【期刊】基于GSM-R的铁路通信网络设计.pdf
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1、第1 7 卷第3 期电子设计工程2 0 0 9 年3 月V 0 1 1 7N o 3E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n gM a r 2 0 0 9I I基于G S M R 的铁路通信网络设计姚晓宁(河北大学,河北保定0 7 1 0 0 2)摘要:G S M R(G S MF o r R a i l w a y)是为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统,采用G S M R 理论。完成兰州至格尔木段的通信网数字移动通信系统设计,能够双网络覆盖整个线路。有效解决G S M R 网络中常出现的问题诸如信道拥塞率高、呼叫成功率低等。关键
2、词:G S M R;G S M;基站控制器;信道;无线网络中图分类号:T P 3 9 3文献标识码:A文章编号:1 0 0 6-6 9 7 7(2 0 0 9)0 3-0 0 7 4-0 3D e s i g no fr a i l w a yc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kb a s e do nG S M RY A OX i a o n i n g(H e b e iU n i v e r s i t y,B a o d i n g0 7 1 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:G S M-R(G S MF o rR
3、a i l w a y)i sd e s i g n e ds p e c i f i c a l l yf o rr a i l w a yc o m m u n i c a t i o n s-s p e c i ei n t e g r a t e dd i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s n i sa r t i c l ea p p l i e st h ek n o w l e d g eo fG S M-Rt h e o r y c o m p l e t e dt h ed i g i t a
4、 lm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e md e s i g no ft h es e c t i o nf r o mL a n z h o ut oG o l m u d c o v e r i n gt h ew h o l ec i r c u i tw i t hp a i r so fn e t w o r k A n dt h i sd e s i g ns o l v e st h ep r o b l e m sw h i c ho f t e nt u r nu pi nt h ed i g i t a lm o b
5、i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m,s u c ha st h eh i g hc o n g e s t e dr a t eo fc h a n n e la n dc a l l i n go u tS u c c e s sr a t el o we f f e c t i v e l ya n d8 0o n K e yw o r d s:G S M-R;G S M;b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r;c h a n n e l;w i r e l e s sn e t w o r k,一务质
6、量达到最低阈值时,特别是与E R T M S(欧洲铁路运输管一理系统)和E T C S(欧洲铁路控制系统)有关的数据将被中断G S M R 是为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系从而导致列车不必要的停车或减速因此需要采用双网覆盖统,它是在G S M 蜂窝系统的基础上增加调度通信功能和适系统以提高系统的可靠性 3 1。用于高速环境下的要素,可满足国际铁路联盟提出的铁路专2 1 无线网络部分用调度通信要求I“。在G S M R 网络设计中,应用G S M R 理论,(1)无线网络的场强覆盖场强覆盖往往与具体的地理提高了铁路通信系统的可靠性,并解决了信道拥塞率高、呼位置分布有关根据具体的地理环境和
