浅谈数字光纤直放站

浅谈光纤直放站的功能及优势摘要：目由于光纤传输损耗小、频带宽，比较适合于长距离传输。

可用于车站、站台、地下室、隧道、铁路沿线区域等室内、外的800MHz集群信号覆盖。

关键词：光纤；直放站；近端机；远端机；概述光纤直放站主要由施主端双工器、重发端双工器、光模块（多路光模块组成）、上行低噪声放大模块、下行功率放大模块（具有备份功放）、监控单元、电源单元（具有电源备份）组成，其组成框图如下：光纤直放站工作原理框图下行链路工作原理：基带的下行信号输入到BS端通过腔体双工器进行滤波后进入了分路器后送入到各个光模块，多个光模块保证了有较高的光功率输出。

通过光缆传输到远端机，远端机的光模块转换射频输出到功放模块，远端机的功放采用备份的方式，提高了设备的可靠性。

上行链路的工作原理：接收天线接收到空中信号后进入腔体双工器进行滤波后经过低噪声放大进入光模块进行光电转换，通过光缆传输到近端机后，通过近端机的光模块转换成射频后经过合路器到近端机的腔体双工器到达BS端口。

整套设备在电源单元采用备份方式，功放部分也采用备份方式。

近端对远端的监测控制采用FSK方式，同时远端光模块内置锂电池保证设备断电时也能在短时间内对设备进行相应的监测。

近端机的监控单元用于采集设备的相关参数、设备运行状态显示和本地调测，并配置有以太网接口，便于设备纳入远程集中监控。

光纤直放站功能应用由于光纤传输损耗小、频带宽，比较适合于长距离传输。

可用于车站、站台、地下室、隧道、铁路沿线区域等室内、外的800MHz集群信号覆盖。

功能如下：近端机与基站之间采用直接耦合方式，信源纯净；利用光纤传输，传输距离远；光纤链路信号传输采用波分复用方式，节约光纤资源；系统具备光路增益AGC功能，自适应不同光链路损耗工作环境；近端机最大支持1拖8即一台近端机最多带8台远端机；近端机具备电源备份功能，电源故障后实现无瞬变、不间断备份，提高系统可靠性；远端机具备功放模块备份、电源模块备份功能，有效提高系统可靠性及维护灵活性，而且保证备份供电的不间断、无瞬变接入，完全不影响系统工作；可通过便携电脑对近端机或远端机进行增益、告警门限设置及状态查询。

GSM/CDMA纤直放站光纤直放站与无线直放站的最大区别在于施主基站信号的传输方式上，无线直放站通过接收空间传播的无线信号进行放大，从而扩大基站的覆盖范围。

光纤直放站是通过光纤进行传输，采用光信号接收器和转换器连接偏远的区域。

1.光纤直放站的特点(1)工作稳定，覆盖效果好光纤直放站通过光纤传输信号，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。

(2)设计和施工更为灵活根据无线直放站的工作原理，无线直放站需把施主天线安装在可以接收到GSM 信号的地方，而且接收信号强度不能小于- 80dBm所以无线直放站一般只能安装在基站覆盖范围的边缘，并向顺着基站覆盖的方向延伸覆盖。

同时，为了防止直放站自激，还需保证施主天线和覆盖天线有足够的隔离度。

因此，无线直放站的安装位置和方式受到一定限制，而且一般采用定向天线进行覆盖，覆盖范围较小。

光纤直放站在设计时无需考虑安装地点能否接收到信号；不需考虑收发隔离问题，选址方便；覆盖天线可根据需要采用全向或定向天线。

另外射频信号能够在很小的传送损失的情况下被传送到远达20公里的远处, 光缆很细,容易铺设。

因此，设计和施工的灵活性大。

(3)避免了同频干扰，可全向覆盖, 干扰少光纤直放站是为了扩大移动电话基地站的覆盖范围，把CDM/移动电话信号变成光纤后，从基地站到远程地区，可使干扰及插入损失减小到最小。

⑷适用于GSM宽带信道选择型、CDM宽带信道选择型；(5)单级传输距离长达50Km以上，扩大覆盖范围;(6)可提高增益而不会自激，有利于加大下行信号发射功率；(7)信号传输不受地理条件限制特别适合边远城镇或地形复杂的山区。

2.光纤直放站的传输方式光纤直放站的最大特点是通过光纤进行信号传输，光纤传输可以单独敷设，也可以利用现有的传输网络。

其主要有三种应用方式：(1) 普通双光纤方式这种方式多用于光缆中有现成多余备用光纤对的情况。

(2) 波分复用方式如光纤中的1.3卩m波长窗口已经被其他信号占用时，可以通过波分复用器将直放站信号复用到1.55卩m波长的窗口上，实现直放站信号与其他信号同纤传输。

