張健

上海局集團(tuán)有限公司電務(wù)部 上海 200000

GSM-R是為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，它是在GSM蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加調(diào)度通信功能和適用于高速環(huán)境下的要素，可滿足國(guó)際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求?；贕SM-R的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)主要由無線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸網(wǎng)絡(luò)以及交換網(wǎng)絡(luò)這三個(gè)方面構(gòu)成，核心網(wǎng)絡(luò)采用二級(jí)結(jié)構(gòu)模式，通過設(shè)置移動(dòng)業(yè)務(wù)大區(qū)匯接中心以及本地業(yè)務(wù)端局的方式，實(shí)現(xiàn)匯接中心間的網(wǎng)狀連接。在列車運(yùn)行速率較高的情況下，基于GSM信號(hào)會(huì)導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，影響話音質(zhì)量，造成誤碼率升高的問題。因此必須通過雙網(wǎng)覆蓋的方式，促進(jìn)系統(tǒng)可靠性水平的提升。即在GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用GSM-R理論，提高了鐵路通信系統(tǒng)的可靠性，并解決了信道擁塞率高，呼叫成功率低等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的靈活控制。

1 無線網(wǎng)絡(luò)

首先，從場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的角度上來說，結(jié)合既往相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋在很大程度上受到無線網(wǎng)絡(luò)所處地理位置分布條件的影響，因此需要參考基站實(shí)際情況以及所處地理環(huán)境特征對(duì)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。目前技術(shù)條件支持下，可用于對(duì)下行鏈路信號(hào)覆蓋強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化的方法包括以下幾個(gè)方面：第一是增加天線掛高水平，第二是對(duì)天線垂直角、水平角進(jìn)行調(diào)節(jié)；第三是的促進(jìn)基站發(fā)射功率提升；第四是增設(shè)直放站。對(duì)于鐵路通信網(wǎng)絡(luò)而言，考慮鐵路線路敷設(shè)需求與特征，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用基于沿線線路的帶狀覆蓋分布，基站可以優(yōu)先選擇雙扇區(qū)形，各個(gè)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)覆蓋角度為180．0°，天線選用高增益定向天線（雙極化17．0dBi，水平面HPBW65°）。為確保鐵路通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋水平有效，高增益定向天線呈背向放置，信號(hào)最大輻射方向與鐵路輻射方向保持一致。在此過程當(dāng)中，針對(duì)沿線話務(wù)量低的實(shí)際情況，可以在無線網(wǎng)絡(luò)基站體現(xiàn)的配置上兼顧設(shè)備成本，優(yōu)先選用低頻雙極化定向天線。

其次，從無線參數(shù)設(shè)置的角度上來說，基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能會(huì)直接受到與無線設(shè)備以及無線接口相關(guān)參數(shù)量的影響，如小區(qū)選擇、無線測(cè)量參數(shù)、控制信道參數(shù)、功率控制參數(shù)等，不同程度上影響小區(qū)無線信號(hào)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)性能以及信令流量分布情況。因此，在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，必須綜合對(duì)當(dāng)前無線信道基本特征、信令流量承載水平以及話務(wù)量特性，對(duì)無線參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，將無線資源充分利用起來，通過業(yè)務(wù)量對(duì)全網(wǎng)業(yè)務(wù)量以及信令流量進(jìn)行分配與承擔(dān)[1]。

再次，從話務(wù)量設(shè)置的角度上來說，在基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)中，設(shè)置話務(wù)量的核心目的是預(yù)先對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量進(jìn)行均衡處理，平均網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負(fù)荷水平，同時(shí)注意對(duì)交換機(jī)阻塞問題的合理處理，以提高話務(wù)量?jī)?yōu)化質(zhì)量。

最后，從重疊區(qū)劃分的角度上來說，鐵路沿線應(yīng)結(jié)合線路敷設(shè)所處地區(qū)的實(shí)際地理環(huán)境條件，對(duì)重疊區(qū)域大小進(jìn)行合理設(shè)置，以免弱場(chǎng)區(qū)對(duì)信號(hào)覆蓋產(chǎn)生影響。結(jié)合既往經(jīng)驗(yàn)來看，可參考頻率復(fù)用方案得到重疊區(qū)所對(duì)應(yīng)移動(dòng)臺(tái)接收C/I（干擾保護(hù)比）值，對(duì)于n小區(qū)而言，頻率復(fù)用方案下定義重疊區(qū)寬度為a，則存在如下式（1）所示關(guān)系：

還需根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)曲線圖以及切換關(guān)系，確定相鄰小區(qū)之間的重疊區(qū)大小，如圖1重疊區(qū)場(chǎng)強(qiáng)曲線圖所示。

