GSM-R无线网络规划

2017-06-06李昶辽宁锦州渤海大学工学院

数码世界 2017年5期

李昶辽宁锦州渤海大学工学院

GSM-R无线网络规划

李昶辽宁锦州渤海大学工学院

GSM-R无线网络构建的前提是完成网络的规划与设计，探讨GSM-R无线网络规划有着重要的意义，基于传统GSM基础上，GSM-R应运而生，然而GSM-R主要是应用于铁路系统中，在铁路领域中，时常出现在列车以飞快的速度前行的时候，容易造成信号快衰落，而且在此过程中，也容易产生不断切换以及出现掉话的现象。所以，分析GSM-R网络规划意义十分重大。

GSM-R GSM 无线网络规划

GSM-R技术是从GSM技术上发展而来的，主要应用在铁路通信中，在很多的通信业务中GSM-R都得到了广泛的应用，而且GSM-R技术中还继续涵盖了传统的GSM相关特征，因此GSM-R无线网络规划和传统的GSM规划之间存在着很多相似之处。GSM-R在铁路系统中有着广泛的作用。

1 GSM-R系统组成

GSM-R系统的结构包括的内容主要涉及到了BTS，也就是基站收发信机、MSC就是所谓的移动交换中心、基站控制器（BSC）、GCR就是组呼寄存器以及AC即是认证中心等等。具体的组成如图1所示。

图1 GSM-R系统组成

现今，我国GSM-R技术的发展还处于初步发展阶段，所以所涉及到的业务不多，随着技术的飞速发展，GSM-R的业务类型不断得到了发展多。

2 GSM-R小区规划

一般情况下，在现实中需要尽量避免切换，从而确保提高系统的性能。所以，GSM-R小区选择的方式应该是双方向单小区，也就是说进行小区的划分，如图2所示。

图2 双方向单小区

同一基站中的区切换次数的减少能够选择双方向单小区。对于拐弯很多的铁路沿线长河中，一般情况下，选择的是功分器双方向单小区，每个基站选择的定向天线是2根，同时不同的两个方向需要各自选择1根天线，通过一个功率分配器进行2根天线的耦合，接着再和基站里面的收发信机进行连接。对于铁路沿线比较直的场合，应该选择八字形双向单小区，从而在信号从多个方向进行传播的过程中，不用增添多余的天线与馈线。针对火车客运站和枢纽站，选择的方案能够是基站三小区。

3 覆盖规划

实现GSM-R的全面覆盖尤为特殊，相比于大多数的GSM网络，不同点在于符合切换的要求以及覆盖弱场。无线网络的速度范围是从0到350km/h之间，通过网络覆盖从而实现通信连接。

3.1 小区覆盖重叠要求

当列车以飞速的速度在飞奔的时候，需要确保可以成功切换的同时，还可以不掉话，而且彼此挨近的小区覆盖存在着覆盖重叠区。由于GSM信号解码以及切换需要花费的时间在5s左右，那么能够用下面的公式计算当小区出现重叠覆盖时铁路线的长度为：

3.2 确定基站位置

按照建站条件勘察实地，针对无线传播的环境进行调查，根据功率预算以及覆盖指标的相关内容，能够大概计算出处于所有的覆盖区域里对应的基站覆盖距离，从而对铁路沿线建站位置的选择有一个初步的规划，接着通过无线发射机将信号发射并完成覆盖测试，根据相关数据的分析，从而大概粗略地得出基站的覆盖范围，按照建站条件从而得出具体的基站位置。基站地址选择上应该尽量距离树林以及江河湖泊很远的地方。

3.3 弱场覆盖规划

在具体的GSM-R系统里面，需要尽量使用均匀分布的信号，从而防止当2辆火车出现错车的时候因为信号快速衰减从而造成了切换失败或者是掉话的现象。而相应的解决弱场覆盖的对策是运用基站、电缆泄漏以及光纤直放站。因为要考虑到泄漏电缆指标因素，泄漏电缆平均长度限制是950m。光纤直放站主要包括了远端站以及近端站。按照现今的光纤直放站性能，通常情况下1个近端机所对应的远端机数量最多可以达到8个。

