铁路GSM-R移动通信系统容量设计

宁伟

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西 西安 710043）

我国铁路无线通信系统主要采用GSM-R数字移动通信系统[1]。作为铁路通信网络的重要组成部分，铁路无线通信网必须满足铁路运输各项服务需求，系统容量是否满足所有用户需求就成为系统设计必须要注意的问题。

1 GSM-R系统业务分类

GSM-R系统主要包括话音和数据业务，语音包含系统内用户的所有话音业务，数据包含电路域数据和分组域数据，各类型[2]情况如表1所示。

2 话 音

铁路话音模型分为个呼、组呼广播呼叫3类。话音模型参数取值是在系统运营过程中，经过大量数据统计分析得到的，当无可用话务量参数时，移动用户的忙时话务量可参照《铁路GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定》中给出的数值[3]。

表1 GSM-R系统业务分类Tab.1 Classification of GSM-R system

2.1 个 呼

1）参数取值

车站通过列车：0.5Erl/列车；

车站停靠列车：0.167Erl/列车；

车站地面用户：0.015Erl/用户；

编组站列车：0.5Erl/列车；

编组站地面用户：0.5Erl/用户；

区间通过列车：0.5Erl/列车；

区间通过列车：0.5Erl/列车[4]。

2）计算公式

个呼话务量计算公式为：

公式中E为个呼总话务量，N为个呼用户种类，i为第i种用户，Ai为第i种用户数量，Bi为第i种用户单位时间内呼叫次数，Ci为第 i种用户平均呼叫时长（S）[5]。

2.2 组 呼

1）参数取值

车站通过列车：0.5Erl/列车

车站停靠列车：0.167Erl/列车

车站地面用户：0.084Erl/用户

编组站列车：0.167Erl/列车

编组站地面用户：0.11Erl/用户

区间用户：0.05Erl/列车

2）计算公式

计算组呼话务量时，组呼业务的信道数量随系统状态及组呼发起者的不同而有差异，假定调度员发起时需要n个信道，非调度员发起时需要m个信道，不同发起者发起组呼的几率也不同，假定调度员主叫占P%，非调度员主叫占（1-P%）。

组呼话务量计算公式如下：

公式中E为组呼总话务量，N为组呼用户种类，i为第i种用户，Ai为第i种用户数量，Bi为第i种用户单位时间内呼叫次数，Ci为第 i种用户平均呼叫时长（S），[n×P%＋m×（1-P%）]为话音权值。

2.3 广播呼

1）参数取值

车站通过列车：0.033Erl/列车

车站停靠列车：0.011Erl/列车

车站地面用户：0.006Erl/用户

编组站列车：0.167Erl/列车

编组站地面用户：0.11Erl/用户

区间用户：0.05Erl/用户

2）计算公式

广播呼叫的容量和组呼相类似，假定调度员发起时需要n个信道，非调度员发起时需要m个信道，调度员主叫占P%，非调度员主叫占（1-P%）。

广播呼话务量计算公式如下：

公式中E为广播呼总话务量，N为广播呼用户种类，i为第i种用户，Ai为第i种用户数量，Bi为第i种用户单位时间内呼叫次数，Ci为第 i种用户平均呼叫时长（S），[n×P%＋m×（1-P%）]为话音权值。

