高速鐵路GSM-R無線通信網絡的優化設計

段清豪

【摘要】 ? ?GSM-R覆蓋整體上呈現出線狀，導致列車在實際行駛中經常出現頻繁切換網絡現象，嚴重影響了列車行駛速度，為了解決這一問題，現針對高速鐵路無線通信網絡關鍵問題，根據鐵路數字移動通信系統GSM-專業人員網絡結構及工作原理，從直放站優化方案、無線通信網絡覆蓋優化、越區切換優化三個方面入手，為實現對高速鐵路GSM-R無線通信網絡的科學設計提出具有建設性的建議。結果表明：無線通信網絡優化措施具有非常高的可行性和有效性，不僅解決了高速鐵路無線通信網絡小尺度衰落、越區頻繁切換問題，還提高了無線通信網絡性能，為乘客和司機提供了良好、穩定、可靠的無線通信網絡環境，滿足人們的無線通信需求。

【關鍵詞】 ? ?高速鐵路 ? ?GSM-R無線通信 ? ?網絡 ? ?優化設計

隨著社會經濟水平的不斷提高和信息時代的不斷發展，高速鐵路行業取得了良好的發展，而這得益于GSM-R無線通信網絡的出現和應用，但是，一旦GSM-R無線通信網絡沒有得到科學優化和設計，將會直接影響高速鐵路通信水平，給乘客或者司機與外界溝通、通信造成了很大的不便，因此，為了提高高速鐵路通信水平，如何科學優化設計GSM-R無線通信網絡是專業人員必須思考和解決的問題。

一、高速鐵路無線通信網絡關鍵問題

1.1小尺度衰落

小尺度衰落主要是指無線通信網絡信號在短時間傳輸期間或者短距離傳輸期間，出現快速衰落現象，導致小尺度路徑出現嚴重的損耗問題[1]，這種小尺度衰落出現的根本原因是統一傳輸信號沿著多條路徑進行傳輸，由于受接收機信號的干涉和影響而出現的。接收機天線根據多徑波信號強弱，在盡可能縮小傳輸時間的基礎上，實現對傳播信號帶寬的科學控制。接收機載波頻率偏移如表1所示。

1.2越區切換

越區切換過程主要包含以下幾個環節：1.觸發。觸發主要是指基站通過采用檢測的方式，發現移動臺進入到越區切換環節中。2.掃描。基站根據切換相關標準和要求，將采用排隊的方式，在各個小區排隊等候。3.選擇。在這個BSC中，通過利用業務管理功能，優先選擇出可以作為目標小區的最優小區。4.執行。通過對各個信道進行分配、規劃和激活，將各個各個信道快速切換到下一個信道上進行通話[2]，以保證通話的連續性、穩定性和可靠性。越區切換在提高對于鐵路數字移動通信系統GSM-技術人員運行性能方面發揮出重要作用，與公網越區切換相比，存在相應的不同點。

二、鐵路數字移動通信系統GSM-R

2.1 GSM-R概述

GSM-R（中文全稱為：“鐵路數字移動通信系統”）主要應用于高速鐵路的無線通信領域中，滿足人們的無線通信需要，GSM-R主要由移動臺、基站子系統、網絡子系統組成，為提高鐵路系統運行性能，保證行車調度的高效性提供重要的平臺支持。GSM-R具有強大的語音組呼功能和語言廣播呼叫功能，滿足鐵路運維業務開展需求，為實現鐵路列車高效調度、提高維修作業組通信能力打下堅實的基礎。總之，為了充分發揮和利用GSM-R的應用優勢，技術人員要將GSM-R與無線通信網絡進行充分結合，在保證無線通信網絡優化水平的基礎上，盡可能提高隧道通信管控水平，為人們提供更加優質的通信體驗，從而促進高速鐵路的健康、可持續發展。

2.2 GSM-R無線覆蓋

GSM-R無線通信網絡是高速鐵路運行的基礎和保障，主要沿著鐵路線，不斷擴大網絡覆蓋范圍，從而形成一個穩定、獨特的網絡結構，現根據網絡覆蓋特點，GSM-R無線通信網絡采用線狀覆蓋的方式，完成對各個基站的鋪設，從而形成如圖1所示的GsM—R網絡沿線覆蓋簡圖，這種覆蓋形式不僅降低了相鄰小區之間的距離和數量，還為小區最優選擇和高效切換提供有力的保障。

三、高速鐵路GSM-R無線通信網絡優化設計建議

為了進一步提高高速鐵路的通信水平，技術人員要嚴格按照GSM-R無線網絡優化流程圖，對無線通信網絡進行科學優化和設計，以保證無線通信網絡系統性、健全性和完整性，只有這樣，才能為人們提供良好無線通信網絡服務。

