GSM-R鐵路無線通信系統(tǒng)弱場區(qū)覆蓋法

黃勝俊

鄭州鐵路局鄭州通信段，河南 鄭州 450052

0 引言

GSM-R是一個與現(xiàn)代通信科技相結(jié)合，具有抗干擾力強(qiáng)、差錯可控、易加密、安全高效的數(shù)字無線通信系統(tǒng)，其提供的豐富的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)可滿足鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)指揮手段現(xiàn)代化、列車調(diào)度與控制及鐵路信息化發(fā)展的需要。2009年時，GSM-R系統(tǒng)已運(yùn)用于全球30多個國家的鐵路無線通信系統(tǒng)中。由于鐵路線延伸區(qū)域廣闊，沿途地形復(fù)雜，涉及眾多隧道、山體和丘陵坡地等，這些地形因素都對GSM-R信號形成一定的阻擋產(chǎn)生大量信號弱場區(qū)，因此，對復(fù)雜地形的弱場區(qū)的覆蓋設(shè)計(jì)是GSM-R無線通信系統(tǒng)規(guī)劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)。筆者總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)與知識，對GSM-R鐵路無線通信系統(tǒng)弱場區(qū)覆蓋方案分析探討，為科學(xué)合理的選取實(shí)際地形弱場區(qū)覆蓋設(shè)計(jì)提供參考。

1 GSM-R鐵路無線通信場強(qiáng)覆蓋方式

GSM-R鐵路無線網(wǎng)絡(luò)場強(qiáng)覆蓋與具體的地理位置分布相關(guān)，應(yīng)根據(jù)實(shí)地情況和基站情況而定，通常采用提高基站發(fā)射功能、增加天線掛高、調(diào)整天線水平角或垂直角和安裝直放站等方法改善下行鏈路的信號覆蓋。鐵路沿線的場強(qiáng)覆蓋一般為帶狀覆蓋方式，沿鐵路軌道方向安裝定向天線，形成大橢圓形的小區(qū)。在話務(wù)量較大但速度要求低的編組站內(nèi)采用扇形小區(qū)覆蓋，每個區(qū)180°，以單極化3dB波瓣寬度為90°的高增益為定向天線，兩天線背向放置，要求最大輻射方向與鐵路方向一致；而通常人口密度小的低速路段與軌道交織處的區(qū)域采用全向小區(qū)覆蓋，采用全向天變形的雙向天線，其雙向3dB波瓣寬度為70°，最大增益14dB。

在GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)，隧道、丘陵及山區(qū)相對來說為弱場區(qū)，利用光纖直放站加天線或漏泄電纜的方式，以實(shí)現(xiàn)弱場區(qū)的信號覆蓋。通常設(shè)置在通信基站的信號覆蓋范圍內(nèi)原有1個基站的基礎(chǔ)上加設(shè)1個備用基站，且每一基站配置不同載頻，其中主用基站的輸出功率高于備用基站約6dB，基站區(qū)域內(nèi)GSM-R信號呈現(xiàn)交織覆蓋，使該區(qū)域內(nèi)移動臺可同時接收到兩個基站信號，經(jīng)自動判決后選取其中接收電平高的信號，然后與主用基站建立上行聯(lián)系通道；如果主用基站出現(xiàn)宕機(jī)，移動太會直接切換至備用基站，而不至于出現(xiàn)區(qū)域內(nèi)信號中斷現(xiàn)象。

2 不同地形的弱場區(qū)信號覆蓋解決方案

2.1 隧道

2.1.1 短隧道

長度小于1000m的隧道稱為短隧道，短隧道宜采用在隧道口兩端設(shè)置直放站和漏泄電纜的覆蓋方式。漏泄電纜鋪設(shè)在整個隧道，安裝在靠近基站側(cè)的隧道口外的直放站配置天線，使天線對應(yīng)下一個基站方向，所發(fā)射出的無線信號恰好可以覆蓋兩個基站信號的重疊區(qū)，移動臺即可在隧道外的信號重疊區(qū)實(shí)現(xiàn)頻率切換。

