基于GSM-R的鐵路通信網(wǎng)絡(luò )設計

2 GSM―R網(wǎng)絡(luò )
GSM―R網(wǎng)絡(luò )主要包括無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、交換網(wǎng)絡(luò )及有線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，其中無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )包括核查基站參數，規劃頻率，劃分位置區，確定話(huà)務(wù)負荷、阻塞率、基站天線(xiàn)角度、發(fā)射功率等參數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、小區參數(CDD)和越區切換參數等。
GSM-R核心網(wǎng)絡(luò )采用二級網(wǎng)絡(luò )結構，即設立移動(dòng)業(yè)務(wù)大區匯接中心(TMSC)和本地業(yè)務(wù)端局(MSC)，匯接中心之間網(wǎng)狀網(wǎng)連接。小區一般設置是在沿路軌方向安裝定向天線(xiàn)，形成沿路軌的橢圓形小區；在話(huà)務(wù)量較大但火車(chē)速度較低的編組站內可采用扇形小區覆蓋；而人口密度低的低速路段和軌道交織處則采用全向小區覆蓋。每個(gè)小區有一個(gè)或幾個(gè)基站收發(fā)信機，數目的多少由話(huà)務(wù)量決定。
列車(chē)時(shí)速超過(guò)140 km／h，采用GSM信號，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(huà)音質(zhì)量，甚至當服務(wù)質(zhì)量達到最低閾值時(shí)，特別是與ERTMS(歐洲鐵路運輸管理系統)和ETCS(歐洲鐵路控制系統)有關(guān)的數據將被中斷，從而導致列車(chē)不必要的停車(chē)或減速，因此需要采用雙網(wǎng)覆蓋系統以提高系統的可靠性。
2．1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )部分
(1)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的場(chǎng)強覆蓋場(chǎng)強覆蓋往往與具體的地理位置分布有關(guān)，根據具體的地理環(huán)境和基站的實(shí)際情況進(jìn)行調整。采用提高基站的發(fā)射功率，增加天線(xiàn)掛高，調整天線(xiàn)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覆蓋。一般來(lái)說(shuō)，在鐵路或公路沿線(xiàn)主要考慮沿線(xiàn)的帶狀覆蓋分布，可采用雙扇區型基站，每個(gè)區180°；天線(xiàn)采用單極化3 dB波瓣寬度為90°的高增益定向天線(xiàn)，兩天線(xiàn)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(huà)務(wù)量很低，考慮到設備成本，采用全向天線(xiàn)變形的雙向天線(xiàn)，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(xiàn)。
(2)無(wú)線(xiàn)參數設置 在GSM―R網(wǎng)絡(luò )中，與無(wú)線(xiàn)設備和接口有關(guān)的參數最能影響網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)性能，其中包括小區選擇、控制信道、無(wú)線(xiàn)測量、功率控制、切換控制等參數，這些參數對小區覆蓋、信令流量分布、網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)性能等具有重要影響。調整無(wú)線(xiàn)參數的基本原則是綜合考慮實(shí)際無(wú)線(xiàn)信道特性、話(huà)務(wù)量特性和信令流量承載情況，充分利用現有的無(wú)線(xiàn)資源，通過(guò)業(yè)務(wù)量分擔方式均勻全網(wǎng)的業(yè)務(wù)量和信令流量。
(3)話(huà)務(wù)量設置 其目的是預先盡可能均衡移動(dòng)通信網(wǎng)的話(huà)務(wù)量．使其整個(gè)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)負荷均勻．尤其是在一些人口密集的商業(yè)區，優(yōu)化話(huà)務(wù)量時(shí)應注意交換機阻塞。
(4)重疊區的劃分青藏線(xiàn)路段根據實(shí)際地理環(huán)境恰當設計重疊區域大小，避免出現弱場(chǎng)區。重疊區可根據頻率復用方案得到移動(dòng)臺接收C／I值，重疊區的寬度a為：兩小區復用：

2．2 頻率規劃
頻率規劃是在建網(wǎng)過(guò)程中，根據某地區的話(huà)務(wù)量分布分配相應的頻率資源實(shí)現有效覆蓋。頻率規劃要考慮符合國家無(wú)線(xiàn)電管理規定、頻率復用效率、同頻及鄰頻干擾，尤其是在同一區域不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，同頻段內相鄰的信道使用時(shí)。頻道分配時(shí)應考慮同頻道干擾、鄰頻道干擾和互調干擾等因素，并使干擾保護比滿(mǎn)足：同頻道干擾保護比C／I≥12 dB，鄰頻道干擾保護比C／I≥一6 dB，偏離載波400 kHz時(shí)的干擾保護比C／I≥一41 dB。同小區載波最小問(wèn)隔至少600 kHz，相鄰小區頻率間隔至少400 kHz。頻率規劃還要考慮基站站型和頻率規劃方法?；菊拘褪穷l率規劃的前提，根據話(huà)務(wù)量和目標阻塞率確定基站的站型，根據話(huà)務(wù)量A和阻塞率E，查找對照表(表1)得出某小區需要配置的頻點(diǎn)個(gè)數n。頻率規劃首先設置頻率參數，包括控制信道是否單獨分配和業(yè)務(wù)信道的頻率復用方式。

在頻率規劃中，采用定向天線(xiàn)覆蓋和調整天線(xiàn)高度和傾角的方法解決同頻干擾，通過(guò)提高濾波器精度和合理分配信道來(lái)降低鄰道干擾，為了避免在相鄰小區分配連續的頻率，可采用最大的相鄰小區間頻率間隔。
2．3 有線(xiàn)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，維護管理功能強等特點(diǎn)，因此傳輸網(wǎng)應以SDH為基礎．有線(xiàn)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)，其主要參數如表2所示。

從表2參數看出，G．652光纖的色散系數在l 550 nm波長(cháng)為15～20 ps／nm．km。當傳輸10 Gb／s的TDM和WDM系統時(shí)，為了增加中繼距離，需要介入具有負色散系數的光纖進(jìn)行色散補償。G．655光纖1 530～1 560 nm波長(cháng)區色散通常為1．0~6．O ps／nm．km，傳輸相同的10 Gb／s系統時(shí)，因色散很低．無(wú)需采取色散補償，從設備成本上考慮，采用G．652光纖的高速率系統遠遠高于G．655光纖系統。

3 設計方案
方案應用于格爾木至蘭州段GSM-R網(wǎng)絡(luò )設計，這段鐵路全長(cháng)1 020 km，地形復雜，沿途經(jīng)山區、隧道等信號盲區，對網(wǎng)絡(luò )規劃、部署、運營(yíng)及維護提出極高要求。基于GSM-R系統的格爾木至蘭州段鐵路無(wú)線(xiàn)列調系統可實(shí)現列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度、數據傳輸、信息服務(wù)和應急通信等功能。