鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)容量設(shè)計

寧偉

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710043）

我國鐵路無線通信系統(tǒng)主要采用GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)[1]。作為鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，鐵路無線通信網(wǎng)必須滿足鐵路運(yùn)輸各項(xiàng)服務(wù)需求，系統(tǒng)容量是否滿足所有用戶需求就成為系統(tǒng)設(shè)計必須要注意的問題。

1 GSM-R系統(tǒng)業(yè)務(wù)分類

GSM-R系統(tǒng)主要包括話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，語音包含系統(tǒng)內(nèi)用戶的所有話音業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)包含電路域數(shù)據(jù)和分組域數(shù)據(jù)，各類型[2]情況如表1所示。

2 話 音

鐵路話音模型分為個呼、組呼廣播呼叫3類。話音模型參數(shù)取值是在系統(tǒng)運(yùn)營過程中，經(jīng)過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得到的，當(dāng)無可用話務(wù)量參數(shù)時，移動用戶的忙時話務(wù)量可參照《鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)工程設(shè)計暫行規(guī)定》中給出的數(shù)值[3]。

表1 GSM-R系統(tǒng)業(yè)務(wù)分類Tab.1 Classification of GSM-R system

2.1 個 呼

1）參數(shù)取值

車站通過列車：0.5Erl/列車；

車站停靠列車：0.167Erl/列車；

車站地面用戶：0.015Erl/用戶；

編組站列車：0.5Erl/列車；

編組站地面用戶：0.5Erl/用戶；

區(qū)間通過列車：0.5Erl/列車；

區(qū)間通過列車：0.5Erl/列車[4]。

2）計算公式

個呼話務(wù)量計算公式為：

公式中E為個呼總話務(wù)量，N為個呼用戶種類，i為第i種用戶，Ai為第i種用戶數(shù)量，Bi為第i種用戶單位時間內(nèi)呼叫次數(shù)，Ci為第 i種用戶平均呼叫時長（S）[5]。

2.2 組 呼

1）參數(shù)取值

車站通過列車：0.5Erl/列車

車站停靠列車：0.167Erl/列車

車站地面用戶：0.084Erl/用戶

編組站列車：0.167Erl/列車

編組站地面用戶：0.11Erl/用戶

區(qū)間用戶：0.05Erl/列車

2）計算公式

計算組呼話務(wù)量時，組呼業(yè)務(wù)的信道數(shù)量隨系統(tǒng)狀態(tài)及組呼發(fā)起者的不同而有差異，假定調(diào)度員發(fā)起時需要n個信道，非調(diào)度員發(fā)起時需要m個信道，不同發(fā)起者發(fā)起組呼的幾率也不同，假定調(diào)度員主叫占P%，非調(diào)度員主叫占（1-P%）。

組呼話務(wù)量計算公式如下：

公式中E為組呼總話務(wù)量，N為組呼用戶種類，i為第i種用戶，Ai為第i種用戶數(shù)量，Bi為第i種用戶單位時間內(nèi)呼叫次數(shù)，Ci為第 i種用戶平均呼叫時長（S），[n×P%＋m×（1-P%）]為話音權(quán)值。

2.3 廣播呼

1）參數(shù)取值

車站通過列車：0.033Erl/列車

車站停靠列車：0.011Erl/列車

車站地面用戶：0.006Erl/用戶

編組站列車：0.167Erl/列車

編組站地面用戶：0.11Erl/用戶

區(qū)間用戶：0.05Erl/用戶

2）計算公式

廣播呼叫的容量和組呼相類似，假定調(diào)度員發(fā)起時需要n個信道，非調(diào)度員發(fā)起時需要m個信道，調(diào)度員主叫占P%，非調(diào)度員主叫占（1-P%）。

廣播呼話務(wù)量計算公式如下：

公式中E為廣播呼總話務(wù)量，N為廣播呼用戶種類，i為第i種用戶，Ai為第i種用戶數(shù)量，Bi為第i種用戶單位時間內(nèi)呼叫次數(shù)，Ci為第 i種用戶平均呼叫時長（S），[n×P%＋m×（1-P%）]為話音權(quán)值。

2.4 各種用戶的數(shù)量確定

話音業(yè)務(wù)各種用戶的數(shù)量可按以下方法確定：

1）車站通過列車

假定基站覆蓋范圍，根據(jù)列車運(yùn)行時速和追蹤間隔計算通過列車數(shù)量。

2）車站停靠列車

根據(jù)到發(fā)線數(shù)量確定停靠列車數(shù)量。

3）車站地面用戶

按照車站內(nèi)勤、外勤移動人員每班工作人數(shù)確定。

4）編組站列車

根據(jù)編組站實(shí)際工作的列車數(shù)量統(tǒng)計。

5）編組站地面用戶

根據(jù)編組站實(shí)際工作的地面人員統(tǒng)計。

6）區(qū)間通過列車

假定基站覆蓋范圍，根據(jù)列車運(yùn)行時速和追蹤間隔計算通過列車數(shù)量。

7）區(qū)間地面用戶

通過了解各工種在區(qū)間的工作人數(shù)確定，也可假定基站覆蓋范圍，每公里按一定人數(shù)考慮。

綜上，即可得到話音業(yè)務(wù)話務(wù)量的總和，按取定的話務(wù)呼損率，查愛爾蘭B表，可求出語音業(yè)務(wù)需要的信道數(shù)量。

3 數(shù) 據(jù)

