GSM-R網絡場強規劃

王振海

鐵路綜合數字移動通信系統 (GSM-R)需要為無線列控提供服務,其網絡質量非常重要。在基站建成后,GSM-R網絡的優化只能修改參數,改建基站位置通常很困難,所以前期網絡規劃非常重要。為此,結合 ENTERPRISE V5.0軟件,介紹GSM-R網絡場強規劃過程,對后續 GSM-R網絡場強規劃具有一定的指導意義。

1 規劃目標和規劃軟件

按照鐵道部 《鐵路 GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定》,場強覆蓋以機車接收機天線處,輸入端射頻信號最小可用接收電平為標準,話音和非安全數據傳輸的列調機車臺場強值為-98 dBm(95%的時間地點概率),列控數據傳輸的列控機車臺運行速度大于 280 km/h場強值為-92 dBm(95%的時間地點概率)。哈大線列車運行速度目標值為 350 km/h,需要傳送 C3列控信息,所以,GSM-R數字移動通信系統的場強覆蓋,以機車接收機天線處輸入端射頻信號最小可用接收電平為標準,應滿足 -92 dBm的要求。

無線通信領域的網絡規劃軟件常用的有 ENTERPRISE、ATOLL和 IPLANNER等,目前 ENTERPRISE軟件在無線網絡規劃領域應用比較普遍。哈大線采用 ENTERPRISE V5.0軟件,可以完成 GSM、GPRS、HSCSD、EDGE、AMPS、TDMA、TETRA,UMTS/CDMA2000和 TD-SCDMA等無線網絡規劃。

2 傳播模型和數字地圖

GSM-R網絡規劃精度主要取決于傳播模型和數字地圖的準確度。

ENTERPRISE V5.0軟件提供了 3種標準宏蜂窩傳播模型 (Standand Macrocell),這些模型是在ETSIHata模型的基礎上進行了改進,適用于150 MHz～2 GHz的頻率范圍。其中,模型 2比模型 1增加了各種地形的損耗偏置值,運算速度更快;模型 3和模型 2相比,用函數計算替代了查詢正弦表和余弦表,計算更準確。廠家建議使用模型3,也可以根據以往規劃習慣選用模型 1和模型 2。哈大線 GSM-R網絡場強規劃預測模型采用模型 1。由于沒有一個傳播模型可以在任何情況下準確應用,所以根據場強測試數據正確校準模型,比傳播模型選型要重要得多。

ENTERPRISE V5.0軟件要求的數字地圖包含數字高程模型(Height數據)、地面覆蓋模型(Clutter數據)、線狀地物模型(Vector數據)和重要地物文字標注(Text數據)4種數據。哈大線數字地圖精度為 20m,重要樞紐數字地圖精度為 5 m。

3 場強覆蓋規劃

3.1 創建項目

ENTERPRISE V5.0軟件要求每個工程創建一個新項目,指定數字地圖使用的坐標系統。哈大線選用 1980西安坐標系,普爾科沃 1942橢球模型,采用高斯克呂格投影,位于北半球第 21個 6度帶。經導入數字地圖后,創建用戶自定義數據文件夾。電子地圖的 Vector數據必須進行升級后才能在軟件中顯示出來。

3.2 預備設置

1.導入所需天線模型。哈大線使用的天線模型為 CTSD09-06515-0D和 80010302。創建傳播模型Standand Macrocell,輸入 GSM-R網絡場強規劃頻率、機車臺接收天線高度和相應的初始參數(k1～k7),基站天線高度和移動臺天線高度選用相對模式,根據場強測試的數據對傳播模型進行校準。

鐵路 GSM-R網絡使用的頻率上行為 885M～890 MHz,下行為 930M～934 MHz,對應的頻道序號為 999～1019,扣除低端999和高端 1019作為隔離保護,實際可用頻道 19個,頻道序號為 1000～1018。所以,載頻層允許使用的頻道為 1000～1018,控制層的最大載波數設為 1,業務層的最大載波數設為 3。將控制層和業務層導入小區層,由小區層定義每個小區收發信機的相關參數。