数字光纤直放站和RRU的比较第二代移动通信系统基站设备的典型设计方案是将接收天线、发射天线安装在室外，将射频收发信机安装在室内，射频收发信机与接收天线、发射天线间用低损耗的射频电缆连接。

这就是所谓射频拉远技术。

第三代移动通信系统结合射频拉远技术，诞生了新型信号传输设备RRU，通过光纤传输基带信号。

同样，数字光纤直放站也可通过光纤传送基带信号，两者既有区别，又有联系。

一、RRU工作原理及应用射频拉远单元RRU（Remote Radio Unit）带来了一种新型的分布式网络覆盖模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。

RRU的工作原理是：基带信号下行经变频、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。

上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。

RRU同基站接口的连接接口有两种：CPRI（Common Public Radio Interface 通用公共射频接口）及OBASI（Open Base Station Architecture Initiative 开放式基站架构）。

其中，CPRI组织成员包括：爱立信、华为、NEC、北电、西门子。

OBSAI组织成员包括：诺基亚、中兴、LGE、三星、Hyundai。

信号覆盖方式上，RRU可通过同频不同扰码方式，从NodeB引出。

也可通过同频不同扰码方式，从RNC引出。

这两种覆盖方式都是常规的方式，除此之外，对于3扇区，但配有多余信道板以及多余基带处理设备的基站可以利用基带池共享技术，将多余的基带处理设备设为第4小区，二、数字光纤直放站原理及应用数字光纤直放站不同于以往的模拟光纤直放站，它将RF信号经变频处理变为中频数字信号，再通过光纤拉远进行传输。

数字光纤直放站在铁路通信中的应用高建平（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）摘要：介绍数字光纤直放站系统的构成、应用特点，比对数字光纤直放站与分布式基站的应用差别；重点阐述目前直放站在铁路应用中产生的问题，通过分析数字直放站设备特性及覆盖方式，提出在特定场景调整直放站设置参数降低由于时延问题对铁路通信影响的解决方案，为数字直放站高速场景的参数设置、GSM-R 系统的应用安全提供理论依据。

关键词：高速铁路；数字光纤直放站；传输时延；现场可编程门阵列中图分类号：U285 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2022)07-0054-04Application of Digital Optical Fiber Repeaters inRailway CommunicationGao Jianping(CRSC Research & Design Institute Group Co., Ltd., Beijing 100070, China)Abstract: This paper introduces the composition and application characteristics of the digital optical fiber repeater system, compares the application differences between the digital optical fiber repeaters and the distributed base stations, and emphasizes the problems arising from the application of such repeaters in railways. Based on the characteristics and coverage modes of such repeaters, a solution is proposed to reduce the influence of time delay on railway communication by adjusting the setting parameters of the repeaters in a specific scenario. This paper provides a theoretical basis for setting the parameters of these repeaters in high-speed scenarios and for the security of the application of GSM-R system.Keywords: high-speed railway; digital optical fiber repeater; transmission delay; Field Programmable Gates Array(FPGA)DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2022.07.011收稿日期：2021-05-20；修回日期：2022-04-07基金项目：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司科研项目（2300-K2220006）作者简介： 高建平（1974—），男，工程师，本科，主要研究方向：铁路通信，邮箱：*********************.cn 。

数字光纤直放站与传统直放站的比较●数字光纤直放站由两种类型的设备构成，LIM（Local Interface Module，本地接口模块）和RRH（Remote Radio Head，远端射频头）。

●组网方式的区别➢传统光纤直放站受上行噪声叠加和组网方式的限制，只能采用星型组网方式。

动态范围受限：光信号每二等分一次，3dB损耗将引起6dB动态损失，随光信号衰减的增加，动态范围迅速下降对于石太高铁部分长隧道区间，重复敷设光缆，浪费光纤资源。

➢数字光纤直放站抑制噪声叠加，信号可多次再生，支持远端站级联，如下图：远端之间可以采用串联方式，抑制噪声叠加，并且节约光纤资源。

●时延调整➢传统光纤直放站远端之间没有时延调整功能，无法补偿各个远端站之间的时延，无法抑制多径，各个覆盖区之间存在干扰；➢数字光纤直放站可以通过自动或者手动调整时延，消除各个覆盖区之间的干扰✓实时测量各个CRRU近端与CRRU远端之间的时延；✓自动或手动调整各个CRRU近端与CRRU远端之间的时延，使不同的CRRU近端与CRRU远端之间的时延相等；✓消除同扇区不同CRRU远端之间重叠覆盖区域的因时延不同造成的多径干扰。

