不影响业务。同址双站覆盖方案，即在同一物理站点部署两套基站，形成A/B两层网络覆盖，当A网基站故障时，B网响应基站立即接管故障基站工作，以保证无线覆盖的安全性。而在交织冗余覆盖方案中，一个站点放置一套基站，当其中一个基站故障时，两侧的基站可接力覆盖，确保单个站点故障不影响无线网络的覆盖。

提供完善的无线网络覆盖

铁路沿线地理地质情况复杂，无线覆盖的弱场很多，在铁路并线区域、交叉线路、大型车站、隧道桥梁沟堑等弱场区域，以及铁路编组场等铁路汇集点，无线覆盖的问题日益突出；列车的屏蔽效应也影响了车体内的通信质量；同时，铁路客户的运营安全对无线网络的技术指标要求很高，例如紧急呼叫建立时间必须小于2S，切换成功率≥99.5%等，这些都对GSM-R无线覆盖提出了严峻的挑战。

中兴通讯提供创新的分布式基站（即射频拉远单元）方案来专门解决铁路无线覆盖的难题。GSM-R分布式基站由基带单元（BBU）和远端射频单元（RRU）组成，两者通过光纤进行连接（见图）。相比于传统一体化基站，分布式基站的BBU模块和RRU模块体积小，重量轻，单人单手可提，安装维护更为简单灵活，特别适合铁路沿线的隧道、桥梁、山区覆盖。
中兴通讯GSM-R系统特有的分布式基站隧道弱场覆盖解决方案，通过采用RRU拉远、多RRU共逻辑小区、BBU/RRU环网等关键技术，可将切换带设置在隧道外，提高弱场的网络信号质量和网络可靠性。和传统光纤直放站的弱场覆盖方案相比，分布式基站隧道弱场覆盖解决方案可有效控制上行噪声，使得拉远的射频模块的接收灵敏度指标不会因为级联级数的增加而恶化；RRU比直放站有更大的输出功率，从而可以提高信号质量，减少隧道中安装的射频单元数量，节省建设成本；另外，拉远的RRU设备和基站设备可以进行统一的远程管理和性能统计，监控和设备网管非常方便，不必单独设置专门的直放站网管系统。

满足高速列车通信要求

随着高铁时代的到来，高速移动的列车给GSM-R的无线网络设计和建设带来了新的研究课题，其中最重要的两个问题：一是高速列车的移动给上行和下行信号带来严重的多普勒频偏，从而导致严重的信号快衰落，影响终端的收发性能，直接的表现就是用户的掉话频繁、语音质量差、呼通率下降、数据业务误码率升高、 吞吐量降低；二是高速列车的快速移动使得列车上的终端驻留于小区的时间大大缩短，列车高速移动过程中将会产生更加频繁的小区重选和切换，当小区间的重叠覆盖区域不合理或者重叠覆盖区域偏小时，将会导致越区切换成功率下降、掉话率上升等问题。

面对高铁GSM-R建设的挑战，中兴通讯GSM-R系统提供一套完善和完整的高速移动解决方案，保证在高速条件下的网络通信质量。中兴通讯独特的频偏校正算法，可以抵御500km/h时速下的多普勒频偏带来的信号衰落，有效弥补接收性能的下降；采用多RRU共逻辑小区技术，通过将多个RRU配置为同一逻辑小区并发射相同的信号，拉长逻辑小区的覆盖距离，减少高速列车上移动终端的切换频度；优化的切换算法可以减少切换判决和切换执行的时间，提升切换成功率，并减少切换带的设置长度；基于速度和方向判断的切换算法，减少了乒乓切换的可能，并进一步降低了切换时间和提升了切换成功率。目前中兴通讯的高速方案可在8S内保证两次切换，高于铁道部规定的10S完成两次切换的指标。