鐵路GSM-R移動通信系統容量設計

寧偉

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司 陜西 西安 710043）

我國鐵路無線通信系統主要采用GSM-R數字移動通信系統[1]。作為鐵路通信網絡的重要組成部分，鐵路無線通信網必須滿足鐵路運輸各項服務需求，系統容量是否滿足所有用戶需求就成為系統設計必須要注意的問題。

1 GSM-R系統業務分類

GSM-R系統主要包括話音和數據業務，語音包含系統內用戶的所有話音業務，數據包含電路域數據和分組域數據，各類型[2]情況如表1所示。

2 話 音

鐵路話音模型分為個呼、組呼廣播呼叫3類。話音模型參數取值是在系統運營過程中，經過大量數據統計分析得到的，當無可用話務量參數時，移動用戶的忙時話務量可參照《鐵路GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定》中給出的數值[3]。

表1 GSM-R系統業務分類Tab.1 Classification of GSM-R system

2.1 個 呼

1）參數取值

車站通過列車：0.5Erl/列車；

車站?？苛熊嚕?.167Erl/列車；

車站地面用戶：0.015Erl/用戶；

編組站列車：0.5Erl/列車；

編組站地面用戶：0.5Erl/用戶；

區間通過列車：0.5Erl/列車；

區間通過列車：0.5Erl/列車[4]。

2）計算公式

個呼話務量計算公式為：

公式中E為個呼總話務量，N為個呼用戶種類，i為第i種用戶，Ai為第i種用戶數量，Bi為第i種用戶單位時間內呼叫次數，Ci為第 i種用戶平均呼叫時長（S）[5]。

2.2 組 呼

1）參數取值

車站通過列車：0.5Erl/列車

車站?？苛熊嚕?.167Erl/列車

車站地面用戶：0.084Erl/用戶

編組站列車：0.167Erl/列車

編組站地面用戶：0.11Erl/用戶

區間用戶：0.05Erl/列車

2）計算公式

計算組呼話務量時，組呼業務的信道數量隨系統狀態及組呼發起者的不同而有差異，假定調度員發起時需要n個信道，非調度員發起時需要m個信道，不同發起者發起組呼的幾率也不同，假定調度員主叫占P%，非調度員主叫占（1-P%）。

組呼話務量計算公式如下：

公式中E為組呼總話務量，N為組呼用戶種類，i為第i種用戶，Ai為第i種用戶數量，Bi為第i種用戶單位時間內呼叫次數，Ci為第 i種用戶平均呼叫時長（S），[n×P%＋m×（1-P%）]為話音權值。

2.3 廣播呼

1）參數取值

車站通過列車：0.033Erl/列車

車站?？苛熊嚕?.011Erl/列車

車站地面用戶：0.006Erl/用戶

編組站列車：0.167Erl/列車

編組站地面用戶：0.11Erl/用戶

區間用戶：0.05Erl/用戶

2）計算公式

廣播呼叫的容量和組呼相類似，假定調度員發起時需要n個信道，非調度員發起時需要m個信道，調度員主叫占P%，非調度員主叫占（1-P%）。

廣播呼話務量計算公式如下：

公式中E為廣播呼總話務量，N為廣播呼用戶種類，i為第i種用戶，Ai為第i種用戶數量，Bi為第i種用戶單位時間內呼叫次數，Ci為第 i種用戶平均呼叫時長（S），[n×P%＋m×（1-P%）]為話音權值。

