基于GSM-R的鐵路通信網絡設計

2 GSM―R網絡
GSM―R網絡主要包括無線網絡、交換網絡及有線傳輸網絡，其中無線網絡包括核查基站參數，規劃頻率，劃分位置區，確定話務負荷、阻塞率、基站天線角度、發射功率等參數以及降低同頻干擾和非同頻干擾等；而交換網絡則包括確定基站頻率、小區參數(CDD)和越區切換參數等。
GSM-R核心網絡采用二級網絡結構，即設立移動業務大區匯接中心(TMSC)和本地業務端局(MSC)，匯接中心之間網狀網連接。小區一般設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；在話務量較大但火車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。每個小區有一個或幾個基站收發信機，數目的多少由話務量決定。
列車時速超過140 km／h，采用GSM信號，可降低通信質量，提高誤碼率。而誤碼率的增加會降低話音質量，甚至當服務質量達到最低閾值時，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)有關的數據將被中斷，從而導致列車不必要的停車或減速，因此需要采用雙網覆蓋系統以提高系統的可靠性。
2．1 無線網絡部分
(1)無線網絡的場強覆蓋場強覆蓋往往與具體的地理位置分布有關，根據具體的地理環境和基站的實際情況進行調整。采用提高基站的發射功率，增加天線掛高，調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，可采用雙扇區型基站，每個區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。如果沿路方向話務量很低，考慮到設備成本，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)無線參數設置 在GSM―R網絡中，與無線設備和接口有關的參數最能影響網絡的服務性能，其中包括小區選擇、控制信道、無線測量、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、網絡業務性能等具有重要影響。調整無線參數的基本原則是綜合考慮實際無線信道特性、話務量特性和信令流量承載情況，充分利用現有的無線資源，通過業務量分擔方式均勻全網的業務量和信令流量。
(3)話務量設置 其目的是預先盡可能均衡移動通信網的話務量．使其整個網絡業務負荷均勻．尤其是在一些人口密集的商業區，優化話務量時應注意交換機阻塞。
(4)重疊區的劃分青藏線路段根據實際地理環境恰當設計重疊區域大小，避免出現弱場區。重疊區可根據頻率復用方案得到移動臺接收C／I值，重疊區的寬度a為：兩小區復用：

2．2 頻率規劃
頻率規劃是在建網過程中，根據某地區的話務量分布分配相應的頻率資源實現有效覆蓋。頻率規劃要考慮符合國家無線電管理規定、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網絡，同頻段內相鄰的信道使用時。頻道分配時應考慮同頻道干擾、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時的干擾保護比C／I≥一41 dB。同小區載波最小問隔至少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。基站站型是頻率規劃的前提，根據話務量和目標阻塞率確定基站的站型，根據話務量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個數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務信道的頻率復用方式。

在頻率規劃中，采用定向天線覆蓋和調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 有線傳輸網絡
從傳輸技術上看，與PDH體制相比，SDH體制具有傳輸容量大，網絡配置靈活性和生存性高、兼容性高，維護管理功能強等特點，因此傳輸網應以SDH為基礎．有線傳輸網絡采用光纜。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，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波長為15～20 ps／nm．km。當傳輸10 Gb／s的TDM和WDM系統時，為了增加中繼距離，需要介入具有負色散系數的光纖進行色散補償。G．655光纖1 530～1 560 nm波長區色散通常為1．0~6．O ps／nm．km，傳輸相同的10 Gb／s系統時，因色散很低．無需采取色散補償，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網絡設計，這段鐵路全長1 020 km，地形復雜，沿途經山區、隧道等信號盲區，對網絡規劃、部署、運營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線列調系統可實現列車無線調度、數據傳輸、信息服務和應急通信等功能。