高速鐵路GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

段清豪

【摘要】 ? ?GSM-R覆蓋整體上呈現(xiàn)出線狀，導(dǎo)致列車在實(shí)際行駛中經(jīng)常出現(xiàn)頻繁切換網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了列車行駛速度，為了解決這一問題，現(xiàn)針對(duì)高速鐵路無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題，根據(jù)鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-專業(yè)人員網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及工作原理，從直放站優(yōu)化方案、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化、越區(qū)切換優(yōu)化三個(gè)方面入手，為實(shí)現(xiàn)對(duì)高速鐵路GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)設(shè)計(jì)提出具有建設(shè)性的建議。結(jié)果表明：無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施具有非常高的可行性和有效性，不僅解決了高速鐵路無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)小尺度衰落、越區(qū)頻繁切換問題，還提高了無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)性能，為乘客和司機(jī)提供了良好、穩(wěn)定、可靠的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，滿足人們的無(wú)線通信需求。

【關(guān)鍵詞】 ? ?高速鐵路 ? ?GSM-R無(wú)線通信 ? ?網(wǎng)絡(luò) ? ?優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和信息時(shí)代的不斷發(fā)展，高速鐵路行業(yè)取得了良好的發(fā)展，而這得益于GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和應(yīng)用，但是，一旦GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)沒有得到科學(xué)優(yōu)化和設(shè)計(jì)，將會(huì)直接影響高速鐵路通信水平，給乘客或者司機(jī)與外界溝通、通信造成了很大的不便，因此，為了提高高速鐵路通信水平，如何科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是專業(yè)人員必須思考和解決的問題。

一、高速鐵路無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題

1.1小尺度衰落

小尺度衰落主要是指無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)在短時(shí)間傳輸期間或者短距離傳輸期間，出現(xiàn)快速衰落現(xiàn)象，導(dǎo)致小尺度路徑出現(xiàn)嚴(yán)重的損耗問題[1]，這種小尺度衰落出現(xiàn)的根本原因是統(tǒng)一傳輸信號(hào)沿著多條路徑進(jìn)行傳輸，由于受接收機(jī)信號(hào)的干涉和影響而出現(xiàn)的。接收機(jī)天線根據(jù)多徑波信號(hào)強(qiáng)弱，在盡可能縮小傳輸時(shí)間的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳播信號(hào)帶寬的科學(xué)控制。接收機(jī)載波頻率偏移如表1所示。

1.2越區(qū)切換

越區(qū)切換過(guò)程主要包含以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：1.觸發(fā)。觸發(fā)主要是指基站通過(guò)采用檢測(cè)的方式，發(fā)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入到越區(qū)切換環(huán)節(jié)中。2.掃描?；靖鶕?jù)切換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，將采用排隊(duì)的方式，在各個(gè)小區(qū)排隊(duì)等候。3.選擇。在這個(gè)BSC中，通過(guò)利用業(yè)務(wù)管理功能，優(yōu)先選擇出可以作為目標(biāo)小區(qū)的最優(yōu)小區(qū)。4.執(zhí)行。通過(guò)對(duì)各個(gè)信道進(jìn)行分配、規(guī)劃和激活，將各個(gè)各個(gè)信道快速切換到下一個(gè)信道上進(jìn)行通話[2]，以保證通話的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。越區(qū)切換在提高對(duì)于鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-技術(shù)人員運(yùn)行性能方面發(fā)揮出重要作用，與公網(wǎng)越區(qū)切換相比，存在相應(yīng)的不同點(diǎn)。

二、鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R

2.1 GSM-R概述

GSM-R（中文全稱為：“鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)”）主要應(yīng)用于高速鐵路的無(wú)線通信領(lǐng)域中，滿足人們的無(wú)線通信需要，GSM-R主要由移動(dòng)臺(tái)、基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)組成，為提高鐵路系統(tǒng)運(yùn)行性能，保證行車調(diào)度的高效性提供重要的平臺(tái)支持。GSM-R具有強(qiáng)大的語(yǔ)音組呼功能和語(yǔ)言廣播呼叫功能，滿足鐵路運(yùn)維業(yè)務(wù)開展需求，為實(shí)現(xiàn)鐵路列車高效調(diào)度、提高維修作業(yè)組通信能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。總之，為了充分發(fā)揮和利用GSM-R的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，技術(shù)人員要將GSM-R與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充分結(jié)合，在保證無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化水平的基礎(chǔ)上，盡可能提高隧道通信管控水平，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的通信體驗(yàn)，從而促進(jìn)高速鐵路的健康、可持續(xù)發(fā)展。

