閻越明 劉盛堯

(北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073)

關(guān)于ASSET軟件在GSM-R系統(tǒng)工程設(shè)計中應(yīng)用的研究

閻越明 劉盛堯

(北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073)

規(guī)劃軟件在鐵路GSM-R系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中已得到廣泛的應(yīng)用，熟練掌握規(guī)劃軟件的應(yīng)用，對設(shè)計工作具有重要的指導(dǎo)意義，結(jié)合鐵路GSM-R系統(tǒng)的特點，針對ASSET規(guī)劃軟件在鐵路GSM-R系統(tǒng)工程設(shè)計的應(yīng)用進行闡述。

GSM-R；規(guī)劃軟件；工程設(shè)計

1 概述

ASSET軟件是英國Aircom公司的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件。利用ASSET軟件可以在工程設(shè)計前期，通過對系統(tǒng)硬件參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)容量、頻率分配方案的設(shè)置和分析完成對網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計（如覆蓋預(yù)測、話務(wù)分析、頻率計劃、干擾分析等），模擬網(wǎng)絡(luò)運行效果，從而指導(dǎo)工程設(shè)計。

隨著近年來GSM-R網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，手工規(guī)劃的效率已無法滿足工程建設(shè)的要求，需要功能強大的規(guī)劃軟件來輔助完成這一系列工作。ASSET使用微軟的開放數(shù)據(jù)庫互連接口，具有友好靈活的圖像信息系統(tǒng)，支持開放格式的電子地圖，運用全面的信息數(shù)據(jù)庫，采用靈活的傳播預(yù)測模型、連續(xù)波測量分析功能。運用ASSET軟件可以方便的開始規(guī)劃，直觀的模擬網(wǎng)絡(luò)狀況，對于GSM-R系統(tǒng)工程設(shè)計工作可以起到強大的輔助作用。

2 數(shù)字地圖簡介

ASSET軟件的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是在電子地圖的基礎(chǔ)上進行的。用于GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理的地理數(shù)據(jù)（20 m采樣間隔）由以下4種基本數(shù)據(jù)組成。

1）數(shù)字高程模型（HEIGHTS數(shù)據(jù)）：HEIGHTS數(shù)據(jù)是按20 m采樣間隔等間距表示的地面高程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式采用國際上通用的柵格數(shù)據(jù)記錄格式BIL，以16位整型數(shù)記錄DEM柵格數(shù)據(jù)。數(shù)字地面高程模型用于描述該區(qū)域的基本地形情況，直接參與無線傳播模型的計算。

2） 地 面覆 蓋 模 型（CLUTTER數(shù) 據(jù)）：CLUTTER數(shù)據(jù)是按20 m采樣間隔等間距表示的地面覆蓋類型，如森林、湖泊、開闊地、工業(yè)區(qū)、市區(qū)、高層建筑區(qū)等，數(shù)據(jù)格式采用國際上通用的柵格數(shù)據(jù)記錄格式BIL，以16位整型數(shù)記錄DEM柵格數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)在計算無線傳播路徑損耗時使用。

3）線狀地物模型（VECTOR數(shù)據(jù)）：VECTOR數(shù)據(jù)是以弧段坐標表示的線狀地物平面位置，描述線狀地物的平面分布與空間關(guān)系，包括高速公路、街道、河流等，數(shù)據(jù)格式按Arcinfo的E00格式或MOSS格式記錄。

4）重要地物文字標注（TEXT數(shù)據(jù)）：TEXT數(shù)據(jù)記錄主要線狀、面狀及點狀地物的名稱，采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

所有這些電子地圖數(shù)據(jù)都與相對應(yīng)的投影方式和橢球方式有關(guān)?？梢栽谌蝿?wù)中定義選擇具體方式。

3 準備工作

開始規(guī)劃之前，需作好如下準備工作：

1）合適精度的電子地圖。

2）有關(guān)的數(shù)據(jù)信息：主要包括設(shè)備的配置、基站站點經(jīng)緯度、天饋參數(shù)（型號、掛高、方向角、下傾角、合路功分損耗、饋線型號、饋線長度）等。