2.4 各種用戶的數量確定

話音業務各種用戶的數量可按以下方法確定：

1）車站通過列車

假定基站覆蓋范圍，根據列車運行時速和追蹤間隔計算通過列車數量。

2）車站?？苛熊?/p>

根據到發線數量確定?？苛熊嚁盗?。

3）車站地面用戶

按照車站內勤、外勤移動人員每班工作人數確定。

4）編組站列車

根據編組站實際工作的列車數量統計。

5）編組站地面用戶

根據編組站實際工作的地面人員統計。

6）區間通過列車

假定基站覆蓋范圍，根據列車運行時速和追蹤間隔計算通過列車數量。

7）區間地面用戶

通過了解各工種在區間的工作人數確定，也可假定基站覆蓋范圍，每公里按一定人數考慮。

綜上，即可得到話音業務話務量的總和，按取定的話務呼損率，查愛爾蘭B表，可求出語音業務需要的信道數量。

3 數 據

鐵路GSM-R系統數據用戶模型包括電路域數據和分組域數據兩類，分別實現鐵路列車調度指揮和列車運行安全監控業務。

3.1 電路域數據

目前，基于電路域實現的數據業務主要包括調車機車信號和監控業務、列控業務和機車同步操控業務[6]。

1）調車機車信號和監控業務

數據流量小于2.4 kbit/s/調機，占用1信道/調機。

2）列控業務

數據流量小于2.4 kbit/s/列車，占用1信道/列車，在兩個RBC交界處，占用2信道/列車。

3）機車同步操控業務

需要的信道數量隨列車編組方式不同而不同，4×5 000噸方式需要4個信道，2×1萬噸方式需要3個信道。

3.2 分組域數據

目前，基于GPRS實現的業務主要包括調度命令、列尾信息、車次號信息，數據流量為104.96 kbit/h/列車，結合一個基站覆蓋范圍內的列車數量，可計算需要的數據流量，進而確定GPRS業務需要的信道數量。

4 容量計算

目前我國鐵路大部分列車運行時速小于200 km/h，列車追蹤間隔15 min，基站覆蓋范圍6～8 km，結合話務及數據業務分析對車站基站、區間基站、編組場基站容量進行計算。

4.1 車站基站容量計算

車站基站容量計算如表2所示。

表2 車站基站容量計算Tab.2 Calculation of the station BTScapacity

語音話務量4.448Erl，數據信道7 Erl，呼損取0.5%，查愛爾蘭表得知語音需11個信道；數據信道7個，控制信道2個，語音和數據總信道20個，所需基站容量為3個載頻。

4.2 區間基站容量計算

區間基站容量計算如表3所示。

表3 區間基站容量計算Tab.3 Calculation of the section BTScapacity

語音話務量0.882Erl，呼損取0.5%，查愛爾蘭表得知語音需5個信道；數據信道9個，控制信道2個，語音和數據總信道16個，所需基站容量為2個載頻。

4.3 編組場基站容量計算

編組場基站容量計算如表4所示。

語音話務量6.880Erl，呼損取0.5%，查愛爾蘭表得知語音需15個信道；數據信道6個，控制信道2個，語音和數據總信道23個，所需基站容量為3個載頻。

表4 編組場基站容量計算Tab.4 Calculation of the Marshalling yard BTScapacity

由于目前我國鐵路編組場調車作業利用GSM－R網絡實現的方式還未確定，因而不好確定話務量，需要進一步完善，表4中用戶的話務量不包括調車作業產生的話務量。

5 結 論

文中以列車運行時速小于200 km/h，列車追蹤間隔15 min，基站覆蓋范圍6～8 km為前提，通過對車站、區間及編組場3種鐵路場景分析，經計算可知，車站基站和編組場基站加載3個載頻、區間基站加載2個載頻可滿足用戶需求。該計算方法可對列車運行時速大于200 km/h，列車最小追蹤間隔5 min，基站覆蓋范圍3～4 km的高速鐵路GSM－R移動通信系統容量設計提供參考。

由于我國不同的鐵路線路，因運輸性質、業務種類的不同，其話務模型及數據模型存在差異。在進行GSM－R移動通信系統設計時，應根據不同鐵路等級及特點，正確統計所有用戶業務需求，分析不同業務模型和用戶類型，合理選擇相關參數取值，結合相應的計算方法，對系統容量進行預測計算，確保GSM－R移動通信系統容量滿足系統內所有用戶需求。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10086－2009鐵路數字調度通信系統及專用無線通信系統設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB/T 3324－2013鐵路數字移動通信系統（GSM－R）總體技術要求[S].北京：中國鐵道出版社，2013.

[3]中華人民共和國鐵道部.中國鐵路GSM－R移動通信系統設計指南[S].北京：中國鐵道出版社，2008.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2007]92號 鐵路GSM－R數字移動通信系統工程設計暫行規定[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[5]郭梯云.移動通信[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006.

[6]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.新豐鎮編組場GSM－R數字移動通信系統方案研究報告[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2009.