李昶 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

李昶 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的前提是完成網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，探討GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有著重要的意義，基于傳統(tǒng)GSM基礎(chǔ)上，GSM-R應(yīng)運(yùn)而生，然而GSM-R主要是應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)中，在鐵路領(lǐng)域中，時(shí)常出現(xiàn)在列車以飛快的速度前行的時(shí)候，容易造成信號(hào)快衰落，而且在此過(guò)程中，也容易產(chǎn)生不斷切換以及出現(xiàn)掉話的現(xiàn)象。所以，分析GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃意義十分重大。

GSM-R GSM 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

GSM-R技術(shù)是從GSM技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的，主要應(yīng)用在鐵路通信中，在很多的通信業(yè)務(wù)中GSM-R都得到了廣泛的應(yīng)用，而且GSM-R技術(shù)中還繼續(xù)涵蓋了傳統(tǒng)的GSM相關(guān)特征，因此GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和傳統(tǒng)的GSM規(guī)劃之間存在著很多相似之處。GSM-R在鐵路系統(tǒng)中有著廣泛的作用。

1 GSM-R系統(tǒng)組成

GSM-R系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括的內(nèi)容主要涉及到了BTS，也就是基站收發(fā)信機(jī)、MSC就是所謂的移動(dòng)交換中心、基站控制器（BSC）、GCR就是組呼寄存器以及AC即是認(rèn)證中心等等。具體的組成如圖1所示。

圖1 GSM-R系統(tǒng)組成

現(xiàn)今，我國(guó)GSM-R技術(shù)的發(fā)展還處于初步發(fā)展階段，所以所涉及到的業(yè)務(wù)不多，隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，GSM-R的業(yè)務(wù)類型不斷得到了發(fā)展多。

2 GSM-R小區(qū)規(guī)劃

一般情況下，在現(xiàn)實(shí)中需要盡量避免切換，從而確保提高系統(tǒng)的性能。所以，GSM-R小區(qū)選擇的方式應(yīng)該是雙方向單小區(qū)，也就是說(shuō)進(jìn)行小區(qū)的劃分，如圖2所示。

圖2 雙方向單小區(qū)

同一基站中的區(qū)切換次數(shù)的減少能夠選擇雙方向單小區(qū)。對(duì)于拐彎很多的鐵路沿線長(zhǎng)河中，一般情況下，選擇的是功分器雙方向單小區(qū)，每個(gè)基站選擇的定向天線是2根，同時(shí)不同的兩個(gè)方向需要各自選擇1根天線，通過(guò)一個(gè)功率分配器進(jìn)行2根天線的耦合，接著再和基站里面的收發(fā)信機(jī)進(jìn)行連接。對(duì)于鐵路沿線比較直的場(chǎng)合，應(yīng)該選擇八字形雙向單小區(qū)，從而在信號(hào)從多個(gè)方向進(jìn)行傳播的過(guò)程中，不用增添多余的天線與饋線。針對(duì)火車客運(yùn)站和樞紐站，選擇的方案能夠是基站三小區(qū)。

3 覆蓋規(guī)劃

實(shí)現(xiàn)GSM-R的全面覆蓋尤為特殊，相比于大多數(shù)的GSM網(wǎng)絡(luò)，不同點(diǎn)在于符合切換的要求以及覆蓋弱場(chǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的速度范圍是從0到350km/h之間，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)覆蓋從而實(shí)現(xiàn)通信連接。

3.1 小區(qū)覆蓋重疊要求

當(dāng)列車以飛速的速度在飛奔的時(shí)候，需要確保可以成功切換的同時(shí)，還可以不掉話，而且彼此挨近的小區(qū)覆蓋存在著覆蓋重疊區(qū)。由于GSM信號(hào)解碼以及切換需要花費(fèi)的時(shí)間在5s左右，那么能夠用下面的公式計(jì)算當(dāng)小區(qū)出現(xiàn)重疊覆蓋時(shí)鐵路線的長(zhǎng)度為：

3.2 確定基站位置

按照建站條件勘察實(shí)地，針對(duì)無(wú)線傳播的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)功率預(yù)算以及覆蓋指標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容，能夠大概計(jì)算出處于所有的覆蓋區(qū)域里對(duì)應(yīng)的基站覆蓋距離，從而對(duì)鐵路沿線建站位置的選擇有一個(gè)初步的規(guī)劃，接著通過(guò)無(wú)線發(fā)射機(jī)將信號(hào)發(fā)射并完成覆蓋測(cè)試，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)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?；镜刂愤x擇上應(yīng)該盡量距離樹(shù)林以及江河湖泊很遠(yuǎn)的地方。

3.3 弱場(chǎng)覆蓋規(guī)劃

在具體的GSM-R系統(tǒng)里面，需要盡量使用均勻分布的信號(hào)，從而防止當(dāng)2輛火車出現(xiàn)錯(cuò)車的時(shí)候因?yàn)樾盘?hào)快速衰減從而造成了切換失敗或者是掉話的現(xiàn)象。而相應(yīng)的解決弱場(chǎng)覆蓋的對(duì)策是運(yùn)用基站、電纜泄漏以及光纖直放站。因?yàn)橐紤]到泄漏電纜指標(biāo)因素，泄漏電纜平均長(zhǎng)度限制是950m。光纖直放站主要包括了遠(yuǎn)端站以及近端站。按照現(xiàn)今的光纖直放站性能，通常情況下1個(gè)近端機(jī)所對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)端機(jī)數(shù)量最多可以達(dá)到8個(gè)。

