GSMR系统集成方案及隧道群解决方案探讨.docx

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GSMR系统集成方案及隧道群解决方案探讨

GSM-R系统集成方案及隧道群解决方案探讨

1、GSM-R原理概述

2、CTCS分级

根据国情路情实际出发，CTCS共划分为五级。

CTCS0级：

既有线的控车模式，区间轨道电路+站内电码化+通用机车信号+列车运行监控装置。

CTCS1级：

基于既有设备改造的固定闭塞系统，即主体化机车信号＋点式设备＋安全型监控装置。

CTCS2级：

基于轨道电路信息的固定闭塞系统，地面车载一体化系统设计。

CTCS3级：

基于轨道电路和无线通信（GSM-R）的固定闭塞系统。

CTCS4级：

完全基于无线通信（GSM-R）的移动闭塞系统。

3、GSM-R无线网络规划技术

1、GSM-R网络规划基本原则

●基站覆盖范围在非车站区域尽量广

●尽量减少切换次数

●严格控制网络切换区域

●解决特殊区域的覆盖

●保证网络性能和网络安全性

●满足网络容量需求

2、GSM-R网络规划网络组网方式

（1）线装贯通结构

该网络组网方式是每个站点单一覆盖，连续贯穿整个GSM-R覆盖范围。

该网络1个站点使用1个同步基站，一个基站覆盖设计覆盖规划范围，网络结构简单，是目前常用的基本组网结构。

优点:

●频率利用率高,基站配置容量较大

●网络容易控制,系统性能调整容易

●节省成本,减少项目代价

●维护方便

（2）交互互补结构

该网络组网方式是两个网络重叠交互覆盖，两个网络的站点相互独立互相补充，该网络结构属于不同站点重叠覆盖方式。

红色小区和兰色小区同时覆盖，都可以连续贯穿铁路沿线,但是基站建设站点不同，在实际运营中可以考虑同时利用网络资源进行话务均衡。

优点:

网络安全性较高，一个站点出现问题，另外一个站点可以立即提供服务。

缺点:

●网络建设成本很高;

●频率利用率低,站型配置不能很大.

●网络调整复杂.

●维护成本高.

（3）重叠冗余结构

该网络组网方式需要两个基站覆盖完全相同，在同一个站点增加相同基站设备保证网络设备的正常运行。

华为设备支持主备倒换功能，一个TRX如BCCH载频板出现问题后可以用另外一个TRX板作为BCCH载频正常使用，不影响网络的正常运行。

缺点:

设备利用率低

3.GSM-R小区设计

（1）单小区单方向

单小区单方向和正常的GSM网络基站没有区别，一个小区覆盖一个方向，例如某处需要两个小区，则系统需要配置两个小区数据，两个方向应用各自的天线，馈线等天馈合路系统。

（2）功分器单小区双方向

单小区双方向就是一个小区分裂为两个方向，不同方向用不同天馈，在数据配置上为一个小区，实现单小区双方向需要增加外置设备功分器，功分器可以使一个小区的信号均匀的分开通过不同馈线连接到不同方向的天线上。

（3）八字天线单小区双方向

和功分器单小区方向相比，八字天线单小区双方向是采用八字天线，使信号从不同方向传播，并不需要增加馈线和多余的天线。

由于八字天线的增益都比较低，基站的覆盖范围不会很远，而且八字天线的天线方向图已经固定，对于一些非直线的铁路覆盖将不会很有效，例“>”形状的铁路将无法应用八字天线。