2.1.2 長隧道

通常以1km以上、5km以下的隧道為長隧道，這種隧道適宜于分別在隧道口兩側(cè)設(shè)置基站，隧道內(nèi)則放置多個直放站和漏泄電纜的覆蓋方式。其中把多個直放站分為兩組，每組均引隧道兩側(cè)基站的信號源，且每個直放站都連接漏泄電纜，形成與列車車載移動臺交換信號的媒介；同時，兩組直放站和漏泄電纜的組合在隧道的中央處形成兩個基站信號重疊區(qū)，車載移動臺可在隧道的重疊區(qū)內(nèi)完成頻率切換。

由于CTCS-3級系統(tǒng)對GSM-R無線電信號的強(qiáng)度和信噪比有著一定的要求，實(shí)施這種組合傳輸方式必須加以考慮GSM-R系統(tǒng)工作模式、直放站級連引起的光纖傳輸損耗及漏泄電纜的衰耗指標(biāo)等，通過嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算后，方可實(shí)施設(shè)計(jì)工程。

2.1.3 特長隧道

長度大于5000m以上的特長隧道可沿用長隧道的覆蓋方式來實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換，所不同的是，因隧道過長，遠(yuǎn)超出一般兩基站設(shè)置的間距，應(yīng)在隧道內(nèi)再增加基站設(shè)置，才能保證無線電場強(qiáng)覆蓋信號在車載移動臺天線入口處形成的接收電平滿足CTCS-3級系統(tǒng)對QoS指標(biāo)的要求；而且隧道內(nèi)基站不直接連接漏泄電纜，則由直放站引入基站信號源、直放站再通過漏泄電纜輸送無線電信號的方式，來實(shí)現(xiàn)較長隧道內(nèi)弱場區(qū)的覆蓋，隧道內(nèi)雖增設(shè)了基站，但兩基站之間的信號重疊區(qū)仍設(shè)在隧道內(nèi)。

2.1.4 隧道群

隧道群是1個或多個長隧道組成的群體，普遍采用光纖直放站加漏泄電纜和天線的覆蓋方式。當(dāng)隧道間距小于2km時，可視為1個隧道群，據(jù)其長度可參照長或特長隧道進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)隧道間距超出2km時，可當(dāng)作不同長度的多個隧道來設(shè)計(jì)。若隧道群各隧道之間小于500m，可使用漏泄電纜覆蓋隧道與隧道空間，減少直放站使用數(shù)量；若隧道群隧道間距大于500m，可采用直放站加天線方式，使空間波覆蓋隧道間的開放空間實(shí)現(xiàn)弱場區(qū)覆蓋。

2.2 丘陵和路塹

丘陵和路塹等非視距空間波傳播的地段，900MHz頻段的電磁波繞射能力較差，導(dǎo)致無線電信號傳輸隨移動臺和基站間地形的變化而出現(xiàn)不穩(wěn)定衰耗，所形成的信號也隨線路的延伸常出現(xiàn)間歇性的獨(dú)立的短段弱場區(qū)。若僅是提高基站天線高度或縮小基站間距，只能解決部分地段弱場區(qū)現(xiàn)象，一些弱場區(qū)段電平仍無法改善，而且往往會出現(xiàn)越區(qū)同頻干擾、C/I下降等多種不利因素。采用光纖直放站加天線的空間波傳播方式，才能從根本上解決區(qū)域內(nèi)弱場區(qū)信號加強(qiáng)問題，相對地形更為復(fù)雜的地段則適宜采用光纖直放站加漏泄電纜的方式來提升區(qū)域場強(qiáng)覆蓋。

3 結(jié)論

在進(jìn)行鐵路沿線不同地段的弱場區(qū)信號覆蓋的設(shè)計(jì)實(shí)施時，必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況因地制宜的科學(xué)計(jì)算，經(jīng)過現(xiàn)場周密的勘測，最終確定設(shè)計(jì)方案，在安全、經(jīng)濟(jì)可靠的基礎(chǔ)上實(shí)施工程，確保列車在經(jīng)過特殊地形時信息暢通，達(dá)到安全行駛。

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