基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2 GSM―R網(wǎng)絡(luò)
GSM―R網(wǎng)絡(luò)主要包括無線網(wǎng)絡(luò)、交換網(wǎng)絡(luò)及有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中無線網(wǎng)絡(luò)包括核查基站參數(shù)，規(guī)劃頻率，劃分位置區(qū)，確定話務(wù)負(fù)荷、阻塞率、基站天線角度、發(fā)射功率等參數(shù)以及降低同頻干擾和非同頻干擾等；而交換網(wǎng)絡(luò)則包括確定基站頻率、小區(qū)參數(shù)(CDD)和越區(qū)切換參數(shù)等。
GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即設(shè)立移動(dòng)業(yè)務(wù)大區(qū)匯接中心(TMSC)和本地業(yè)務(wù)端局(MSC)，匯接中心之間網(wǎng)狀網(wǎng)連接。小區(qū)一般設(shè)置是在沿路軌方向安裝定向天線，形成沿路軌的橢圓形小區(qū)；在話務(wù)量較大但火車速度較低的編組站內(nèi)可采用扇形小區(qū)覆蓋；而人口密度低的低速路段和軌道交織處則采用全向小區(qū)覆蓋。每個(gè)小區(qū)有一個(gè)或幾個(gè)基站收發(fā)信機(jī)，數(shù)目的多少由話務(wù)量決定。
列車時(shí)速超過140 km／h，采用GSM信號(hào)，可降低通信質(zhì)量，提高誤碼率。而誤碼率的增加會(huì)降低話音質(zhì)量，甚至當(dāng)服務(wù)質(zhì)量達(dá)到最低閾值時(shí)，特別是與ERTMS(歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng))和ETCS(歐洲鐵路控制系統(tǒng))有關(guān)的數(shù)據(jù)將被中斷，從而導(dǎo)致列車不必要的停車或減速，因此需要采用雙網(wǎng)覆蓋系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的可靠性。
2．1 無線網(wǎng)絡(luò)部分
(1)無線網(wǎng)絡(luò)的場強(qiáng)覆蓋場強(qiáng)覆蓋往往與具體的地理位置分布有關(guān)，根據(jù)具體的地理環(huán)境和基站的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。采用提高基站的發(fā)射功率，增加天線掛高，調(diào)整天線水平角或垂直角以及安裝直放站等方法改善下行鏈路的信號(hào)覆蓋。一般來說，在鐵路或公路沿線主要考慮沿線的帶狀覆蓋分布，可采用雙扇區(qū)型基站，每個(gè)區(qū)180°；天線采用單極化3 dB波瓣寬度為90°的高增益定向天線，兩天線相背放置，最大輻射方向與高速路方向一致。如果沿路方向話務(wù)量很低，考慮到設(shè)備成本，采用全向天線變形的雙向天線，雙向3 dB波瓣寬度為70°，最大增益為14 dB，如HTSX一09―14型天線。
(2)無線參數(shù)設(shè)置 在GSM―R網(wǎng)絡(luò)中，與無線設(shè)備和接口有關(guān)的參數(shù)最能影響網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能，其中包括小區(qū)選擇、控制信道、無線測量、功率控制、切換控制等參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)小區(qū)覆蓋、信令流量分布、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)性能等具有重要影響。調(diào)整無線參數(shù)的基本原則是綜合考慮實(shí)際無線信道特性、話務(wù)量特性和信令流量承載情況，充分利用現(xiàn)有的無線資源，通過業(yè)務(wù)量分擔(dān)方式均勻全網(wǎng)的業(yè)務(wù)量和信令流量。
(3)話務(wù)量設(shè)置 其目的是預(yù)先盡可能均衡移動(dòng)通信網(wǎng)的話務(wù)量．使其整個(gè)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負(fù)荷均勻．尤其是在一些人口密集的商業(yè)區(qū)，優(yōu)化話務(wù)量時(shí)應(yīng)注意交換機(jī)阻塞。
(4)重疊區(qū)的劃分青藏線路段根據(jù)實(shí)際地理環(huán)境恰當(dāng)設(shè)計(jì)重疊區(qū)域大小，避免出現(xiàn)弱場區(qū)。重疊區(qū)可根據(jù)頻率復(fù)用方案得到移動(dòng)臺(tái)接收C／I值，重疊區(qū)的寬度a為：兩小區(qū)復(fù)用：