八字天线单小区双方向和功分器单小区双方向一样都会减少切换次数。

1、天线选择

GSM-R天线选择需要根据不同情况进行，但是基本原则是选择高增益窄波束天线，部分地区可以考虑八字天线。

对于一些较高建站的区域需要考虑使用零点填充天线补充基站附近区域覆盖

2、小区覆盖重叠设计要求

列车的高速运行，要保证切换的正常进行，相邻小区的覆盖必须要有一定的覆盖重叠区。

假设列车以350KM/h的速度行驶，GSM信号解码和切换判决大约需要5S时间，重叠覆盖的铁路长度大于350/3600*5=0.486km。

4、GSM-R频率计划分析

（1）线装铁路频率规划分析

建议在GSM-R系统中若为线状分布的话同频最少相隔2个基站4个扇区。

（2）非线状铁路频率规划分析

建议枢纽位置可以建设大站型的全向基站比较合适。

这样，如果一个全向站覆盖半径范围内，在调度开始将不会发生切换。

5、GSM-R弱场解决方案

（1）隧道、路堑长度小于400米，建议采用小基站（或直放站）进行覆盖。

●平直隧道、路堑，将基站放在隧道口，采用单根天线进行覆盖。

●有弯道的隧道、路堑，将双向天线放在隧道中间进行覆盖。

小基站覆盖距离

（2）隧道路堑长度大于400米，建议采用“小基站（或直放站）+泄漏电缆+放大器”进行覆盖

●对于小于800米的隧道采用“小基站（或直放站）+泄漏电缆”进行覆盖

●对于大于800米的隧道需要放大器进行中继放大。

建议采用“小基站（或直放站）+放大器+泄漏电缆”方案。

（3）泄漏电缆基本原理

泄漏电缆的设计是特意减小横向屏蔽，使得电磁能量可以部分地从电缆内穿透到电缆外，当然，电缆外的电磁能量也将感应到电缆内。

按漏泄机理的不同，泄漏电缆可以分为两类：

耦合型和辐射型。

耦合型泄漏电缆的外导体上开的槽孔的间距远小于工作波长。

电磁场通过小孔衍射，激发电缆外导体外部电磁场，因而外导体的外表有电流，于是存在电磁辐射。

电磁能量以同心圆的方式扩散在电缆周围。

外导体扎纹、纹上铣孔的电缆是典型的耦合型泄漏电缆。

辐射型泄漏电缆的外导体上开的槽孔的间距与波长（或半波长）相当，其槽孔结构使得在槽孔处信号产生同相迭加.

耦合型漏泄是泄漏电缆外导体上的表面波的二次效应，而辐射型漏泄是由外导体上的槽孔直接辐射产生。

耦合型电缆适合于宽频谱传输，漏泄的电磁能量无方向性，并随距离的增加迅速减小.

（4）泄漏电缆关键指标

i.传输衰减

衰减系数是描述电缆内部所传输电磁能量损失程度的重要指标。

导致同轴电缆传输衰减有两个因素：

导体损耗和介质损耗

ii.耦合损耗

耦合损耗是描述泄漏电缆辐射量及可接收量的综合指标。

耦合损耗值定义为：

电缆内的信号与离开电缆特定距离（一般为2米）处的λ/2偶极天线所接收的信号之比（dB）

（5）泄漏电缆设计

1.选取合适的泄漏电缆，根据实际不同情况进行泄漏电缆型号选择。

2.泄漏电缆之间用跳线相互连接,增强网络安全性。

3.大秦线解决方案主要是泄漏电缆为主。

主要推荐原因

1）.信号稳定

2）.维护较方便

3）.安全性较高

（6）光纤直放站使用

1　光纤直放站主要应用在超过2.4km的长隧道中

2　长隧道中应用光纤直放站主要考虑施工维护和网络安全

3　光纤直放站扩容和补盲方便

光纤直放站使用中注意的参数：

●上下行之间3个Timeslot的偏移

●最大时间提前量TA

●决定覆盖范围

光纤直放站由两个部分组成：

光纤直放站主站和光纤直放站远端站。

光纤直放站主站下行输入为RF端口而输出为光端口，设置在基站处提供基站信号的电光转换及光信号的分路。

光纤直放站远端站下行输入为光端口而输出为RF端口，设置在远端车站处接收主站发出的光信号，并进行光电转换并放大还原成射频信号，上行信号反之。

直放站内部包含光电转换设备，双工器，下行通道大功率放大器及上行通道低噪声放大器等主要设备，上行通道放大器一般采用宽带直放式。

光纤直放站使用过程中应注意的部分：

1、噪声讯号干扰

光信号的传输损耗远小于射频信号，光纤直放站相比射频直放站传输距离要远得多。

设计中的光纤直放站主站和光纤直放站远端站之间采用星型连接，其系统噪声系数的累积的规律:

