GSM-R网络场强规划

2010-05-14王振海

铁道通信信号 2010年5期

王振海

铁路综合数字移动通信系统 (GSM-R)需要为无线列控提供服务,其网络质量非常重要。在基站建成后,GSM-R网络的优化只能修改参数,改建基站位置通常很困难,所以前期网络规划非常重要。为此,结合 ENTERPRISE V5.0软件,介绍GSM-R网络场强规划过程,对后续 GSM-R网络场强规划具有一定的指导意义。

1 规划目标和规划软件

按照铁道部《铁路 GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定》,场强覆盖以机车接收机天线处,输入端射频信号最小可用接收电平为标准,话音和非安全数据传输的列调机车台场强值为-98 dBm(95%的时间地点概率),列控数据传输的列控机车台运行速度大于 280 km/h场强值为-92 dBm(95%的时间地点概率)。哈大线列车运行速度目标值为 350 km/h,需要传送 C3列控信息,所以,GSM-R数字移动通信系统的场强覆盖,以机车接收机天线处输入端射频信号最小可用接收电平为标准,应满足 -92 dBm的要求。

无线通信领域的网络规划软件常用的有 ENTERPRISE、ATOLL和 IPLANNER等,目前 ENTERPRISE软件在无线网络规划领域应用比较普遍。哈大线采用 ENTERPRISE V5.0软件,可以完成 GSM、GPRS、HSCSD、EDGE、AMPS、TDMA、TETRA,UMTS/CDMA2000和 TD-SCDMA等无线网络规划。

2 传播模型和数字地图

GSM-R网络规划精度主要取决于传播模型和数字地图的准确度。

ENTERPRISE V5.0软件提供了 3种标准宏蜂窝传播模型 (Standand Macrocell),这些模型是在ETSIHata模型的基础上进行了改进,适用于150 MHz～2 GHz的频率范围。其中,模型 2比模型 1增加了各种地形的损耗偏置值,运算速度更快;模型 3和模型 2相比,用函数计算替代了查询正弦表和余弦表,计算更准确。厂家建议使用模型3,也可以根据以往规划习惯选用模型 1和模型 2。哈大线 GSM-R网络场强规划预测模型采用模型 1。由于没有一个传播模型可以在任何情况下准确应用,所以根据场强测试数据正确校准模型,比传播模型选型要重要得多。

ENTERPRISE V5.0软件要求的数字地图包含数字高程模型(Height数据)、地面覆盖模型(Clutter数据)、线状地物模型(Vector数据)和重要地物文字标注(Text数据)4种数据。哈大线数字地图精度为 20m,重要枢纽数字地图精度为 5 m。

3 场强覆盖规划

3.1 创建项目

ENTERPRISE V5.0软件要求每个工程创建一个新项目,指定数字地图使用的坐标系统。哈大线选用 1980西安坐标系,普尔科沃 1942椭球模型,采用高斯克吕格投影,位于北半球第 21个 6度带。经导入数字地图后,创建用户自定义数据文件夹。电子地图的 Vector数据必须进行升级后才能在软件中显示出来。

3.2 预备设置

1.导入所需天线模型。哈大线使用的天线模型为 CTSD09-06515-0D和 80010302。创建传播模型Standand Macrocell,输入 GSM-R网络场强规划频率、机车台接收天线高度和相应的初始参数(k1～k7),基站天线高度和移动台天线高度选用相对模式,根据场强测试的数据对传播模型进行校准。

铁路 GSM-R网络使用的频率上行为 885M～890 MHz,下行为 930M～934 MHz,对应的频道序号为 999～1019,扣除低端999和高端 1019作为隔离保护,实际可用频道 19个,频道序号为 1000～1018。所以,载频层允许使用的频道为 1000～1018,控制层的最大载波数设为 1,业务层的最大载波数设为 3。将控制层和业务层导入小区层,由小区层定义每个小区收发信机的相关参数。

2.配置基站或小区参数。网络规划初期,一般将基站或小区配置相同的参数,为节省时间可以定义一些模板,这样每个新设基站不用分别设置。首先,创建一个名为 GSM-R site的基站模板。传播模型同前,加入天线增益 17dB、方向角 63°、下倾角 2°等信息,天线型号为 CTSD09-06515-0D。多数铁塔高为 35 m,将天线高度设为 32 m。另外,每个基站有 2副天线,选择不同的方向角便于区分。在基站模板的小区层,将天线发射功率设置为54.8 dBm。计算方法如下。

区间基站天线等效发射功率 (Eirp)=47 dBm(基站发射功率 60W)-2.2 dB(2∶2合路器损耗)-3 dB(7/8馈线损耗)-3 dB(一分二功分器损耗)-1 dB(接头及跳线损耗)+17dB(天线增益)=54.8 dBm

车站基站天线等效发射功率 (Eirp)=47 dBm(基站发射功率 60W)-5.1 dB(4∶2合路器损耗)-3 dB(7/8馈线损耗)-3 dB(一分二功分器损耗)-1 dB(接头及跳线损耗)+17dB(天线增益)=51.9 dBm

3.创建直放站模板。同创建基站模板类似,创建一个名为 Repeater直放站模板,传播模型也选择前面创建的传播模型,天线型号选 CTSD09-06515-0D,高度设为 12 m。天线发射功率设为42 dBm。其计算方法如下。

区间直放站天线等效发射功率 (Eirp)=30 dBm(直放站发射功率 1W)-2 dB(7/8馈线损耗)-3 dB(一分二功分器损耗)+17 dB(天线增益)=42 dBm

4.设置基站、直放站、小区的显示形状、填充颜色等。根据预设计的基站初始布局信息,在2D View中添加移动交换中心、基站控制器、基站和直放站网络元素,分别调整各网络元素参数,设置数字地图各个地物的颜色。仿真时只需添加一个移动交换中心、基站控制器即可,位置随意放置(也可按实际设计布置),对仿真结果无影响。

5.定义显示方式。由于基站场强传播的预测受到传播模型、数字地图精度、小区重叠范围及快衰落等因素的影响,为保证设计质量在工程设计中应留有一定的设计余量,根据武广线设计经验和哈大线的特点,设计余量定为 5.5 dB。由于 ENTERPRISE V5.0软件显示的场强值 -80.5 dBm(50%的时间地点概率)相当于 -92dBm(95%的时间地点概率),再减去 5.5 dB的设计余量,由此确定ENTERPRISE V5.0软件显示的可用场强值为-75 dBm。

3.3 规划过程

哈大线 GSM-R基站子系统采用交织冗余单层覆盖,首先利用 Filter工具将哈大线全线的基站分为奇数和偶数 2组,然后选择参加覆盖预测的 Filter,并选择 All,默认按照基站数据库中设定的预测半径和分辨率进行路径损耗预测。覆盖预测完成后,可进行覆盖显示。

GSM-R无线网络场强规划流程图如图 1所示。根据场强覆盖显示情况,对铁路沿线场强值达不到设计要求的地方采取相应的弱场解决措施,可以调整基站位置、增加铁塔高度、调整天线方向角、调整天线下倾角、改用窄波瓣天线、增加光纤直放站等。采取的措施要综合考虑网络质量、投资、施工难度等因素后,再进行覆盖预测并显示,如此反复,直到所有的弱场均达到设计要求。在 GSM-R无线网络场强规划完成后,还要对每个候选基站和直放站的站址进行实地勘察,并根据实际情况进行微调,再进行一次无线网络规划。