3.1直放站優化方案

直放站優化方案作為GSM-R無線通信網絡優化的首要環節[3]，在具體的實施中，技術人員要從以下幾個方面入手：1.一旦GSM-R服務區內部出現大量隧道時，技術人員要采用漏纜與光纖直放站相結合的方式，對無線通信網絡進行優化。直放站作為一個功率增強器，主要用于對射頻信號的發射和管理，因此，直放站屬于典型的同頻放大設備。技術人員要借助直放站的這一功能，采用冗余配置的方式，對直放站的關鍵功能模塊進行優化和設計。2.采用單條鋪設的方式，對漏泄電纜鋪設在鐵路的一側[4]，同時，精確計算漏泄電纜的覆蓋范圍，在保證漏泄電纜輸出功率為1W時，將無線通信網絡通信概率提高至95%，確保漏泄電纜的傳播路程達到1111米。3.在綜合考慮交織覆蓋相關影響因素的基礎上，盡可能提高無線通信網絡覆蓋余量，確保兩個相鄰的直放站之間間隔在1000米以下。例如：根據直放站經常主用上行信號差別大、備用信號未出現等共性問題，借助網管的作用，實現對直放站遠端主用模塊參數以及遠端備用模塊參數的收集和整理，在此基礎上，嚴格按照不同告警處理相關標準和要求，對以上共性問題進行分析和解決。

3.2無線通信網絡覆蓋優化

通常情況下，無線通信網絡覆蓋情況直接影響了整個網絡運行得穩定性、可靠性和安全性，因此，技術人員要重視對無線通信網絡覆蓋的優化。在這個過程中，首先，要根據GSM-R網絡特點，在充分結合基站覆蓋電平相關要求的基礎上，將無線通信網絡覆蓋范圍控制在95%以上，同時，還要確保無線信道呼損率在0.5%以下，無線通信網絡覆蓋電平在-921dBm以上，只有這樣，才能最大限度地提高無線通信網絡膚感范圍，滿足人們無線通信需求。此外，在進行選址基站期間，還要根據現場環境，科學控制基站覆蓋范圍，避免因出現基站覆蓋范圍不均勻而嚴重影響無線通信網絡覆蓋效果，同時，在對GSM-R無線通信網絡進行優化的過程中，還要科學調整和控制天線俯仰角度數，以達到科學管控基站覆蓋范圍的目的。例如：某客專區基站覆蓋范圍較小[5]，降低了人們無線通信體驗效果，為了解決這一問題，技術人員對天線俯仰角進行科學調整和控制。將沿著No.5S2方向的天線俯仰角度數由原來的4°調整為現在的6°;將沿著No.6S2方向的天線俯仰角度數由原來的7°調整為現在的4°，將沿著No.7S1方向的天線俯仰角度數由原來的5°調整為現在的3°。當天線的下傾角達到4°時，整個無線通信網絡所輻射的能量無法全面、徹底地投向軌道上，這樣一來，不僅浪費了大量的基站輸出能量，還造成覆蓋較強的無線通信網絡經常出現越區覆蓋問題。為了解決這一問題，將天線下傾角設置為6°，確保網絡所輻射出的能量全面投向軌道上。此外，在天線下傾角的不斷調整和優化下，覆蓋較強的無線通信網絡產生的信號電平會有所下降，以達到科學控制基站遠處覆蓋的范圍，從而降低越區覆蓋的可能性。

3.3越區切換優化

越區切換主要是指移動臺在進行通信期間，需要從某一個基站覆蓋區移動到下一個基站覆蓋區，同時，為了降低外界噪音對通信的影響，需要將語音信道安裝和固定在新的空閑語言信道上，確保通話過程的連續性和穩定性[6]。通常情況下，越區切換失敗、切換過于頻繁、切換位置不正確等問題的出現會降低無線通信網絡運行性能。現階段，GSM-R系統在具體的運用中，盡管越區切換成功率較高，但是，由于存在越區切換位置不正確問題，經常出現頻繁切換現象，為了解決這一問題，通過利用鐵路數字移動通信系統GSM-R，對越區切換問流程進行優化。首先，當列車從上一個小區行駛到下一個小區時，通常要進行越區切換，為了保證通話的穩定性和連續性，技術人員要在精確計算兩個小區切換時間和切換距離的基礎上，科學調整和控制無線通信網絡覆蓋距離[7]，這樣一來，即使第一次越區切換失敗，列車司機有足夠的時間和距離，進行第二次越區切換。此外，為了進一步提高越區切換的效率和效果，還要確保鐵路數字移動通信系統GSM-R符合運營速度為350km/s的要求，同時，將兩次越區切換的時間控制在10s以內，此時，按照1000米無線通信網絡覆蓋距離，對越區切換進行優化和設計。例如：某車站基站與其他車站經常出現頻繁切換問題[8]，為了解決這一問題，技術人員要做好對基站天線區間的確定，同時，還要嚴格按照天線仰俯角設置標準，將沿著S1方向仰俯角設置為7°，并對第一個基站與車站基站之間的切換門限進行調整和控制，將其調整為6dB;同時，將車站與第一個基站之間的切換門限調整為7dB。

四、結束語

綜上所述，對于高速鐵路而言，其GSM-R無線通信網絡優化是一個復雜、漫長的工程，這是由于在網絡參數以及網絡外部環境的不斷更新和變化下，無線通信網絡容易出現各種各樣的新問題，這對技術人員的專業技能和職業素養提出了更高的要求，只有加強對GSM-R無線通信網絡的科學優化設計，才能不斷提高網絡運營效率和效果，使得GSM-R無線通信網絡達到最佳狀態，為人們的溝通和通信提供更加優質的服務。

參考文獻

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