为直放站远端站数目增加数目N，噪声功率Nf就增加.直放站本身Nf上增加10LOG（N）dB。

一般在工程中单个基站所能带的光纤直放站远端站数目可以达到6~8个。

2、信号多径干扰

光纤直放站主站和远端站之间一般于采用点到到点的星型连接方式。

光纤直放站主站与光纤直放站远端站之间通过光纤链路连接，光纤链路的长度一般情况下接近站间距离。

如果两个远端站之间的距离较远，以及由于光纤直放站远端站的信号采用泄漏电缆传播，在隧道中间会产生的信号多径干扰问题。

，根据线路情况采取适当的方法是可以加以克服。

由于的空中信道编码速率较高，每码元周期为很短，对多径传播带来的时延限制也很严格，为一般工程设计时和厂家要求都应小于5~6μs.

●不等长泄漏电缆布置法

●光纤盘绕法

●不等功率配置法

●小区交叉法

光纤直放站使用过程中应该注意的问题：

1.光纤直放站采用双备份,可以及时倒换,防止出现网络故障

2.采用直流隔断器防止浪涌电流

3.光纤直放站电源备份考虑

7、GSM-R网络规划特殊参考虑

GSM-R有别于普通的GSM系统，部分GSM技术将不能应用到GSM-R系统。

1.DTX不使用

数据通信是GSM-R系统的一个重要功能，而DTX的使用将会影响信号强度和信号质量，影响列控信息传输的可靠性，因此DTX在GSM-R中将不被使用。

2.功控不使用

根据GSM协议功控命令的实现将带来3个TDMA帧的延迟，会引起信号波动，因此功控也将不被使用。

3.同心圆技术

同心圆技术可以有效提高系统容量，但由于同心圆技术将会使系统切换的几率增加，因此同心圆技术不被使用。

4.TA限定

GSM-R中要求的是小区控制准确，调度尽量在基站所覆盖的范围内发生，但是由于组网和实际建站条件的限制会导致越区覆盖，除过调整硬件去控制每个基站工作范围外，可以通过设置TA确定基站小区的实际服务范围

8、GSM-R网络规划应用GPRS的影响

GPRS的覆盖与GSM覆盖相比，EIRP相同从发射端到接收端除了体损以外经历的损耗相同；接收机灵敏度不是主要矛盾，GPRS业务主要受限于C/I.

CS1的C/I要求比话音业务的9db要求高，但是如果配在BCCH所在载频上，能满足要求.

GSM-R中GPRS业业务规划考虑：

1.采用NC0，即让MS自己直接控制小区重选行为

2.小区中一般没有配置PBCCH，系统利用SI13在BCCH上发送小区GPRS

相关参数，利用C1/C2间接控制MS进行小区重选行为

3.利用定标频率C/I值较高的特点，优先在定标频率上配置PDCH信道

4.尽量将PDCH信道配置在一个TRX上

5.采用PDCH动态转换技术，静态PDCH比例较低

6.一般从BCCH＋CCCH上接入，小区中不配置PBCCH和PCCCH

●GSM-R要尽量保证已有话音业务的服务质量，尽量减少GPRS业务给话音业务带来不利冲击

●可以使一个位置区仅包含一个路由区。

●跳频对GPRS业务无明显优势，可以提高CS-1的性能，对于CS-2/3没有明显影响，降低CS-4的性能。

●为了充分利用GPRS的编码技术优势、而又尽量减少对话音业务的冲击，规划中要充分保证频率规划的准确性

●要避免信道编码方式改变过于频繁而造成震荡效应