2.2 GSM-R無(wú)線覆蓋

GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是高速鐵路運(yùn)行的基礎(chǔ)和保障，主要沿著鐵路線，不斷擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，從而形成一個(gè)穩(wěn)定、獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋特點(diǎn)，GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用線狀覆蓋的方式，完成對(duì)各個(gè)基站的鋪設(shè)，從而形成如圖1所示的GsM—R網(wǎng)絡(luò)沿線覆蓋簡(jiǎn)圖，這種覆蓋形式不僅降低了相鄰小區(qū)之間的距離和數(shù)量，還為小區(qū)最優(yōu)選擇和高效切換提供有力的保障。

三、高速鐵路GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)建議

為了進(jìn)一步提高高速鐵路的通信水平，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程圖，對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化和設(shè)計(jì)，以保證無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性、健全性和完整性，只有這樣，才能為人們提供良好無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3.1直放站優(yōu)化方案

直放站優(yōu)化方案作為GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的首要環(huán)節(jié)[3]，在具體的實(shí)施中，技術(shù)人員要從以下幾個(gè)方面入手：1.一旦GSM-R服務(wù)區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)大量隧道時(shí)，技術(shù)人員要采用漏纜與光纖直放站相結(jié)合的方式，對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。直放站作為一個(gè)功率增強(qiáng)器，主要用于對(duì)射頻信號(hào)的發(fā)射和管理，因此，直放站屬于典型的同頻放大設(shè)備。技術(shù)人員要借助直放站的這一功能，采用冗余配置的方式，對(duì)直放站的關(guān)鍵功能模塊進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)。2.采用單條鋪設(shè)的方式，對(duì)漏泄電纜鋪設(shè)在鐵路的一側(cè)[4]，同時(shí)，精確計(jì)算漏泄電纜的覆蓋范圍，在保證漏泄電纜輸出功率為1W時(shí)，將無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)通信概率提高至95%，確保漏泄電纜的傳播路程達(dá)到1111米。3.在綜合考慮交織覆蓋相關(guān)影響因素的基礎(chǔ)上，盡可能提高無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋余量，確保兩個(gè)相鄰的直放站之間間隔在1000米以下。例如：根據(jù)直放站經(jīng)常主用上行信號(hào)差別大、備用信號(hào)未出現(xiàn)等共性問題，借助網(wǎng)管的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)直放站遠(yuǎn)端主用模塊參數(shù)以及遠(yuǎn)端備用模塊參數(shù)的收集和整理，在此基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照不同告警處理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)以上共性問題進(jìn)行分析和解決。