2．2 頻率規(guī)劃
頻率規(guī)劃是在建網(wǎng)過程中，根據(jù)某地區(qū)的話務(wù)量分布分配相應(yīng)的頻率資源實(shí)現(xiàn)有效覆蓋。頻率規(guī)劃要考慮符合國家無線電管理規(guī)定、頻率復(fù)用效率、同頻及鄰頻干擾，尤其是在同一區(qū)域不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，同頻段內(nèi)相鄰的信道使用時(shí)。頻道分配時(shí)應(yīng)考慮同頻道干擾、鄰頻道干擾和互調(diào)干擾等因素，并使干擾保護(hù)比滿足：同頻道干擾保護(hù)比C／I≥12 dB，鄰頻道干擾保護(hù)比C／I≥一6 dB，偏離載波400 kHz時(shí)的干擾保護(hù)比C／I≥一41 dB。同小區(qū)載波最小問隔至少600 kHz，相鄰小區(qū)頻率間隔至少400 kHz。頻率規(guī)劃還要考慮基站站型和頻率規(guī)劃方法?；菊拘褪穷l率規(guī)劃的前提，根據(jù)話務(wù)量和目標(biāo)阻塞率確定基站的站型，根據(jù)話務(wù)量A和阻塞率E，查找對(duì)照表(表1)得出某小區(qū)需要配置的頻點(diǎn)個(gè)數(shù)n。頻率規(guī)劃首先設(shè)置頻率參數(shù)，包括控制信道是否單獨(dú)分配和業(yè)務(wù)信道的頻率復(fù)用方式。

在頻率規(guī)劃中，采用定向天線覆蓋和調(diào)整天線高度和傾角的方法解決同頻干擾，通過提高濾波器精度和合理分配信道來降低鄰道干擾，為了避免在相鄰小區(qū)分配連續(xù)的頻率，可采用最大的相鄰小區(qū)間頻率間隔。
2．3 有線傳輸網(wǎng)絡(luò)
從傳輸技術(shù)上看，與PDH體制相比，SDH體制具有傳輸容量大，網(wǎng)絡(luò)配置靈活性和生存性高、兼容性高，維護(hù)管理功能強(qiáng)等特點(diǎn)，因此傳輸網(wǎng)應(yīng)以SDH為基礎(chǔ)．有線傳輸網(wǎng)絡(luò)采用光纜。目前，ITU―T已在G．652、G．653、G．654和G．655光纖中分別定義了4種不同的單模光纖。其中G．652，光纖和G．655光纖均可適用于傳輸網(wǎng)，其主要參數(shù)如表2所示。

從表2參數(shù)看出，G．652光纖的色散系數(shù)在l 550 nm波長為15～20 ps／nm．km。當(dāng)傳輸10 Gb／s的TDM和WDM系統(tǒng)時(shí)，為了增加中繼距離，需要介入具有負(fù)色散系數(shù)的光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償。G．655光纖1 530～1 560 nm波長區(qū)色散通常為1．0~6．O ps／nm．km，傳輸相同的10 Gb／s系統(tǒng)時(shí)，因色散很低．無需采取色散補(bǔ)償，從設(shè)備成本上考慮，采用G．652光纖的高速率系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于G．655光纖系統(tǒng)。

3 設(shè)計(jì)方案
方案應(yīng)用于格爾木至蘭州段GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，這段鐵路全長1 020 km，地形復(fù)雜，沿途經(jīng)山區(qū)、隧道等信號(hào)盲區(qū)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、運(yùn)營及維護(hù)提出極高要求。基于GSM-R系統(tǒng)的格爾木至蘭州段鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列車無線調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、信息服務(wù)和應(yīng)急通信等功能。