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GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案的比較與分析

河南禹亳鐵路發(fā)展有限公司 孫艷花 韓海玲
西安科技大學理學院 孫 睿
河南禹亳鐵路發(fā)展有限公司 常棟棟

【摘要】本文著重介紹了GSM-R無線覆蓋的三種方式，通過對三種覆蓋方案的比較可知：單基站覆蓋容災(zāi)能力最差，交織站址冗余覆蓋容災(zāi)能力最強，但投資成本較高，目前廣泛使用的是同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋。

【關(guān)鍵詞】GSM-R；單基站覆蓋；同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋；交織站址冗余覆蓋

1　GSM-R技術(shù)特點

GSM-R（GSM for Railway）專用移動通信系統(tǒng)是專門為鐵路通信而設(shè)計的，它是在GSM系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)設(shè)施平臺及語言呼叫業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的針對鐵路部門的特定應(yīng)用。其中，語言業(yè)務(wù)包括組呼和廣播，調(diào)度業(yè)務(wù)包括功能尋址、列車控制等。

在GSM系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)采用蜂窩網(wǎng)覆蓋方式。而在GSM-R系統(tǒng)中，典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是帶狀覆蓋[1]；在業(yè)務(wù)量較大但速度要求較低的區(qū)段內(nèi)采用扇區(qū)覆蓋，在人口稀少的農(nóng)村地區(qū)采用全向小區(qū)覆蓋。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要有三種方式：單基站覆蓋、同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋和交織站址冗余覆蓋。

2　單基站覆蓋

單基站覆蓋是GSM-R系統(tǒng)的子單元，是一種最基本的覆蓋方式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，基站設(shè)置在鐵路沿線，形成沿鐵路方向的橢圓形小區(qū)。

圖1　單基站覆蓋

單基站覆蓋和正常的GSM網(wǎng)絡(luò)基站沒有區(qū)別，就是一個小區(qū)一個基站，該方案的缺點是小區(qū)覆蓋半徑小、過于密集，越區(qū)切換頻繁。越區(qū)切換時，一旦切換失敗，將會造成掉話或數(shù)據(jù)鏈路中斷，頻繁的越區(qū)切換將會影響系統(tǒng)的性能。因此，在工程建設(shè)中單基站覆蓋方式一般不予采用。但單基站覆蓋作為一種最基礎(chǔ)的覆蓋形式，對于研究其他方式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋具有指導(dǎo)意義。

3　雙網(wǎng)冗余覆蓋

3.1同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋

同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋是指兩套完全相同的基站設(shè)置在同一站點，這兩套基站具有相同的覆蓋半徑，每套基站單獨形成一層網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，一套基站控制器控制一層網(wǎng)絡(luò)[2]。

圖2　同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋

同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋采用一個站址兩個基站的覆蓋方式，同站址的兩張網(wǎng)絡(luò)互為冗余，如果其中一個基站出現(xiàn)故障，移動臺可以迅速切換到另一個網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)進行通信，其安全性較高，QoS性能有保障，一個基站故障不會造成GSM-R系統(tǒng)的服務(wù)中斷。

同站址基站可以共用配套設(shè)施，相對于單基站覆蓋，同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋避免了單基站故障引起的鏈路中斷，可靠性更高，但其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜，建設(shè)成本高。如果某一站址發(fā)生自然災(zāi)害，同一站址的兩個基站都會遭到破壞，同樣會造成傳輸中斷[3]。

3.2交織站址冗余覆蓋

交織站址冗余覆蓋，它是在兩個連續(xù)的單基站中間又設(shè)置了一個基站，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，這種方案相當于在原單基站網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基礎(chǔ)上交叉覆蓋上了另一層網(wǎng)絡(luò)，大大增強了單基站無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。