3.2無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化

通常情況下，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況直接影響了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行得穩(wěn)定性、可靠性和安全性，因此，技術(shù)人員要重視對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的優(yōu)化。在這個(gè)過(guò)程中，首先，要根據(jù)GSM-R網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，在充分結(jié)合基站覆蓋電平相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，將無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍控制在95%以上，同時(shí)，還要確保無(wú)線信道呼損率在0.5%以下，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋電平在-921dBm以上，只有這樣，才能最大限度地提高無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)膚感范圍，滿足人們無(wú)線通信需求。此外，在進(jìn)行選址基站期間，還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，科學(xué)控制基站覆蓋范圍，避免因出現(xiàn)基站覆蓋范圍不均勻而嚴(yán)重影響無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果，同時(shí)，在對(duì)GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，還要科學(xué)調(diào)整和控制天線俯仰角度數(shù)，以達(dá)到科學(xué)管控基站覆蓋范圍的目的。例如：某客專區(qū)基站覆蓋范圍較小[5]，降低了人們無(wú)線通信體驗(yàn)效果，為了解決這一問題，技術(shù)人員對(duì)天線俯仰角進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和控制。將沿著No.5S2方向的天線俯仰角度數(shù)由原來(lái)的4°調(diào)整為現(xiàn)在的6°;將沿著No.6S2方向的天線俯仰角度數(shù)由原來(lái)的7°調(diào)整為現(xiàn)在的4°，將沿著No.7S1方向的天線俯仰角度數(shù)由原來(lái)的5°調(diào)整為現(xiàn)在的3°。當(dāng)天線的下傾角達(dá)到4°時(shí)，整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)所輻射的能量無(wú)法全面、徹底地投向軌道上，這樣一來(lái)，不僅浪費(fèi)了大量的基站輸出能量，還造成覆蓋較強(qiáng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常出現(xiàn)越區(qū)覆蓋問題。為了解決這一問題，將天線下傾角設(shè)置為6°，確保網(wǎng)絡(luò)所輻射出的能量全面投向軌道上。此外，在天線下傾角的不斷調(diào)整和優(yōu)化下，覆蓋較強(qiáng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的信號(hào)電平會(huì)有所下降，以達(dá)到科學(xué)控制基站遠(yuǎn)處覆蓋的范圍，從而降低越區(qū)覆蓋的可能性。

3.3越區(qū)切換優(yōu)化

越區(qū)切換主要是指移動(dòng)臺(tái)在進(jìn)行通信期間，需要從某一個(gè)基站覆蓋區(qū)移動(dòng)到下一個(gè)基站覆蓋區(qū)，同時(shí)，為了降低外界噪音對(duì)通信的影響，需要將語(yǔ)音信道安裝和固定在新的空閑語(yǔ)言信道上，確保通話過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性[6]。通常情況下，越區(qū)切換失敗、切換過(guò)于頻繁、切換位置不正確等問題的出現(xiàn)會(huì)降低無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能?，F(xiàn)階段，GSM-R系統(tǒng)在具體的運(yùn)用中，盡管越區(qū)切換成功率較高，但是，由于存在越區(qū)切換位置不正確問題，經(jīng)常出現(xiàn)頻繁切換現(xiàn)象，為了解決這一問題，通過(guò)利用鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R，對(duì)越區(qū)切換問流程進(jìn)行優(yōu)化。首先，當(dāng)列車從上一個(gè)小區(qū)行駛到下一個(gè)小區(qū)時(shí)，通常要進(jìn)行越區(qū)切換，為了保證通話的穩(wěn)定性和連續(xù)性，技術(shù)人員要在精確計(jì)算兩個(gè)小區(qū)切換時(shí)間和切換距離的基礎(chǔ)上，科學(xué)調(diào)整和控制無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離[7]，這樣一來(lái)，即使第一次越區(qū)切換失敗，列車司機(jī)有足夠的時(shí)間和距離，進(jìn)行第二次越區(qū)切換。此外，為了進(jìn)一步提高越區(qū)切換的效率和效果，還要確保鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R符合運(yùn)營(yíng)速度為350km/s的要求，同時(shí)，將兩次越區(qū)切換的時(shí)間控制在10s以內(nèi)，此時(shí)，按照1000米無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離，對(duì)越區(qū)切換進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)。例如：某車站基站與其他車站經(jīng)常出現(xiàn)頻繁切換問題[8]，為了解決這一問題，技術(shù)人員要做好對(duì)基站天線區(qū)間的確定，同時(shí)，還要嚴(yán)格按照天線仰俯角設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，將沿著S1方向仰俯角設(shè)置為7°，并對(duì)第一個(gè)基站與車站基站之間的切換門限進(jìn)行調(diào)整和控制，將其調(diào)整為6dB;同時(shí)，將車站與第一個(gè)基站之間的切換門限調(diào)整為7dB。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于高速鐵路而言，其GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜、漫長(zhǎng)的工程，這是由于在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)外部環(huán)境的不斷更新和變化下，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)各種各樣的新問題，這對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求，只有加強(qiáng)對(duì)GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能不斷提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率和效果，使得GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳狀態(tài)，為人們的溝通和通信提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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