2.4 各种用户的数量确定

话音业务各种用户的数量可按以下方法确定：

1）车站通过列车

假定基站覆盖范围，根据列车运行时速和追踪间隔计算通过列车数量。

2）车站停靠列车

根据到发线数量确定停靠列车数量。

3）车站地面用户

按照车站内勤、外勤移动人员每班工作人数确定。

4）编组站列车

根据编组站实际工作的列车数量统计。

5）编组站地面用户

根据编组站实际工作的地面人员统计。

6）区间通过列车

假定基站覆盖范围，根据列车运行时速和追踪间隔计算通过列车数量。

7）区间地面用户

通过了解各工种在区间的工作人数确定，也可假定基站覆盖范围，每公里按一定人数考虑。

综上，即可得到话音业务话务量的总和，按取定的话务呼损率，查爱尔兰B表，可求出语音业务需要的信道数量。

3 数 据

铁路GSM-R系统数据用户模型包括电路域数据和分组域数据两类，分别实现铁路列车调度指挥和列车运行安全监控业务。

3.1 电路域数据

目前，基于电路域实现的数据业务主要包括调车机车信号和监控业务、列控业务和机车同步操控业务[6]。

1）调车机车信号和监控业务

数据流量小于2.4 kbit/s/调机，占用1信道/调机。

2）列控业务

数据流量小于2.4 kbit/s/列车，占用1信道/列车，在两个RBC交界处，占用2信道/列车。

3）机车同步操控业务

需要的信道数量随列车编组方式不同而不同，4×5 000吨方式需要4个信道，2×1万吨方式需要3个信道。

3.2 分组域数据

目前，基于GPRS实现的业务主要包括调度命令、列尾信息、车次号信息，数据流量为104.96 kbit/h/列车，结合一个基站覆盖范围内的列车数量，可计算需要的数据流量，进而确定GPRS业务需要的信道数量。

4 容量计算

目前我国铁路大部分列车运行时速小于200 km/h，列车追踪间隔15 min，基站覆盖范围6～8 km，结合话务及数据业务分析对车站基站、区间基站、编组场基站容量进行计算。

4.1 车站基站容量计算

车站基站容量计算如表2所示。

表2 车站基站容量计算Tab.2 Calculation of the station BTScapacity

语音话务量4.448Erl，数据信道7 Erl，呼损取0.5%，查爱尔兰表得知语音需11个信道；数据信道7个，控制信道2个，语音和数据总信道20个，所需基站容量为3个载频。

4.2 区间基站容量计算

区间基站容量计算如表3所示。

表3 区间基站容量计算Tab.3 Calculation of the section BTScapacity

语音话务量0.882Erl，呼损取0.5%，查爱尔兰表得知语音需5个信道；数据信道9个，控制信道2个，语音和数据总信道16个，所需基站容量为2个载频。

4.3 编组场基站容量计算

编组场基站容量计算如表4所示。

语音话务量6.880Erl，呼损取0.5%，查爱尔兰表得知语音需15个信道；数据信道6个，控制信道2个，语音和数据总信道23个，所需基站容量为3个载频。

表4 编组场基站容量计算Tab.4 Calculation of the Marshalling yard BTScapacity

由于目前我国铁路编组场调车作业利用GSM－R网络实现的方式还未确定，因而不好确定话务量，需要进一步完善，表4中用户的话务量不包括调车作业产生的话务量。

5 结 论

文中以列车运行时速小于200 km/h，列车追踪间隔15 min，基站覆盖范围6～8 km为前提，通过对车站、区间及编组场3种铁路场景分析，经计算可知，车站基站和编组场基站加载3个载频、区间基站加载2个载频可满足用户需求。该计算方法可对列车运行时速大于200 km/h，列车最小追踪间隔5 min，基站覆盖范围3～4 km的高速铁路GSM－R移动通信系统容量设计提供参考。

由于我国不同的铁路线路，因运输性质、业务种类的不同，其话务模型及数据模型存在差异。在进行GSM－R移动通信系统设计时，应根据不同铁路等级及特点，正确统计所有用户业务需求，分析不同业务模型和用户类型，合理选择相关参数取值，结合相应的计算方法，对系统容量进行预测计算，确保GSM－R移动通信系统容量满足系统内所有用户需求。

[1]中华人民共和国铁道部.TB10086－2009铁路数字调度通信系统及专用无线通信系统设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]中华人民共和国铁道部.TB/T 3324－2013铁路数字移动通信系统（GSM－R）总体技术要求[S].北京：中国铁道出版社，2013.

[3]中华人民共和国铁道部.中国铁路GSM－R移动通信系统设计指南[S].北京：中国铁道出版社，2008.

[4]中华人民共和国铁道部.铁建设[2007]92号 铁路GSM－R数字移动通信系统工程设计暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[5]郭梯云.移动通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[6]中铁第一勘察设计院集团有限公司.新丰镇编组场GSM－R数字移动通信系统方案研究报告[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2009.