3）創(chuàng)建一個關(guān)于此次規(guī)劃任務(wù)的文件夾，將地圖商提供的地圖數(shù)據(jù)存入其中。在該文件夾中創(chuàng)建名稱為Heights、Clutter、Vector 3個子目錄，分別存放電子地圖的數(shù)字地面高程數(shù)據(jù)、地物分類數(shù)據(jù)、線性地物矢量數(shù)據(jù)。每類數(shù)據(jù)都包含menu.txt 和Index.txt兩個TXT格式文件。創(chuàng)建Predict、Uservector子目錄，用以存放預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)、自定義線狀矢量。

4）準備ASSET基站信息導(dǎo)入文件，將需規(guī)劃的所有基站信息按模板形式生成基站信息表（包括基站類型、天線掛高、天線方位角、天線下傾角、基站經(jīng)度、緯度、天線型號、基站名稱等），然后另存為.TXT格式文件。只有TXT文件ASSET才能讀取。

4 覆蓋預(yù)測

4.1 傳播模型編輯

覆蓋預(yù)測是GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中傳播模型的準確性關(guān)乎到覆蓋預(yù)測的效果，并直接影響到基站設(shè)置合理性。

ASET軟件的“標準宏小區(qū)”傳播模型以ETS 的Hata模型為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)之上添加了一些額外的功能，從而增強了模型的靈活性和精確性。這個模型適用于150 MHz～2 GHz的頻率范圍。

其中：Prx為接收功率（dBm）；Ptx為發(fā)射功率（EiRP）（dBm）；Ploss為路徑損耗（dB）。并且 Ploss=k1+k2lg（d）+k3（Hms）+k4lg（Hms）+ k5lg（Heff）+k6lg（Heff）lg（d）+k7Diffn+ Clutter_Loss

其中：

d——基站到移動站之間的距離（km）；

Hms——移動站地面上的高度（m）；

Heff——基站天線的有效高度（m）；

Diffn——使用Epstein Peterson、Deygout或Bullington的等效刃形繞射方法計算的繞射損耗；

k1& k2——截距和斜率；

k3——移動天線的高度因數(shù)；

k4——Hms的Okumura Hata的增值因數(shù)；

k5——有效天線高度增益；

k6=lg（Heff）lg（d），這是lg（Heff）lg（d）值的Okumura Hata類型的增值因數(shù)；

K7——繞射計算的增值因數(shù)；

Clutter_Loss——地物規(guī)格。

利用用戶可定義的增值系數(shù)，傳播模型完全可以進行定制。900 MHz（GSM）模型的典型建議值是：k1=147；k2=45；k3=1；k4=0；k5=-13.82；k6=-6.55；k7=0.8。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，主要的Clutter_Loss（地物規(guī)格）參考值如表1所示。

表1 地物規(guī)格參考值

4.2 覆蓋優(yōu)化

根據(jù)工程需要調(diào)整好傳播模型后進行仿真模擬，并根據(jù)仿真結(jié)果進行優(yōu)化工作，進一步使方案合理化。以下為優(yōu)化案例：

4.2.1 案例一，調(diào)整基站天線掛高

如圖1所示，根據(jù)仿真結(jié)果兩基站間切換區(qū)的電平值偏低，此處地形平坦，因此可通過調(diào)整基站塔高的方式進行優(yōu)化。

圖1 調(diào)整天線掛高前覆蓋效果圖

如圖2所示，將DK531處基站北向天線掛高調(diào)整為45 m（原高度為35 m）后，兩基站間的覆蓋效果良好。

圖2 調(diào)整天線掛高后覆蓋效果圖

4.2.2 案例二，中繼設(shè)備補強

如圖3所示，DK479與DK485兩處基站中間由于有山包阻擋存在著弱場區(qū)段，通過增加天線掛高無明顯效果，需在此處增設(shè)中繼設(shè)備進行補強。在DK482處設(shè)置一套直放站，DK479處基站為信源基站，在DK483+500處設(shè)置一套直放站，DK485處基站為信源基站，仿真結(jié)果如圖4所示，覆蓋效果良好。