图3 隧道弱场解决方案

在网络规划中一定要将下行链路的场强以及载噪比因素考虑进去，从而保证隧道和隧道的出入口可以产生很好的覆盖效果。解决隧道弱场的方案如图3所示。

当列车出入隧道的过程中，因为隧道里面和外面的信号差异很大，而且列车的运行速度也很快，从而导致了隧道里面和外面的2个小区信号间没有足够的时间完成切换最终出现掉话。将一副定向天线增加在隧道出口处出现电缆泄漏的最后端，将发射信号发送给隧道从而扩大隧道里面小区覆盖范围，这样一来就能够解决当列车驶出隧道的时候所出现的切换难题了。在隧道的入口地方，能够增加抛物面天线，从而把隧道里面的能量发向外面，如果隧道里面的能量在达到隧道口的时候不高，那么能够将直放站安装在隧道口的地方，放大隧道外信号会将信号重叠区的信号进一步提高，从而使得切换问题得以解决。

4 GSM-R频率规划

GSM-R网络规划中的一个重要的内容就是频率规划，要想完成很好的网络规划，那么就需要选择优质的频率规划。GSM-R系统中同一频点的复用有需求限制，那就是空间隔离限制。空间隔离限制和C/I也就是载干比有关系的。通常情况下小区的划分铁路系统采用了功分器或者是八字天线。一般情况下线状铁路中是线状分布的覆盖，根据GSM常规频率复用能够知道规划GSM-R频率的时候，应该尽可能地避免同频复用小区扇区正对的现象产生，不然很容易造成干扰。因此在GSM-R系统中选择频率复用组的时候一定要是偶数，而非奇数。按照计算载干比的公式能够计算出GSM-R同频复用需要隔离的基站数目。在铁路枢纽站中，有各个方向的铁路线汇集于此，需要将大站型全向基站建设在枢纽的地方，如此一来，在覆盖范围的半径以内，调度的过程中都没有切换现象的产生，从而保证不会出现因为掉线而发生事故。需要合理地控制枢纽站中毗邻的各基站所覆盖的范围，避免强干扰出现。现今的GSM-R系统里面，根据GSM协议中规定的值，选择频段是E-GSM，同时这个频段也是中国移动所选择的值，这种情况下，要保持双方不受到影响，就要进行协商。

5 GSM-R容量规划

在GSM-R容量规划的过程中，重点考虑的业务是点对点、数据业务、广播呼叫以及组呼。

5.1 点对点

点对点通信话务量与一些参数有着直接的关系，主要为：

①如果固定用户是车站里面的相关工作人员的话，那么话务就很固定了，如果按照平均1个基站200人计算的话，每个工作人员的话务量是在0.01Erl到0.02Erl以内，那么固定话务量的结果应该是1.6Erl。

②列车用户话务量是经过列车话务量和停靠列车话务量的和，通过第1类和第2类的话务进行推算可以得出点对点的呼叫容量取值大概在2.68Erl。

5.2 数据业务

数据业务中一定要涉及到的因素有调车机车信号传递、GPRS以及同步控制等。其中比较重要的功能有机车主控到机车从控、操控列车和确认列车、出现异常事件进行报警、列车从控到列车主控等，每一个功能都有着各自的信道，一定要有固定的信道。GPRS业务的车站中通常情况下选择的信道有2个。而通常选择了2个信道在调车机车信号中。车头同步中需要的信道数量是1个，一列机车的车头一共是4个，如果出现了列车错车时候，那么机车同步选择的信道数目是8个。所以，在数据业务中所需要的信道数目一共是12个。

5.3 一般车站话务量

其中针对广播呼叫、点对点以及数据组呼叫需要考虑的信道个数是21个，另外信令信道是2个，所以所需要的信道一共是23个，而要用到的TRX是3个。

然而因为铁路覆盖以及铁路业务有着不同的需求，所以相比于传统GSM无线网络的规划，GSM-R网络规划还是存在着很大的差异。因为国铁路系统中运用GSM-R技术还是处于初步阶段，所以浅析GSM-R无线网络规划有着重大的理论意义以及实践意义。

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