實現成功的GSM-R無線方案

在設計GSM-R無線方案時，不能簡單地采用與標準GSM網絡相同的規(guī)則和標準，而應該尋找新的無線方案以適應具體的鐵路環(huán)境和基本運行需求。一旦GSM-R在歐洲成為列車控制系統（TCS）的無線通信載體時，尋求這種新方法就顯得更加重要。

為什么會出現不同的GSM-R無線方案

用更少的頻率。這并不是最大的障礙，因為通常鐵路GSM-R網絡本質上是線性的。在鐵路網的大部分區(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，由于可能會干擾到臨近線路，很難實現頻率復用方式。

成功的GSM-R無線方案的關鍵因素

與GSM一樣，GSM-R是蜂窩無線網絡，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)域或蜂窩構成。這種網絡的優(yōu)點在于可以使無線覆蓋有目標的覆蓋到指定區(qū)域。在使用公共蜂窩網絡的情況下，通常需要無線覆蓋越過地理區(qū)域，形成二維單元模型。每個基站通道或頻率由不同字母表示。如果頻率的數量有限，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網絡，蜂窩模型是線性的而不是二維的。規(guī)劃這種網絡的規(guī)則有所不同，特別是與商業(yè)運營相比，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、調車區(qū)域。

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

鐵路運營約束條件對確定無線方案也有很大影響。GSM-R的主要應用之一就是提供安全通信，即用于列車司機和調度人員之間的安全通信，該調度人員負責控制在線路的一個或多個區(qū)段運行的所有列車。GSM-R考慮到了位置尋址，這意味著列車司機不需要知道負責具體線路的調度人員的電話號碼。呼叫是根據列車首次呼叫的源小區(qū)而自動發(fā)送到相應的調度人員。這樣做的優(yōu)勢在于列車司機只需按下按鈕而不必考慮列車的位置，即可接通相關調度人員。為實現這項功能，無線小區(qū)邊界需要和調度管界一致。

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

（1）鐵路線路的準確位置以及鐵路用地的邊界。

（2）考慮作為可能的GSM-R站點的既有結構準確位置。

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

（4）鐵路沿線所有點所需的無線流量。

（5）線路速度、方向以及鐵路各區(qū)段線路的數量。

（6）哪條線路裝備了ETCS系統。

（7）鐵路緊急呼叫的地理邊界（已經經過初始化的GSM-R鐵路緊急呼叫包括在預定區(qū)域內所有列車和負責該區(qū)段線路的調度人員。為了減少對鐵路運營的影響，需要仔細定義這些區(qū)域。）

為了進行計算，所用的無線預測工具需要一個或多個傳播模型、地形和多種數據庫。為了能夠準確預測，所用的模型針對鐵路環(huán)境可以進行校正。其中包括在執(zhí)行無線方案前，在各種類型的鐵路環(huán)境下運行測試列車。一旦采用了足夠多的樣本，就可以通過對計劃工具的預測內容和測量結果進行比較來校正模型。如果使用了半確定式模型，則不需要通過測量來驗證最終無線方案。如果使用了經驗模型，現場60%～80%的部分需要利用試驗列車進行測量，以確保GSM-R可以在實際運營中正常工作。

地形和多種地圖數據庫的選擇也是確保高效并準確執(zhí)行無線方案的關鍵。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測顯示的結果要比現實略差一些。實際上，與使用高分辨率地圖相比，使用低分辨率地圖可能會導致無線基站數量的增加。對于GSM-R方案而言，認為50 m屬于低分辨率而5 m屬于高分辨率。

圖1顯示了當使用高分辨率數據時，半確定式模型的精度。可以看出當列車沿線運行時信號強度的變化。當列車接近無線基站時，信號增強。灰色線條表示利用半確定式模型預測的信號強度。黑色線條表示從測試列車接到的實際測到的信號強度。這兩條線非常靠近。預測中這種置信水平意味著驗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量的基站。

結論

GSM-R的無線方案需要仔細闡述每個應用程序的服務質量等級。預測工具必須足夠靈活，使其數據庫的精度可以根據特殊的鐵路線路地形而變化。根據鐵路的不同規(guī)模和復雜性，GSM-R網絡總成本的最重要決定因素與無線基站的布置有關。一個差的無線方案雖然可用，但是可能要付出比原來計劃多得多的成本。通常的無線規(guī)劃費用大約是總項目成本的1%～5%，這可作為GSM-R項目成本控制的最好形式。