●光缆长度的影响➢传统光纤直放站传输距离受光缆长度的影响，具体来说远端光接收机的光收信号要求达到光盘灵敏度要求（一般为+3dBm）；➢数字光纤直放站由于传输采用数字处理，光盘灵敏度可以为-6dBm到-9dBm，信号不随光信号的衰减而衰减，在长距离和多路分路传输系统中保持动保持动态范围和服务质量不变，使网络设计更加灵活。

●带内杂散及带内平坦度➢传统光纤直放站采用声表滤波器；➢数字光纤直放站采用数字滤波器，带内杂散抑制效果更好，并且带内平坦度更优于传统模拟直放站。

●数字光纤直放站与传统直放站比较汇总CRRU整机详细指标。

数字光纤直放站介绍数字光纤直放站是虹信公司适应市场需求研制的新型无线网络优化设备，具有以下特点：➢数字光纤直放站设备无设备噪声叠加，大大将低了噪声影响；➢具有良好的SNR信号质量，光传输影响小，设备具有较高稳定可靠；➢数字传输速率高，容量较大，投资效益高；➢具有时延调整，降低同扇区重叠覆盖难度；➢支持1×4（并）×4（串）组网，可根据需要进行一拖一或一拖多覆盖，组网灵活等特点。

数字光纤直放站应用示意图如图3所示。

其中LIM（Local Interface Module）本地接口模块，为数字光纤站近端，RRH（Remote Radio Head）远端射频模块，为数字光纤站远端。

数字光纤直放站系统主要由直放站设备（Digital Optical Repeater）和操作维护中心（OMC）两部分构成，直放站完成无线信号透明传输的功能，OMC主要完成对直放站等系统设备的监控功能。

直放站和OMC之间的远程监控信道主要利用移动通信网络的短信或数传功能，其他方式如拨号、xDSL、Ethernet等作为备选。

直放站在无OMC连接的情况下可独立运行。

数字光纤直放站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。

数字光纤直放站由两种类型的设备构成，LIM（Local Interface Module，本地接口模块，简称近端）和RRH （Remote Radio Head，远端射频头，简称远端）。

数字光纤直放站的组网方式有星型结构、菊花链式结构、环型结构及混合式结构。

数字直放站主要技术指标：图1数字光纤直放站结构图图2数字光纤直放站内部结构图3 LIM近端接口模块结构图4 RRH远端射频头结构数字光纤直放站工作原理：•下行：LIM通过耦合器将来自基站主天线的移动通信下行信号馈送入双工器，经RF模块，由下变频器将其下变频到中频信号，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经过数字信号处理后，按一定帧格式打包成串行数据，再经光收发器由光纤传输到RRH。

简介SUNWAVE CDMA 数字光纤直放站是一种 GSM 移动通信信号双向放大设备。

它通过 把射频信号转换到数字信号，然后传输数字化的光信号。

通过数字方式补偿 MHU（Master Hub Unit）和 ROU（Remote Optic Unit）之间的光损耗，更好的提高系统效率。

CDMA 数字 光纤直放站可以为因地形或建筑物造成的信号盲区以及基站信号不能达到良好覆盖的地区 提供高品质的通信服务。

SUNWAVE CDMA数字光纤直放站由近端机（MHU）和远端机（ROU）组成（见图1-1， 1-2），通过数字信号处理功能，根据具体服务的需求，1个近端机（MHU）在下边可连接4 个远端机（ROU），1个远端机（ROU）在下边可再连接1个远端机（ROU），最多连3级， 即4×3共拖12个远端机（ROU）。

这是跟模拟方式相比，在建设网络的经济效率上，还有 网络管理上独具优势。

另外，数字光纤直放站支持多设备组网中各设备间的相互联调功能， 工程实施及工程维护更具方便性。

SUNWAVE CDMA数字光纤直放站适用于大型写字楼、高层酒店、大型商场、体育场 馆、展会场馆、地下建筑、公路/铁路隧道、机场、旅游风景区、乡镇等区域的室内、室外 移动通信信号覆盖。

SUNWAVE CDMA数字光纤直放站具有远程监控和告警功能，在外部交流电断电的情 况下，能持续一小时向监控中心发送告警信号，方便了监控、调整和维护，可为拓展移动通 信的业务覆盖区域提供低成本的解决方案。

SUNWAVE CDMA数字光纤直放站系统采用全模块化结构设计，在实际应用中可以根 据需要进行近端机（MHU）和远端机（ROU）的任意组合，以满足各类工程使用的需要， 为运营商提供高性价比的网络优化覆盖解决方案。

外形尺寸图 1-1 近端单元（MHU）机箱外观图1-2 远端单元（RRU）机箱外观产品特点采用数字中频处理技术，信号质量稳定，传输速率更高，传输容量更大 数字中频处理技术可提供更多的新功能，由于采用中频处理，信号的采样率更高，可实 现高速的数据处理，采用高精度的调制解调变频技术，可保证信号质量的良好稳定性。