圖1 重疊區(qū)場(chǎng)強(qiáng)曲線圖

此外，根據(jù)相鄰小區(qū)間的切換準(zhǔn)則和切換Margin，確定相鄰兩個(gè)小區(qū)之間的切換重疊區(qū)。

2 頻率規(guī)劃

頻率規(guī)劃的本質(zhì)是在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)構(gòu)建的過程當(dāng)中，結(jié)合地區(qū)交叉并線分布情況對(duì)頻率資源進(jìn)行合理分配，以最大限度確保覆蓋的有效性，目前GSM-R頻段為上行885MHZ-889MHZ下行930MHZ-934MHZ，頻點(diǎn)可用為1000-10018，隨時(shí)鐵路通信的發(fā)展尤其在車站樞紐及交叉并線區(qū)段頻點(diǎn)難以分開。在頻率規(guī)劃過程當(dāng)中，必須對(duì)國(guó)家無線電管理規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合考量，同時(shí)納入對(duì)頻率服用效率、同頻干擾、鄰頻干擾等相關(guān)因素的分析，尤其需要注意同一區(qū)域內(nèi)不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率規(guī)劃的具體要求。頻道分布時(shí)需要突出互調(diào)干擾、鄰頻干擾、同頻干擾等因素的重要性，確保干擾保護(hù)比符合要求。一般情況下，同頻干擾保護(hù)比需要滿足≥12．0dB的要求；鄰頻干擾保護(hù)比需要滿足≥-9．0dB的要求；除此以外，還需要納入對(duì)頻率規(guī)劃方法以及基站站型因素的考量，基站站型應(yīng)當(dāng)參考目標(biāo)阻塞率以及話務(wù)量進(jìn)行設(shè)置，以上述參數(shù)為依據(jù)，結(jié)合如一定關(guān)系，對(duì)需進(jìn)行配置的頻點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行靈活設(shè)置，同時(shí)判斷控制信號(hào)是否屬于單獨(dú)分配，以及掌握業(yè)務(wù)信道的頻率復(fù)用方式問題。還需要特別注意的一點(diǎn)是，在頻率規(guī)劃過程當(dāng)中，針對(duì)同頻干擾可以嘗試通過對(duì)天線傾角、天線高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并引入定向天線覆蓋技術(shù)的方式加以彌補(bǔ)；針對(duì)鄰頻干擾問題的處置則可以嘗試對(duì)信道進(jìn)行合理分配，并對(duì)濾波器精度進(jìn)行適當(dāng)提升；而在相鄰小區(qū)頻率間隔問題的選擇上可以以最大值的為標(biāo)準(zhǔn)，以免出現(xiàn)頻率在相鄰小區(qū)連續(xù)性分配的情況，同時(shí)在必要的情況下可犧牲系統(tǒng)容量來避開頻率干擾問題[2]。

3 有線傳輸網(wǎng)絡(luò)

相較于PDH傳輸技術(shù)，基于SDH的傳輸技術(shù)體現(xiàn)出了網(wǎng)絡(luò)配置靈活、傳輸容量大、兼容性高、維護(hù)管理能力強(qiáng)等一系列應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。因此，在基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，可以優(yōu)先考慮選用基于SDH技術(shù)的傳輸技術(shù)，基于光纜線路滿足有線信號(hào)傳輸需求。目前技術(shù)條件支持下，在G652-655光纖中，ITU-T分別對(duì)4類不同單模光纖作出了基本定義，基于SDH的傳輸網(wǎng)絡(luò)可適用于引入G652以及G655光纖，對(duì)應(yīng)關(guān)鍵參數(shù)如下：對(duì)于G652光纖而言，1550．0nm衰減對(duì)應(yīng)值為≤0．25db/km，零色散波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)值為 1300．0nm-1324．0nm，1550．0nm 色散對(duì)應(yīng)值為15．0ps/nm·km-20．0ps/nm·km，偏振模色散對(duì)應(yīng)值為0．5ps/nm·km，光有效面積對(duì)應(yīng)值為80．0um2，模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)值為（9．5±0．5）um； 對(duì) 于 G655光 纖 而 言，1550．0nm 衰 減 對(duì) 應(yīng) 值 為≤ 0．25db/km，零色散波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)值為＜ 1530．0nm，1530．0nm-1560．0nm 色散對(duì)應(yīng)值為 1．0ps/nm·km-6．0ps/nm·km，偏振模色散對(duì)應(yīng)值為0．5ps/nm·km，光有效面積對(duì)應(yīng)值為55．0um2-75．0um2，模場(chǎng)直徑對(duì)應(yīng)值為（8．0-11．0）±10．0%umum。

