GSM-R無線網絡規劃

李昶 遼寧錦州渤海大學工學院

GSM-R無線網絡規劃

李昶 遼寧錦州渤海大學工學院

GSM-R無線網絡構建的前提是完成網絡的規劃與設計，探討GSM-R無線網絡規劃有著重要的意義，基于傳統GSM基礎上，GSM-R應運而生，然而GSM-R主要是應用于鐵路系統中，在鐵路領域中，時常出現在列車以飛快的速度前行的時候，容易造成信號快衰落，而且在此過程中，也容易產生不斷切換以及出現掉話的現象。所以，分析GSM-R網絡規劃意義十分重大。

GSM-R GSM 無線網絡規劃

GSM-R技術是從GSM技術上發展而來的，主要應用在鐵路通信中，在很多的通信業務中GSM-R都得到了廣泛的應用，而且GSM-R技術中還繼續涵蓋了傳統的GSM相關特征，因此GSM-R無線網絡規劃和傳統的GSM規劃之間存在著很多相似之處。GSM-R在鐵路系統中有著廣泛的作用。

1 GSM-R系統組成

GSM-R系統的結構包括的內容主要涉及到了BTS，也就是基站收發信機、MSC就是所謂的移動交換中心、基站控制器（BSC）、GCR就是組呼寄存器以及AC即是認證中心等等。具體的組成如圖1所示。

圖1 GSM-R系統組成

現今，我國GSM-R技術的發展還處于初步發展階段，所以所涉及到的業務不多，隨著技術的飛速發展，GSM-R的業務類型不斷得到了發展多。

2 GSM-R小區規劃

一般情況下，在現實中需要盡量避免切換，從而確保提高系統的性能。所以，GSM-R小區選擇的方式應該是雙方向單小區，也就是說進行小區的劃分，如圖2所示。

圖2 雙方向單小區

同一基站中的區切換次數的減少能夠選擇雙方向單小區。對于拐彎很多的鐵路沿線長河中，一般情況下，選擇的是功分器雙方向單小區，每個基站選擇的定向天線是2根，同時不同的兩個方向需要各自選擇1根天線，通過一個功率分配器進行2根天線的耦合，接著再和基站里面的收發信機進行連接。對于鐵路沿線比較直的場合，應該選擇八字形雙向單小區，從而在信號從多個方向進行傳播的過程中，不用增添多余的天線與饋線。針對火車客運站和樞紐站，選擇的方案能夠是基站三小區。

3 覆蓋規劃

實現GSM-R的全面覆蓋尤為特殊，相比于大多數的GSM網絡，不同點在于符合切換的要求以及覆蓋弱場。無線網絡的速度范圍是從0到350km/h之間，通過網絡覆蓋從而實現通信連接。

3.1 小區覆蓋重疊要求

當列車以飛速的速度在飛奔的時候，需要確保可以成功切換的同時，還可以不掉話，而且彼此挨近的小區覆蓋存在著覆蓋重疊區。由于GSM信號解碼以及切換需要花費的時間在5s左右，那么能夠用下面的公式計算當小區出現重疊覆蓋時鐵路線的長度為：

3.2 確定基站位置

按照建站條件勘察實地，針對無線傳播的環境進行調查，根據功率預算以及覆蓋指標的相關內容，能夠大概計算出處于所有的覆蓋區域里對應的基站覆蓋距離，從而對鐵路沿線建站位置的選擇有一個初步的規劃，接著通過無線發射機將信號發射并完成覆蓋測試，根據相關數據的分析，從而大概粗略地得出基站的覆蓋范圍，按照建站條件從而得出具體的基站位置。基站地址選擇上應該盡量距離樹林以及江河湖泊很遠的地方。

3.3 弱場覆蓋規劃

在具體的GSM-R系統里面，需要盡量使用均勻分布的信號，從而防止當2輛火車出現錯車的時候因為信號快速衰減從而造成了切換失敗或者是掉話的現象。而相應的解決弱場覆蓋的對策是運用基站、電纜泄漏以及光纖直放站。因為要考慮到泄漏電纜指標因素，泄漏電纜平均長度限制是950m。光纖直放站主要包括了遠端站以及近端站。按照現今的光纖直放站性能，通常情況下1個近端機所對應的遠端機數量最多可以達到8個。