7、基站的实际情况进行叫成功率低等问题。降低网络建设成本。调整。采用提高基站的发射功率增加天线挂高调整天线水2G S M R 网络量苎!窑雾兰簇喜萋裹誓鎏蓁奎鋈凳薹丢囊篙警姜纂三罢G S M R 网络主要包括无线网络、交换网络及有线传输网布,可采用双扇区型基站。每个区1 8 0 0:天线采用单极化3d B络,其中无线网络包括核查基站参数,规划频率划分位置波瓣宽度为9 0 0 的高增益定向天线两天线相背放置最大辐区确定话务负荷、阻塞率、基站天线角度、发射功率等参数射方向与高速路方向一致。如果沿路方向话务量很低。考虑到以及降低同频干扰和非同频干扰等;而交换网络则包括确定设备成本。采用全向天线变形的双向
8、天线,双向3d B 波瓣宽基站频率、小区参数(C D D)和越区切换参数等 2 1。度为7 0 0,最大增益为1 4d B,如H T S X-0 9 1 4 型天线t 4 t。G S M R 核心网络采用二级网络结构。即设立移动业务大(2)无线参数设王在G S M R 网络中,与无线设备和接区汇接中心(T M S C)和本地业务端局(M S C),汇接中心之间网口有关的参数最能影响网络的服务性能,其中包括小区选状网连接。小区一般设置是在沿路轨方向安装定向天线。形择、控制信道、无线测量、功率控制、切换控制等参数,这些参成沿路孰的椭圆形小区;在话务量较大但火车速度较低的编数对小覆盖,信令流量分布、
9、网络业务性能等具有重要影组站内可采用扇形小区覆盖;而人口密度低的低速路段和轨响。调整无线参数的基本原则是综合考虑实际无线信道特道交织处则采用全向小区覆盖。每个小区有一个或几个基站性、话务量特性和信令流量承载情况,充分利用现有的无线收发信机,数目的多少由话务量决定。资源通过业务量分担方式均匀全网的业务量和信令流量。列车时速超过1 4 0k m h,采用G S M 信号,可降低通信质(3)话务量设置其目的是预先尽可能均衡移动通信网量,提高误码率。而误码率的增加会降低话音质量,甚至当服的话务量,使其整个网络业务负荷均匀,尤其是在一些人口收稿日期:2 0 0 8 一1 2 一1 2稿件编号:2 0 0
10、 8 1 2 0 3 6密集的商业区,优化话务量时应注意交换机阻塞。作者简介:姚晓宁(1 9 8 3 一),男,河北保定人,硕士研究生。研究方向:通信信息系统。-7 4-万方数据姚晓宁基于G S M R 的铁路通信网络设计(4)重壁区的划分青藏线路段根据实际地理环境恰当设计重叠区域大小,避免出现弱场区。重叠区可根据频率复用方案得到移动台接收钟值。重叠区的宽度口为:两小区复用:孚=地击(d B)(1)三小区复用:号=圳g 志(d B)(2)珏小区复用:孚=划g 面斋(d B)(3)2 2 频率规划频率规划是在建网过程中,根据某地区的话务量分布分配相应的频率资源实现有效覆盖。频率规划要考虑符合国家
11、无线电管理规定、频率复用效率、同频及邻频干扰尤其是在同一区域不同移动网络,同频段内相邻的信道使用时御。频道分配时应考虑同频道干扰、邻频道干扰和互调干扰等因素并使干扰保护比满足:同频道干扰保护比C,1 2d B 邻频道干扰保护比C _-6d B,偏离载波4 0 0k H z 时的干扰保护比C-4 1d B。同小区载波最小间隔至少6 0 0k H z 相邻小区频率问隔至少4 0 0k H z。频率规划还要考虑基站站型和频搴规划方法。基站站型是频率规划的前提。根据话务量和耳标阻塞率确定基站的站型,根据话务量A 和阻塞率E 查找对照表(表1)得出某小区需要配置的频点个数1。频率规划首先设置频率参数,包
12、括控制信道是否单独分配和业务信道的频率复用方式。裹lG S M R 网络频道号与频率对照裹基站接收基站发射基站接收基站发射频道号频道号频率M H z 频率M H z频率-M m频率M H z9 9 98 8 5 0 0 09 3 0 0 0 01 0 1 08 8 7 2 0 09 3 2 2 0 01 0 0 08 8 5 2 0 09 3 0 2 0 01 0 1 18 8 7 4 0 09 3 2 4 0 01 0 0 l8 8 5 4 0 09 3 0 4 0 01 0 1 28 8 7 6 0 09 3 2 6 0 0l 0 0 28 8 5 6 0 09 3 0 6 0 01 0
13、1 38 8 7 8 0 09 3 2 8 0 01 0 0 38 8 5 8 0 09 3 0 8 0 01 0 1 48 8 8 0 0 09 3 3 O o o1 0 0 48 8 6 0 0 09 3 1 0 0 01 0 1 58 8 8 2 0 09 3 3 2 0 01 0 0 58 8 6 2 0 09 3 1 2 0 01 0 1 68 8 8 4 0 09 3 3。4 0 01 0 0 68 8 6 4 0 09 3 1 4 0 0i 0 1 78 8 8 6 0 09 3 3 6 0 0l O c r 78 8 6 6 0 09 3 1 6 0 01 0 1 88 8 8