2.配置基站或小區參數。網絡規劃初期,一般將基站或小區配置相同的參數,為節省時間可以定義一些模板,這樣每個新設基站不用分別設置。首先,創建一個名為 GSM-R site的基站模板。傳播模型同前,加入天線增益 17dB、方向角 63°、下傾角 2°等信息,天線型號為 CTSD09-06515-0D。多數鐵塔高為 35 m,將天線高度設為 32 m。另外,每個基站有 2副天線,選擇不同的方向角便于區分。在基站模板的小區層,將天線發射功率設置為54.8 dBm。計算方法如下。

區間基站天線等效發射功率 (Eirp)=47 dBm(基站發射功率 60W)-2.2 dB(2∶2合路器損耗)-3 dB(7/8饋線損耗)-3 dB(一分二功分器損耗)-1 dB(接頭及跳線損耗)+17dB(天線增益)=54.8 dBm

車站基站天線等效發射功率 (Eirp)=47 dBm(基站發射功率 60W)-5.1 dB(4∶2合路器損耗)-3 dB(7/8饋線損耗)-3 dB(一分二功分器損耗)-1 dB(接頭及跳線損耗)+17dB(天線增益)=51.9 dBm

3.創建直放站模板。同創建基站模板類似,創建一個名為 Repeater直放站模板,傳播模型也選擇前面創建的傳播模型,天線型號選 CTSD09-06515-0D,高度設為 12 m。天線發射功率設為42 dBm。其計算方法如下。

區間直放站天線等效發射功率 (Eirp)=30 dBm(直放站發射功率 1W)-2 dB(7/8饋線損耗)-3 dB(一分二功分器損耗)+17 dB(天線增益)=42 dBm

4.設置基站、直放站、小區的顯示形狀、填充顏色等。根據預設計的基站初始布局信息,在2D View中添加移動交換中心、基站控制器、基站和直放站網絡元素,分別調整各網絡元素參數,設置數字地圖各個地物的顏色。仿真時只需添加一個移動交換中心、基站控制器即可,位置隨意放置(也可按實際設計布置),對仿真結果無影響。

5.定義顯示方式。由于基站場強傳播的預測受到傳播模型、數字地圖精度、小區重疊范圍及快衰落等因素的影響,為保證設計質量在工程設計中應留有一定的設計余量,根據武廣線設計經驗和哈大線的特點,設計余量定為 5.5 dB。由于 ENTERPRISE V5.0軟件顯示的場強值 -80.5 dBm(50%的時間地點概率)相當于 -92dBm(95%的時間地點概率),再減去 5.5 dB的設計余量,由此確定ENTERPRISE V5.0軟件顯示的可用場強值為-75 dBm。

3.3 規劃過程

哈大線 GSM-R基站子系統采用交織冗余單層覆蓋,首先利用 Filter工具將哈大線全線的基站分為奇數和偶數 2組,然后選擇參加覆蓋預測的 Filter,并選擇 All,默認按照基站數據庫中設定的預測半徑和分辨率進行路徑損耗預測。覆蓋預測完成后,可進行覆蓋顯示。

GSM-R無線網絡場強規劃流程圖如圖 1所示。根據場強覆蓋顯示情況,對鐵路沿線場強值達不到設計要求的地方采取相應的弱場解決措施,可以調整基站位置、增加鐵塔高度、調整天線方向角、調整天線下傾角、改用窄波瓣天線、增加光纖直放站等。采取的措施要綜合考慮網絡質量、投資、施工難度等因素后,再進行覆蓋預測并顯示,如此反復,直到所有的弱場均達到設計要求。在 GSM-R無線網絡場強規劃完成后,還要對每個候選基站和直放站的站址進行實地勘察,并根據實際情況進行微調,再進行一次無線網絡規劃。

圖 1 GSM-R無線網絡場強規劃流程圖

總之,隨著 GSM-R建設的加快,工程實踐經驗的豐富,網絡規劃精確度和合理性一定會提高,GSM-R網絡場強規劃工作會做得更好。

[1] 中華人民共和國行業標準.鐵路GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定[S].鐵建設[2007]92號

[2] Johnny Xiong.ENTERPRISE V5.0 ASSET3G GSM Tool User Reference Aug 24,2004.

[3] AIRCOM International Ltd.ASSET3g User Reference Guide,Mar 3,2006.

(責任編輯:諸 紅)