GSM-R铁路无线通信系统弱场区覆盖法

黄胜俊

郑州铁路局郑州通信段，河南 郑州 450052

0 引言

GSM-R是一个与现代通信科技相结合，具有抗干扰力强、差错可控、易加密、安全高效的数字无线通信系统，其提供的丰富的数据通信业务可满足铁路运输生产指挥手段现代化、列车调度与控制及铁路信息化发展的需要。2009年时，GSM-R系统已运用于全球30多个国家的铁路无线通信系统中。由于铁路线延伸区域广阔，沿途地形复杂，涉及众多隧道、山体和丘陵坡地等，这些地形因素都对GSM-R信号形成一定的阻挡产生大量信号弱场区，因此，对复杂地形的弱场区的覆盖设计是GSM-R无线通信系统规划的重点和难点。笔者总结工作经验与知识，对GSM-R铁路无线通信系统弱场区覆盖方案分析探讨，为科学合理的选取实际地形弱场区覆盖设计提供参考。

1 GSM-R铁路无线通信场强覆盖方式

GSM-R铁路无线网络场强覆盖与具体的地理位置分布相关，应根据实地情况和基站情况而定，通常采用提高基站发射功能、增加天线挂高、调整天线水平角或垂直角和安装直放站等方法改善下行链路的信号覆盖。铁路沿线的场强覆盖一般为带状覆盖方式，沿铁路轨道方向安装定向天线，形成大椭圆形的小区。在话务量较大但速度要求低的编组站内采用扇形小区覆盖，每个区180°，以单极化3dB波瓣宽度为90°的高增益为定向天线，两天线背向放置，要求最大辐射方向与铁路方向一致；而通常人口密度小的低速路段与轨道交织处的区域采用全向小区覆盖，采用全向天变形的双向天线，其双向3dB波瓣宽度为70°，最大增益14dB。

在GSM-R无线网络覆盖区，隧道、丘陵及山区相对来说为弱场区，利用光纤直放站加天线或漏泄电缆的方式，以实现弱场区的信号覆盖。通常设置在通信基站的信号覆盖范围内原有1个基站的基础上加设1个备用基站，且每一基站配置不同载频，其中主用基站的输出功率高于备用基站约6dB，基站区域内GSM-R信号呈现交织覆盖，使该区域内移动台可同时接收到两个基站信号，经自动判决后选取其中接收电平高的信号，然后与主用基站建立上行联系通道；如果主用基站出现宕机，移动太会直接切换至备用基站，而不至于出现区域内信号中断现象。

2 不同地形的弱场区信号覆盖解决方案

2.1 隧道

2.1.1 短隧道

长度小于1000m的隧道称为短隧道，短隧道宜采用在隧道口两端设置直放站和漏泄电缆的覆盖方式。漏泄电缆铺设在整个隧道，安装在靠近基站侧的隧道口外的直放站配置天线，使天线对应下一个基站方向，所发射出的无线信号恰好可以覆盖两个基站信号的重叠区，移动台即可在隧道外的信号重叠区实现频率切换。

2.1.2 长隧道

通常以1km以上、5km以下的隧道为长隧道，这种隧道适宜于分别在隧道口两侧设置基站，隧道内则放置多个直放站和漏泄电缆的覆盖方式。其中把多个直放站分为两组，每组均引隧道两侧基站的信号源，且每个直放站都连接漏泄电缆，形成与列车车载移动台交换信号的媒介；同时，两组直放站和漏泄电缆的组合在隧道的中央处形成两个基站信号重叠区，车载移动台可在隧道的重叠区内完成频率切换。

由于CTCS-3级系统对GSM-R无线电信号的强度和信噪比有着一定的要求，实施这种组合传输方式必须加以考虑GSM-R系统工作模式、直放站级连引起的光纤传输损耗及漏泄电缆的衰耗指标等，通过严谨计算后，方可实施设计工程。

2.1.3 特长隧道

长度大于5000m以上的特长隧道可沿用长隧道的覆盖方式来实现频率的转换，所不同的是，因隧道过长，远超出一般两基站设置的间距，应在隧道内再增加基站设置，才能保证无线电场强覆盖信号在车载移动台天线入口处形成的接收电平满足CTCS-3级系统对QoS指标的要求；而且隧道内基站不直接连接漏泄电缆，则由直放站引入基站信号源、直放站再通过漏泄电缆输送无线电信号的方式，来实现较长隧道内弱场区的覆盖，隧道内虽增设了基站，但两基站之间的信号重叠区仍设在隧道内。

2.1.4 隧道群

隧道群是1个或多个长隧道组成的群体，普遍采用光纤直放站加漏泄电缆和天线的覆盖方式。当隧道间距小于2km时，可视为1个隧道群，据其长度可参照长或特长隧道进行设计；当隧道间距超出2km时，可当作不同长度的多个隧道来设计。若隧道群各隧道之间小于500m，可使用漏泄电缆覆盖隧道与隧道空间，减少直放站使用数量；若隧道群隧道间距大于500m，可采用直放站加天线方式，使空间波覆盖隧道间的开放空间实现弱场区覆盖。

2.2 丘陵和路堑

丘陵和路堑等非视距空间波传播的地段，900MHz频段的电磁波绕射能力较差，导致无线电信号传输随移动台和基站间地形的变化而出现不稳定衰耗，所形成的信号也随线路的延伸常出现间歇性的独立的短段弱场区。若仅是提高基站天线高度或缩小基站间距，只能解决部分地段弱场区现象，一些弱场区段电平仍无法改善，而且往往会出现越区同频干扰、C/I下降等多种不利因素。采用光纤直放站加天线的空间波传播方式，才能从根本上解决区域内弱场区信号加强问题，相对地形更为复杂的地段则适宜采用光纤直放站加漏泄电缆的方式来提升区域场强覆盖。

3 结论

在进行铁路沿线不同地段的弱场区信号覆盖的设计实施时，必须根据现场实际情况因地制宜的科学计算，经过现场周密的勘测，最终确定设计方案，在安全、经济可靠的基础上实施工程，确保列车在经过特殊地形时信息畅通，达到安全行驶。

[1]黄永辉.GSM-R无线通信系统弱场区覆盖实现方法[J].铁道通信信号，2010，46(11)：71-72

[2]李小俊.福厦铁路GSM-R系统弱场强区无线覆盖施工技术[J].中国高新技术企业，2010(12).

[3]姚晓宁.基于GSM-R的铁路通信网络设计[J].电子设计工程，2009，17(3).

[4]吴浠桥，段永奇，熊杰.GSM-R系统的无线覆盖理论分析[J].铁道工程学报，2007(12).