14、 8 0 09 3 3 8 0 0l 0 0 88 8 6 8 0 09 3 1 8 0 01 0 1 98 8 9 0 0 09 3 4 O o o1 0 0 98 8 7 0 0 09 3 2 0 0 0在频率规划中。采用定向天线覆盖和调整天线高度和倾角的方法解决同频干扰,通过提高滤波器精度和合理分配信道来降低邻道干扰,为了避免在相邻小区分配连续的频率可采用最大的相邻小区间频率间隔。2 3 有线传输网络从传输技术上看,与P D H 体制相比,S D H 体制具有传输容量大,网络配置灵活性和生存性高、兼容性高,维护管理功能强等特点,因此传输网应以S D H 为基础,有线传输网络采用光缆。目前
15、,I T U-T 已在G 6 5 2、G 6 5 3、G 6 5 4 和G 6 5 5 光纤中分别定义了4 种不同的单模光纤阀。其中G 6 5 2。光纤和G 65 5 光纤均可适用于传输网,其主要参数如表2 所示。裹2G 6 5 5 和G 6 5 2 光纤的主要技术参数表技术参数G 6 5 5G 6 5 2l5 5 01 1 1 1 1 衰减d b k mO 2 5O 2 5零色散波K a m l5 3 0l3 0 0 I3 2 415 5 0r i m 色散p 咖k m1 5 2 015 3 0 一I5 6 0n m 色薏妙p m k m1 O 6偏振模色t R I5 5 0n I I Lp
16、 B k m70 5O 5光有效面积I I 脚25 5 7 58 0模场直径7 m(8 1 1)4-l o 9 5 O 5从表2 参数看出,G 6 5 2 光纤的色散系数在l5 5 0n m 波长为1 5 2 0p s n m k m。当传输1 0G b s 的T D M 和W D M 系统时,为了增加中继距离。需要介入具有负色散系数的光纤进行色散补偿。G 6 5 5 光纤l5 3 0 15 6 0r i m 波长区色散通常为1 0 6 0p s n m k m,传输相同的1 0G b s 系统时。因色散很低,无需采取色散补偿,从设备成本上考虑,采用G 6 5 2 光纤的高速率系统远远高于G
17、6 5 5 光纤系统。3 设计方案方寨应用于格尔木至兰州段G S M R 网络设计。这段铁路全长l0 2 0k m,地形复杂。沿途经山区、隧道等信号盲区对网络规划、部署、运营及维护提出极高要求。基于G S M R系统的格尔木至兰州段铁路无线列调系统可实现列车无线调度、数据传输、信息服务和应急通信等功能。该设计采用双网覆盖系统兰州通信站设两套B S C l 2 0 0(A 和B),每个B S C 由B S C C 两个机架组成。B S C E 上的4 8对2M 在D D F 上一次配线完成。B S C l 2 0 0 A 与上层B 1 s(站型S l l l,0 3 和0 2)相连,B S C
18、l 2 0 4 B 与下层B T S(站型0 1)相连。两层网间为话务分担方式运行,当一层网出现故障时移动用户能够自动切换到另一层两。基站覆盖图如图l 所示。表3 为兰州至格尔木铁路段G S M R 基站频率分配表。图1 兰州至格尔木基站覆盖图传输网络方面,该传输网采用G 6 5 2 光纤,通信传输骨干网采用S D H 6 2 2 系统。且预留2 5G 系统提供长途电路。并为车站接入网系统、区间接入网系统提供保护电路:车站接入网采用S D H-6 2 2 系统,为区段通信提供电路,每4 个站为一个环;区间接入网采用S D H 1 5 5 系统。主要为G S M R 的区间基站提供电路。4 结语
19、应用G S M R 理论实现兰州至格尔木段的通信网数字移动通信系统设计,整个线路实现双网络覆盖,有效解决G S M-R 网7 5 万方数据电子设计工程)2 0 0 9 年第3 期基站发射频率频道序号序号站型基站编号B C C HT C H lT C H 2L l 姗llS lU G 0 0 07U 0 0 0 0l l20 3L G 0 1 0 Al l1 91 630 1L G o l O B540 2L G o I l A71 350 1L G o l l B160 2L G 0 1 2 A91 570 lL G o l 2 B380 2L G 0 1 3 AI l1 790 1U G 0
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