圖3　交織站址冗余覆蓋

交織站址冗余覆蓋比較突出的優(yōu)勢在于，不同基站重疊覆蓋，接入網(wǎng)安全性能更高，避免了單點故障，如果某地小范圍內(nèi)發(fā)生自然災(zāi)害，其中一層網(wǎng)的設(shè)備遭到破壞，另一層網(wǎng)的設(shè)備將繼續(xù)提供服務(wù)，仍能保證GSM-R系統(tǒng)的正常工作。但此方案也存在一系列問題：頻率利用率低，參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，可能發(fā)生頻繁切換，QoS服務(wù)性能下降。

4　兩種冗余覆蓋方案比較

4.1頻率規(guī)劃比較

GSM-R工作頻段采用900MHz，頻率帶寬共4MHz，上行頻段為885MHz～889MHz、下行為930MHz～934MHz[4]，頻率按等間隔劃分，共有21個載頻，頻道號為：999～1019，除去最低的和最高的作為保護間隔，實際可用的頻道號為1000～1018。中心頻率與頻道號之間的關(guān)系為：

正常工作中，為避免鄰頻干擾，相鄰基站載頻間至少要滿足40dB的隔離度。根據(jù)GSM規(guī)范400kHz頻率間隔可以獲得41dB的隔離度，故相鄰基站之間的頻率間隔至少為400kHz。由于交織方案中基站密集，相鄰基站需要滿足600kHz保護寬帶才能避免干擾，而采用同站址方案則僅需要滿足400kHz就能達到要求。相比較而言，傳送相同的業(yè)務(wù)交織方式要犧牲更多的帶寬，占用更多的頻率資源。

4.2性能比較

同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋相對交織站址冗余覆蓋有如下優(yōu)勢：主備層網(wǎng)絡(luò)特性基本一樣，進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時可以只進行主用層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)設(shè)置工作量相對較小；并且可以共用站點機房、鐵塔、傳輸設(shè)備等設(shè)施，建設(shè)成本低，但是其容災(zāi)能力沒交織站址冗余覆蓋強。

4.3經(jīng)濟性比較

同站址方案可以共用站點、鐵塔、機房、基站控制器等設(shè)施，而交織站址方案這些設(shè)施需要獨立設(shè)置，并且還需要增加傳輸設(shè)備、移動交換機等控制設(shè)備，同站址方案與交織站址方案相比在建設(shè)成本方面存在優(yōu)勢，并且建設(shè)里程越多，其低成本優(yōu)勢越明顯。

5　結(jié)束語

本文通過比較三種GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案可知：單基站覆蓋是一種最簡單的覆蓋方式，其容災(zāi)能力最差；雙網(wǎng)冗余覆蓋可靠性較強，其中同站址雙網(wǎng)覆蓋具有參數(shù)設(shè)置簡單、所需站點數(shù)目少、共用配套設(shè)施、建設(shè)成本低等優(yōu)點，但是易受自然災(zāi)害的影響。交織站址覆蓋方案具有較強的抗災(zāi)能力，一層網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，系統(tǒng)將會切換到另一層網(wǎng)絡(luò)上，不會影響GSM-R系統(tǒng)的正常工作。但是此方案采用的基站較多，站間距離較小，密集的重疊覆蓋會帶來頻繁切換，切換頻繁易造成傳輸中斷，其QoS性能也大受影響。因此，在工程建設(shè)中，這兩種方案應(yīng)根據(jù)實際情況擇優(yōu)選用，正常路段為節(jié)省投資可以采用同站址雙網(wǎng)冗余覆蓋方式；復(fù)雜路段為保證GSM-R系統(tǒng)的可靠性可以采用交織站址冗余覆蓋方式。

參考文獻

[1]王玲玲.國內(nèi)外GSM-R的最新發(fā)展[J].世界電信,2003(11):14-15.

[2]鐘章隊,艾渤,劉秋妍 等.鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)應(yīng)用基礎(chǔ)理論[M].北京交通大學出版社,2009.

[3]馬君,黃吉瑩,鐘章隊等.GSM-R雙層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與應(yīng)用[J].電氣化鐵道雜志社,2006(08):45-48.

[4]GSM-R Operators Group.UIC Project EIRENE System Requirement Specification V.15.2006.

孫艷花（1985—），女，安徽宿州人，碩士，研究方向：無線通信。

作者簡介：