圖3 加直放站前覆蓋效果圖

4.2.3 案例三，無需調(diào)整

優(yōu)化過程中還要考慮到鐵路自身特點，高架橋、路塹等特殊地形在數(shù)字電子地圖中是沒有具體體現(xiàn)的，各別地點雖出現(xiàn)弱場，但并不是“真正”弱場，例如溝、塹等低洼地在鐵路建設(shè)中都架設(shè)了橋梁，考慮橋的高度此處是沒有弱場的，因此優(yōu)化需結(jié)合縱斷面圖紙及現(xiàn)場勘查情況綜合分析。如圖5所示，DK609附近存在著“疑似”覆蓋弱場，結(jié)合縱斷面圖（如圖6所示），在DK605與DK611基站之間存在低洼區(qū)段，但該低洼區(qū)段為高架橋，線路高度高于最低處約20 m以上，經(jīng)過現(xiàn)場勘查DK605 與DK611基站在DK609附近的覆蓋可以滿足要求，無需進行補強。

圖4 加直放站后覆蓋效果圖

圖5 疑似弱場覆蓋示意圖

圖6 縱斷面示意圖

5 話務(wù)預(yù)測

ASSET軟件的話務(wù)分配有如下幾種方式：

1）給定各基站覆蓋范圍內(nèi)的話務(wù)總量，根據(jù)不同業(yè)務(wù)話務(wù)量權(quán)重的不同，將話務(wù)分配到各個小區(qū)，軟件再由Erlang B表計算出每個小區(qū)應(yīng)分配的載頻數(shù)。

2）指定小區(qū)載頻數(shù)，根據(jù)Erlang B表，查出每個小區(qū)承載的話務(wù)，填入數(shù)據(jù)列表。

3）直接指定各基站覆蓋范圍內(nèi)的話務(wù)量，軟件根據(jù)話務(wù)量得到小區(qū)載頻數(shù)。根據(jù)鐵路業(yè)務(wù)，不同站點話務(wù)量主要分為特大型車站（如編組場）、大型車站（如直轄市、省會城市、交通樞紐等）、一般車站（如地級市）、區(qū)間基站4類，因此，鐵路GSM-R系統(tǒng)的話務(wù)預(yù)測多采用此種方法。

6 頻率規(guī)劃

頻率規(guī)劃要求避免在（地理意義上）比較接近的兩個小區(qū)不要使用相同的頻率，以減少相互間的干擾。使用不同頻率的小區(qū)數(shù)目被稱為“復(fù)用因子（reuse factor）”。對于一定的頻率而言，如果復(fù)用因子越小，則每個小區(qū)可用的頻率數(shù)目越多，同時也意味將會產(chǎn)生更多的干擾。

在ASET規(guī)劃軟件中提供了手動頻率規(guī)劃和自動頻率規(guī)劃兩種方式，但是結(jié)合鐵路GSM-R系統(tǒng)的特殊性，尤其是可用頻點少（19個頻點）、樞紐地區(qū)頻率復(fù)雜，因此，頻率規(guī)劃建議采用手動方式。

7 結(jié)束語

綜上所述，規(guī)劃軟件可以幫助設(shè)計人員很好模擬出GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況，但規(guī)劃軟件不是萬能的，需要設(shè)計人員結(jié)合實際情況及工程經(jīng)驗進行合理的修正，并不斷的完善模型參數(shù)。

[1]中華人民共和國鐵道部.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.

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

[3]王芳.數(shù)字地圖和規(guī)劃軟件在GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化中的應(yīng)用[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2005，2（1）：20-22.

[4]鐘章隊.鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論（GSM-R）[M].北京：清華大學出版社，2009.

Programming software has been widely used in wireless network design of GSM-R system. So mastering skillfully programming software is very important for designing. The paper introduces the application of ASSET programming software in GSM-R system engineering design.

GSM-R system; programming software; engineering design

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.013

2015-01-19）