對(duì)于G652光纖線路而言，其所對(duì)應(yīng)色散系數(shù)在1550．0nm波長(zhǎng)條件下取值為15．0ps/nm·km-20．0ps/nm·km區(qū)間內(nèi)。在對(duì)10．0Gb/s的WDM以及TDM系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，可以通過介入具備負(fù)色散系數(shù)光纖的方式在進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)促進(jìn)中繼距離的增加。而對(duì)于G655光纖線路而言，其所對(duì)應(yīng)色散系數(shù)在1530．0nm-1560．0nm 波長(zhǎng)條件下取值為 1．0ps/nm·km-6．0ps/nm·km。在同樣對(duì)10．0Gb/s系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，由于色散水平維持較低區(qū)間，因而無需采取色散補(bǔ)償措施。因此，在基于GSM-R鐵路通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程當(dāng)中，基于對(duì)設(shè)備成本因素，建議優(yōu)先選用G655光纖系統(tǒng)。

4 設(shè)計(jì)方案

將整套基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于鹽通鐵路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，正線線路全長(zhǎng)為156．686km。全線共設(shè)車站7座，線路所2座，動(dòng)車所1座，全線共設(shè)車站7座，線路所2座，動(dòng)車所1座，分別為鹽城站、大豐站、東臺(tái)站、海安站、如皋南站、南通西站、南通站、國(guó)道村線路所、陳橋線路所、南通動(dòng)車所，其中鹽城站、南通西站、南通站為接軌站，其余車站為中間站，敷設(shè)沿線地形條件復(fù)雜，給通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)以及后期維護(hù)等工作的開展均帶來了非常嚴(yán)格的要求。搭載GSM-R的鐵路無限列調(diào)系統(tǒng)能夠滿足鐵路列車無線調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、應(yīng)急通信以及信息服務(wù)等相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。整套鐵路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案選用雙網(wǎng)覆蓋工作系統(tǒng)，通信展設(shè)置一套BSC。采用單網(wǎng)交織+同站址雙網(wǎng)覆蓋方式，但單個(gè)基站故障時(shí)不影響C3業(yè)務(wù)，同時(shí)增加配套的傳輸和開關(guān)電源設(shè)備，確保設(shè)備可靠運(yùn)行[3]。

由于鐵路GSM-R無線通信關(guān)系到列車運(yùn)行的安全和效率，特別對(duì)于承載列控業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)來說，對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可用性和服務(wù)質(zhì)量要求都很高。GSM-R網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和優(yōu)化尤為重要，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖如圖2所示，利用場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)，在關(guān)閉全線基站和直放站的情況下，對(duì)各頻點(diǎn)（884．8+n＊0．2MHz、929．8+n＊0．2MHz，n=0，1，……21，22）的接收電平進(jìn)行掃頻測(cè)試，測(cè)試車沿鐵路線低速行駛（≤60km/h），同時(shí)記錄GPS信息。當(dāng)出現(xiàn)干擾信號(hào)時(shí)，如果可以目測(cè)確認(rèn)是來自周圍運(yùn)營(yíng)商基站的干擾，可以提交無委會(huì)協(xié)調(diào)；如果無法確認(rèn)，則需要進(jìn)行干擾的定點(diǎn)測(cè)試?？筛鶕?jù)測(cè)試結(jié)果，通過無委會(huì)協(xié)調(diào)要求干擾發(fā)射單位關(guān)閉干擾源，在無法關(guān)閉干擾源時(shí)，通過在此處調(diào)整頻率規(guī)劃避開干擾。

圖2 頻率干擾測(cè)試圖

5 結(jié)語

本文嘗試基于GSM-R理論對(duì)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，并對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、頻率規(guī)劃以及有線傳輸網(wǎng)絡(luò)這幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析與探討，在此基礎(chǔ)之上對(duì)基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案給出具體思路，整條線路可實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)絡(luò)覆蓋，對(duì)解決傳統(tǒng)意義上GSM-R網(wǎng)絡(luò)存在的呼叫成功率低、以及信道擁塞率高的等問題有非常積極的作用?？紤]到GSM-R系統(tǒng)在鐵路的運(yùn)用中話務(wù)量很低的情況下，在交叉并線區(qū)域采用分布式基站或者數(shù)字直放站的覆蓋方式進(jìn)行小區(qū)合并，徹底解決頻率規(guī)劃中頻點(diǎn)不夠用的問題同時(shí)也避免了異小區(qū)非正常越區(qū)切換的問題，值得引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。