鐵路GSM-R系統(tǒng)數(shù)據(jù)用戶模型包括電路域數(shù)據(jù)和分組域數(shù)據(jù)兩類，分別實(shí)現(xiàn)鐵路列車調(diào)度指揮和列車運(yùn)行安全監(jiān)控業(yè)務(wù)。

3.1 電路域數(shù)據(jù)

目前，基于電路域?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要包括調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控業(yè)務(wù)、列控業(yè)務(wù)和機(jī)車同步操控業(yè)務(wù)[6]。

1）調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)流量小于2.4 kbit/s/調(diào)機(jī)，占用1信道/調(diào)機(jī)。

2）列控業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)流量小于2.4 kbit/s/列車，占用1信道/列車，在兩個RBC交界處，占用2信道/列車。

3）機(jī)車同步操控業(yè)務(wù)

需要的信道數(shù)量隨列車編組方式不同而不同，4×5 000噸方式需要4個信道，2×1萬噸方式需要3個信道。

3.2 分組域數(shù)據(jù)

目前，基于GPRS實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)主要包括調(diào)度命令、列尾信息、車次號信息，數(shù)據(jù)流量為104.96 kbit/h/列車，結(jié)合一個基站覆蓋范圍內(nèi)的列車數(shù)量，可計算需要的數(shù)據(jù)流量，進(jìn)而確定GPRS業(yè)務(wù)需要的信道數(shù)量。

4 容量計算

目前我國鐵路大部分列車運(yùn)行時速小于200 km/h，列車追蹤間隔15 min，基站覆蓋范圍6～8 km，結(jié)合話務(wù)及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析對車站基站、區(qū)間基站、編組場基站容量進(jìn)行計算。

4.1 車站基站容量計算

車站基站容量計算如表2所示。

表2 車站基站容量計算Tab.2 Calculation of the station BTScapacity

語音話務(wù)量4.448Erl，數(shù)據(jù)信道7 Erl，呼損取0.5%，查愛爾蘭表得知語音需11個信道；數(shù)據(jù)信道7個，控制信道2個，語音和數(shù)據(jù)總信道20個，所需基站容量為3個載頻。

4.2 區(qū)間基站容量計算

區(qū)間基站容量計算如表3所示。

表3 區(qū)間基站容量計算Tab.3 Calculation of the section BTScapacity

語音話務(wù)量0.882Erl，呼損取0.5%，查愛爾蘭表得知語音需5個信道；數(shù)據(jù)信道9個，控制信道2個，語音和數(shù)據(jù)總信道16個，所需基站容量為2個載頻。

4.3 編組場基站容量計算

編組場基站容量計算如表4所示。

語音話務(wù)量6.880Erl，呼損取0.5%，查愛爾蘭表得知語音需15個信道；數(shù)據(jù)信道6個，控制信道2個，語音和數(shù)據(jù)總信道23個，所需基站容量為3個載頻。

表4 編組場基站容量計算Tab.4 Calculation of the Marshalling yard BTScapacity

由于目前我國鐵路編組場調(diào)車作業(yè)利用GSM－R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的方式還未確定，因而不好確定話務(wù)量，需要進(jìn)一步完善，表4中用戶的話務(wù)量不包括調(diào)車作業(yè)產(chǎn)生的話務(wù)量。

5 結(jié) 論

文中以列車運(yùn)行時速小于200 km/h，列車追蹤間隔15 min，基站覆蓋范圍6～8 km為前提，通過對車站、區(qū)間及編組場3種鐵路場景分析，經(jīng)計算可知，車站基站和編組場基站加載3個載頻、區(qū)間基站加載2個載頻可滿足用戶需求。該計算方法可對列車運(yùn)行時速大于200 km/h，列車最小追蹤間隔5 min，基站覆蓋范圍3～4 km的高速鐵路GSM－R移動通信系統(tǒng)容量設(shè)計提供參考。

由于我國不同的鐵路線路，因運(yùn)輸性質(zhì)、業(yè)務(wù)種類的不同，其話務(wù)模型及數(shù)據(jù)模型存在差異。在進(jìn)行GSM－R移動通信系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同鐵路等級及特點(diǎn)，正確統(tǒng)計所有用戶業(yè)務(wù)需求，分析不同業(yè)務(wù)模型和用戶類型，合理選擇相關(guān)參數(shù)取值，結(jié)合相應(yīng)的計算方法，對系統(tǒng)容量進(jìn)行預(yù)測計算，確保GSM－R移動通信系統(tǒng)容量滿足系統(tǒng)內(nèi)所有用戶需求。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10086－2009鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)及專用無線通信系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB/T 3324－2013鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM－R）總體技術(shù)要求[S].北京：中國鐵道出版社，2013.

[3]中華人民共和國鐵道部.中國鐵路GSM－R移動通信系統(tǒng)設(shè)計指南[S].北京：中國鐵道出版社，2008.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2007]92號 鐵路GSM－R數(shù)字移動通信系統(tǒng)工程設(shè)計暫行規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[5]郭梯云.移動通信[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[6]中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.新豐鎮(zhèn)編組場GSM－R數(shù)字移動通信系統(tǒng)方案研究報告[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2009.