實現成功的GSM-R無線方案

在設計GSM-R無線方案時，不能簡單地采用與標準GSM網絡相同的規則和標準，而應該尋找新的無線方案以適應具體的鐵路環境和基本運行需求。一旦GSM-R在歐洲成為列車控制系統（TCS）的無線通信載體時，尋求這種新方法就顯得更加重要。

為什么會出現不同的GSM-R無線方案

用更少的頻率。這并不是最大的障礙，因為通常鐵路GSM-R網絡本質上是線性的。在鐵路網的大部分區域，對于任何無線基站而言都無法了解其臨近基站的情況；但是與之相反，在主要大城市，特別是有許多鐵路線路引入到城市中心的大城市，由于可能會干擾到臨近線路，很難實現頻率復用方式。

成功的GSM-R無線方案的關鍵因素

與GSM一樣，GSM-R是蜂窩無線網絡，這意味著覆蓋區域由一系列相鄰以及重疊的小覆蓋區域或蜂窩構成。這種網絡的優點在于可以使無線覆蓋有目標的覆蓋到指定區域。在使用公共蜂窩網絡的情況下，通常需要無線覆蓋越過地理區域，形成二維單元模型。每個基站通道或頻率由不同字母表示。如果頻率的數量有限，為了避免干擾，則以在相同頻率的單元之間存在分離距離這種方式重新使用。

對于鐵路GSM-R網絡，蜂窩模型是線性的而不是二維的。規劃這種網絡的規則有所不同，特別是與商業運營相比，GSM-R操作人員需要考慮使

從無線傳播的角度來說，我們需要無線方案專家來對鐵路環境進行分析，并考慮到以下因素：路塹、路基、隧道、橋梁（橋上和橋下）、軌道彎曲、車站、調車區域。

通常，公共運營商可以在無線電發射地以不同角度覆蓋網絡難以覆蓋的區域。由于GSM-R網絡本質上是線性的，且無線電站通常位于鐵路用地上，因此為沿線的所有點提供足夠的無線覆蓋就特別困難。

鐵路運營約束條件對確定無線方案也有很大影響。GSM-R的主要應用之一就是提供安全通信，即用于列車司機和調度人員之間的安全通信，該調度人員負責控制在線路的一個或多個區段運行的所有列車。GSM-R考慮到了位置尋址，這意味著列車司機不需要知道負責具體線路的調度人員的電話號碼。呼叫是根據列車首次呼叫的源小區而自動發送到相應的調度人員。這樣做的優勢在于列車司機只需按下按鈕而不必考慮列車的位置，即可接通相關調度人員。為實現這項功能，無線小區邊界需要和調度管界一致。

這些限制條件構成了鐵路運營方案的部分內容，該方案需要在開始執行無線規劃之前由鐵路運營商來確定。由于任何輸入變更都會對無線基站產生影響，因此這些相關的輸入必須在執行該方案前進行確定。至少應該包括以下信息的輸入。

（1）鐵路線路的準確位置以及鐵路用地的邊界。

（2）考慮作為可能的GSM-R站點的既有結構準確位置。

（3）所有車站、隧道、樞紐、調車區域、控制邊界以及相鄰第三方鐵路的準確位置。

（4）鐵路沿線所有點所需的無線流量。

（5）線路速度、方向以及鐵路各區段線路的數量。

（6）哪條線路裝備了ETCS系統。

（7）鐵路緊急呼叫的地理邊界（已經經過初始化的GSM-R鐵路緊急呼叫包括在預定區域內所有列車和負責該區段線路的調度人員。為了減少對鐵路運營的影響，需要仔細定義這些區域。）

為了進行計算，所用的無線預測工具需要一個或多個傳播模型、地形和多種數據庫。為了能夠準確預測，所用的模型針對鐵路環境可以進行校正。其中包括在執行無線方案前，在各種類型的鐵路環境下運行測試列車。一旦采用了足夠多的樣本，就可以通過對計劃工具的預測內容和測量結果進行比較來校正模型。如果使用了半確定式模型，則不需要通過測量來驗證最終無線方案。如果使用了經驗模型，現場60%～80%的部分需要利用試驗列車進行測量，以確保GSM-R可以在實際運營中正常工作。

地形和多種地圖數據庫的選擇也是確保高效并準確執行無線方案的關鍵。這也有2種方法：選擇低分辨率地圖（相對便宜）以及在制定規劃過程中預留額外的無線余量；或使用高分辨率地圖（相對比較昂貴），這意味著不需要額外的余量。通過給無線方案增加一些“余量”，從保守意義上來說預測顯示的結果要比現實略差一些。實際上，與使用高分辨率地圖相比，使用低分辨率地圖可能會導致無線基站數量的增加。對于GSM-R方案而言，認為50 m屬于低分辨率而5 m屬于高分辨率。

圖1顯示了當使用高分辨率數據時，半確定式模型的精度。可以看出當列車沿線運行時信號強度的變化。當列車接近無線基站時，信號增強?；疑€條表示利用半確定式模型預測的信號強度。黑色線條表示從測試列車接到的實際測到的信號強度。這兩條線非?？拷?。預測中這種置信水平意味著驗證測試所需用的測試列車將大大減少。由于3 dB的差異意味著功率的2倍，這就造成了與更精確的規劃模型相比需要更多數量的基站。

結論

GSM-R的無線方案需要仔細闡述每個應用程序的服務質量等級。預測工具必須足夠靈活，使其數據庫的精度可以根據特殊的鐵路線路地形而變化。根據鐵路的不同規模和復雜性，GSM-R網絡總成本的最重要決定因素與無線基站的布置有關。一個差的無線方案雖然可用，但是可能要付出比原來計劃多得多的成本。通常的無線規劃費用大約是總項目成本的1%～5%，這可作為GSM-R項目成本控制的最好形式。