圖3 隧道弱場解決方案

在網絡規劃中一定要將下行鏈路的場強以及載噪比因素考慮進去，從而保證隧道和隧道的出入口可以產生很好的覆蓋效果。解決隧道弱場的方案如圖3所示。

當列車出入隧道的過程中，因為隧道里面和外面的信號差異很大，而且列車的運行速度也很快，從而導致了隧道里面和外面的2個小區信號間沒有足夠的時間完成切換最終出現掉話。將一副定向天線增加在隧道出口處出現電纜泄漏的最后端，將發射信號發送給隧道從而擴大隧道里面小區覆蓋范圍，這樣一來就能夠解決當列車駛出隧道的時候所出現的切換難題了。在隧道的入口地方，能夠增加拋物面天線，從而把隧道里面的能量發向外面，如果隧道里面的能量在達到隧道口的時候不高，那么能夠將直放站安裝在隧道口的地方，放大隧道外信號會將信號重疊區的信號進一步提高，從而使得切換問題得以解決。

4 GSM-R頻率規劃

GSM-R網絡規劃中的一個重要的內容就是頻率規劃，要想完成很好的網絡規劃，那么就需要選擇優質的頻率規劃。GSM-R系統中同一頻點的復用有需求限制，那就是空間隔離限制。空間隔離限制和C/I也就是載干比有關系的。通常情況下小區的劃分鐵路系統采用了功分器或者是八字天線。一般情況下線狀鐵路中是線狀分布的覆蓋，根據GSM常規頻率復用能夠知道規劃GSM-R頻率的時候，應該盡可能地避免同頻復用小區扇區正對的現象產生，不然很容易造成干擾。因此在GSM-R系統中選擇頻率復用組的時候一定要是偶數，而非奇數。按照計算載干比的公式能夠計算出GSM-R同頻復用需要隔離的基站數目。在鐵路樞紐站中，有各個方向的鐵路線匯集于此，需要將大站型全向基站建設在樞紐的地方，如此一來，在覆蓋范圍的半徑以內，調度的過程中都沒有切換現象的產生，從而保證不會出現因為掉線而發生事故。需要合理地控制樞紐站中毗鄰的各基站所覆蓋的范圍，避免強干擾出現。現今的GSM-R系統里面，根據GSM協議中規定的值，選擇頻段是E-GSM，同時這個頻段也是中國移動所選擇的值，這種情況下，要保持雙方不受到影響，就要進行協商。

5 GSM-R容量規劃

在GSM-R容量規劃的過程中，重點考慮的業務是點對點、數據業務、廣播呼叫以及組呼。

5.1 點對點

點對點通信話務量與一些參數有著直接的關系，主要為：

①如果固定用戶是車站里面的相關工作人員的話，那么話務就很固定了，如果按照平均1個基站200人計算的話，每個工作人員的話務量是在0.01Erl到0.02Erl以內，那么固定話務量的結果應該是1.6Erl。

②列車用戶話務量是經過列車話務量和停靠列車話務量的和，通過第1類和第2類的話務進行推算可以得出點對點的呼叫容量取值大概在2.68Erl。

5.2 數據業務

數據業務中一定要涉及到的因素有調車機車信號傳遞、GPRS以及同步控制等。其中比較重要的功能有機車主控到機車從控、操控列車和確認列車、出現異常事件進行報警、列車從控到列車主控等，每一個功能都有著各自的信道，一定要有固定的信道。GPRS業務的車站中通常情況下選擇的信道有2個。而通常選擇了2個信道在調車機車信號中。車頭同步中需要的信道數量是1個，一列機車的車頭一共是4個，如果出現了列車錯車時候，那么機車同步選擇的信道數目是8個。所以，在數據業務中所需要的信道數目一共是12個。

5.3 一般車站話務量

其中針對廣播呼叫、點對點以及數據組呼叫需要考慮的信道個數是21個，另外信令信道是2個，所以所需要的信道一共是23個，而要用到的TRX是3個。

然而因為鐵路覆蓋以及鐵路業務有著不同的需求，所以相比于傳統GSM無線網絡的規劃，GSM-R網絡規劃還是存在著很大的差異。因為國鐵路系統中運用GSM-R技術還是處于初步階段，所以淺析GSM-R無線網絡規劃有著重大的理論意義以及實踐意義。

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