實(shí)現(xiàn)成功的GSM-R無線方案

在設(shè)計(jì)GSM-R無線方案時(shí)，不能簡單地采用與標(biāo)準(zhǔn)GSM網(wǎng)絡(luò)相同的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)該尋找新的無線方案以適應(yīng)具體的鐵路環(huán)境和基本運(yùn)行需求。一旦GSM-R在歐洲成為列車控制系統(tǒng)（TCS）的無線通信載體時(shí)，尋求這種新方法就顯得更加重要。

為什么會(huì)出現(xiàn)不同的GSM-R無線方案

用更少的頻率。這并不是最大的障礙，因?yàn)橥ǔｈF路GSM-R網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是線性的。在鐵路網(wǎng)的大部分區(qū)域，對于任何無線基站而言都無法了解其臨近基站的情況；但是與之相反，在主要大城市，特別是有許多鐵路線路引入到城市中心的大城市，由于可能會(huì)干擾到臨近線路，很難實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用方式。

成功的GSM-R無線方案的關(guān)鍵因素

與GSM一樣，GSM-R是蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)，這意味著覆蓋區(qū)域由一系列相鄰以及重疊的小覆蓋區(qū)域或蜂窩構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)在于可以使無線覆蓋有目標(biāo)的覆蓋到指定區(qū)域。在使用公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的情況下，通常需要無線覆蓋越過地理區(qū)域，形成二維單元模型。每個(gè)基站通道或頻率由不同字母表示。如果頻率的數(shù)量有限，為了避免干擾，則以在相同頻率的單元之間存在分離距離這種方式重新使用。

對于鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)，蜂窩模型是線性的而不是二維的。規(guī)劃這種網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則有所不同，特別是與商業(yè)運(yùn)營相比，GSM-R操作人員需要考慮使

從無線傳播的角度來說，我們需要無線方案專家來對鐵路環(huán)境進(jìn)行分析，并考慮到以下因素：路塹、路基、隧道、橋梁（橋上和橋下）、軌道彎曲、車站、調(diào)車區(qū)域。

通常，公共運(yùn)營商可以在無線電發(fā)射地以不同角度覆蓋網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的區(qū)域。由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是線性的，且無線電站通常位于鐵路用地上，因此為沿線的所有點(diǎn)提供足夠的無線覆蓋就特別困難。

鐵路運(yùn)營約束條件對確定無線方案也有很大影響。GSM-R的主要應(yīng)用之一就是提供安全通信，即用于列車司機(jī)和調(diào)度人員之間的安全通信，該調(diào)度人員負(fù)責(zé)控制在線路的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段運(yùn)行的所有列車。GSM-R考慮到了位置尋址，這意味著列車司機(jī)不需要知道負(fù)責(zé)具體線路的調(diào)度人員的電話號碼。呼叫是根據(jù)列車首次呼叫的源小區(qū)而自動(dòng)發(fā)送到相應(yīng)的調(diào)度人員。這樣做的優(yōu)勢在于列車司機(jī)只需按下按鈕而不必考慮列車的位置，即可接通相關(guān)調(diào)度人員。為實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能，無線小區(qū)邊界需要和調(diào)度管界一致。

這些限制條件構(gòu)成了鐵路運(yùn)營方案的部分內(nèi)容，該方案需要在開始執(zhí)行無線規(guī)劃之前由鐵路運(yùn)營商來確定。由于任何輸入變更都會(huì)對無線基站產(chǎn)生影響，因此這些相關(guān)的輸入必須在執(zhí)行該方案前進(jìn)行確定。至少應(yīng)該包括以下信息的輸入。

（1）鐵路線路的準(zhǔn)確位置以及鐵路用地的邊界。

（2）考慮作為可能的GSM-R站點(diǎn)的既有結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確位置。

（3）所有車站、隧道、樞紐、調(diào)車區(qū)域、控制邊界以及相鄰第三方鐵路的準(zhǔn)確位置。

（4）鐵路沿線所有點(diǎn)所需的無線流量。

（5）線路速度、方向以及鐵路各區(qū)段線路的數(shù)量。

（6）哪條線路裝備了ETCS系統(tǒng)。

（7）鐵路緊急呼叫的地理邊界（已經(jīng)經(jīng)過初始化的GSM-R鐵路緊急呼叫包括在預(yù)定區(qū)域內(nèi)所有列車和負(fù)責(zé)該區(qū)段線路的調(diào)度人員。為了減少對鐵路運(yùn)營的影響，需要仔細(xì)定義這些區(qū)域。）

為了進(jìn)行計(jì)算，所用的無線預(yù)測工具需要一個(gè)或多個(gè)傳播模型、地形和多種數(shù)據(jù)庫。為了能夠準(zhǔn)確預(yù)測，所用的模型針對鐵路環(huán)境可以進(jìn)行校正。其中包括在執(zhí)行無線方案前，在各種類型的鐵路環(huán)境下運(yùn)行測試列車。一旦采用了足夠多的樣本，就可以通過對計(jì)劃工具的預(yù)測內(nèi)容和測量結(jié)果進(jìn)行比較來校正模型。如果使用了半確定式模型，則不需要通過測量來驗(yàn)證最終無線方案。如果使用了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停F(xiàn)場60%～80%的部分需要利用試驗(yàn)列車進(jìn)行測量，以確保GSM-R可以在實(shí)際運(yùn)營中正常工作。

地形和多種地圖數(shù)據(jù)庫的選擇也是確保高效并準(zhǔn)確執(zhí)行無線方案的關(guān)鍵。這也有2種方法：選擇低分辨率地圖（相對便宜）以及在制定規(guī)劃過程中預(yù)留額外的無線余量；或使用高分辨率地圖（相對比較昂貴），這意味著不需要額外的余量。通過給無線方案增加一些“余量”，從保守意義上來說預(yù)測顯示的結(jié)果要比現(xiàn)實(shí)略差一些。實(shí)際上，與使用高分辨率地圖相比，使用低分辨率地圖可能會(huì)導(dǎo)致無線基站數(shù)量的增加。對于GSM-R方案而言，認(rèn)為50 m屬于低分辨率而5 m屬于高分辨率。

圖1顯示了當(dāng)使用高分辨率數(shù)據(jù)時(shí)，半確定式模型的精度?？梢钥闯霎?dāng)列車沿線運(yùn)行時(shí)信號強(qiáng)度的變化。當(dāng)列車接近無線基站時(shí)，信號增強(qiáng)。灰色線條表示利用半確定式模型預(yù)測的信號強(qiáng)度。黑色線條表示從測試列車接到的實(shí)際測到的信號強(qiáng)度。這兩條線非常靠近。預(yù)測中這種置信水平意味著驗(yàn)證測試所需用的測試列車將大大減少。由于3 dB的差異意味著功率的2倍，這就造成了與更精確的規(guī)劃模型相比需要更多數(shù)量的基站。

結(jié)論

GSM-R的無線方案需要仔細(xì)闡述每個(gè)應(yīng)用程序的服務(wù)質(zhì)量等級。預(yù)測工具必須足夠靈活，使其數(shù)據(jù)庫的精度可以根據(jù)特殊的鐵路線路地形而變化。根據(jù)鐵路的不同規(guī)模和復(fù)雜性，GSM-R網(wǎng)絡(luò)總成本的最重要決定因素與無線基站的布置有關(guān)。一個(gè)差的無線方案雖然可用，但是可能要付出比原來計(jì)劃多得多的成本。通常的無線規(guī)劃費(fèi)用大約是總項(xiàng)目成本的1%～5%，這可作為GSM-R項(xiàng)目成本控制的最好形式。