圖3 隧道弱場(chǎng)解決方案

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中一定要將下行鏈路的場(chǎng)強(qiáng)以及載噪比因素考慮進(jìn)去，從而保證隧道和隧道的出入口可以產(chǎn)生很好的覆蓋效果。解決隧道弱場(chǎng)的方案如圖3所示。

當(dāng)列車出入隧道的過(guò)程中，因?yàn)樗淼览锩婧屯饷娴男盘?hào)差異很大，而且列車的運(yùn)行速度也很快，從而導(dǎo)致了隧道里面和外面的2個(gè)小區(qū)信號(hào)間沒(méi)有足夠的時(shí)間完成切換最終出現(xiàn)掉話。將一副定向天線增加在隧道出口處出現(xiàn)電纜泄漏的最后端，將發(fā)射信號(hào)發(fā)送給隧道從而擴(kuò)大隧道里面小區(qū)覆蓋范圍，這樣一來(lái)就能夠解決當(dāng)列車駛出隧道的時(shí)候所出現(xiàn)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(fā)向外面，如果隧道里面的能量在達(dá)到隧道口的時(shí)候不高，那么能夠?qū)⒅狈耪景惭b在隧道口的地方，放大隧道外信號(hào)會(huì)將信號(hào)重疊區(qū)的信號(hào)進(jìn)一步提高，從而使得切換問(wèn)題得以解決。

4 GSM-R頻率規(guī)劃

GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的一個(gè)重要的內(nèi)容就是頻率規(guī)劃，要想完成很好的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，那么就需要選擇優(yōu)質(zhì)的頻率規(guī)劃。GSM-R系統(tǒng)中同一頻點(diǎn)的復(fù)用有需求限制，那就是空間隔離限制?？臻g隔離限制和C/I也就是載干比有關(guān)系的。通常情況下小區(qū)的劃分鐵路系統(tǒng)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(jù)GSM常規(guī)頻率復(fù)用能夠知道規(guī)劃GSM-R頻率的時(shí)候，應(yīng)該盡可能地避免同頻復(fù)用小區(qū)扇區(qū)正對(duì)的現(xiàn)象產(chǎn)生，不然很容易造成干擾。因此在GSM-R系統(tǒng)中選擇頻率復(fù)用組的時(shí)候一定要是偶數(shù)，而非奇數(shù)。按照計(jì)算載干比的公式能夠計(jì)算出GSM-R同頻復(fù)用需要隔離的基站數(shù)目。在鐵路樞紐站中，有各個(gè)方向的鐵路線匯集于此，需要將大站型全向基站建設(shè)在樞紐的地方，如此一來(lái)，在覆蓋范圍的半徑以內(nèi)，調(diào)度的過(guò)程中都沒(méi)有切換現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而保證不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榈艟€而發(fā)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(qiáng)干擾出現(xiàn)。現(xiàn)今的GSM-R系統(tǒng)里面，根據(jù)GSM協(xié)議中規(guī)定的值，選擇頻段是E-GSM，同時(shí)這個(gè)頻段也是中國(guó)移動(dòng)所選擇的值，這種情況下，要保持雙方不受到影響，就要進(jìn)行協(xié)商。

5 GSM-R容量規(guī)劃

在GSM-R容量規(guī)劃的過(guò)程中，重點(diǎn)考慮的業(yè)務(wù)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、廣播呼叫以及組呼。

5.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信話務(wù)量與一些參數(shù)有著直接的關(guān)系，主要為：

①如果固定用戶是車站里面的相關(guān)工作人員的話，那么話務(wù)就很固定了，如果按照平均1個(gè)基站200人計(jì)算的話，每個(gè)工作人員的話務(wù)量是在0.01Erl到0.02Erl以內(nèi)，那么固定話務(wù)量的結(jié)果應(yīng)該是1.6Erl。

②列車用戶話務(wù)量是經(jīng)過(guò)列車話務(wù)量和?？苛熊囋拕?wù)量的和，通過(guò)第1類和第2類的話務(wù)進(jìn)行推算可以得出點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的呼叫容量取值大概在2.68Erl。

5.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中一定要涉及到的因素有調(diào)車機(jī)車信號(hào)傳遞、GPRS以及同步控制等。其中比較重要的功能有機(jī)車主控到機(jī)車從控、操控列車和確認(rèn)列車、出現(xiàn)異常事件進(jìn)行報(bào)警、列車從控到列車主控等，每一個(gè)功能都有著各自的信道，一定要有固定的信道。GPRS業(yè)務(wù)的車站中通常情況下選擇的信道有2個(gè)。而通常選擇了2個(gè)信道在調(diào)車機(jī)車信號(hào)中。車頭同步中需要的信道數(shù)量是1個(gè)，一列機(jī)車的車頭一共是4個(gè)，如果出現(xiàn)了列車錯(cuò)車時(shí)候，那么機(jī)車同步選擇的信道數(shù)目是8個(gè)。所以，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中所需要的信道數(shù)目一共是12個(gè)。

5.3 一般車站話務(wù)量

其中針對(duì)廣播呼叫、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)組呼叫需要考慮的信道個(gè)數(shù)是21個(gè)，另外信令信道是2個(gè)，所以所需要的信道一共是23個(gè)，而要用到的TRX是3個(gè)。

然而因?yàn)殍F路覆蓋以及鐵路業(yè)務(wù)有著不同的需求，所以相比于傳統(tǒng)GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃還是存在著很大的差異。因?yàn)閲?guó)鐵路系統(tǒng)中運(yùn)用GSM-R技術(shù)還是處于初步階段，所以淺析GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有著重大的理論意義以及實(shí)踐意義。

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