兩種適用于GSM—R系統的無線傳播損耗模型的分析與比較

摘 要：隨著相關單位對我國鐵路GSM-R系統的深入研究，提出兩種新的適用于GSM-R系統的無線傳播損耗模型。文章首先介紹了這兩種新模型；其次對這兩種模型進行分析，提出對兩種模型的解釋，指出應用中需要特別注意的問題；最后對兩種模型在相同電波傳播場景下的預測結果進行比較，指出差異。

關鍵詞：無線傳播損耗模型；傳播環境；GSM-R；對數距離損耗模型；Okumura-Hata損耗模型

引言

在我國鐵路GSM-R系統設計中，既有宏蜂窩傳播預測模型的預測結果與實際測量結果存在較大的差異。國內兩家鐵路科研單位，對我國多條已開通的客運專線進行實地無線電波傳播損耗測量，各自提出適合我國鐵路GSM-R系統設計的無線傳播損耗模型。文章針對這兩種模型進行分析與比較。

1 模型簡介

1.1 B單位模型

B單位將我國鐵路電波傳播環境分為9大類，見后續。其中隧道一般利用漏泄同軸電纜覆蓋，不需要進行場強預測。其他的8類環境，B單位以Okumura-Hata模型[1]為基礎，經擴展后形成每種場景下的電波傳播模型。B單位對8種典型場景的地貌特征定義如下：城區特指典型的大、中型市區；郊區特指典型的小型城市，鄉、鎮、村落，以及非平坦、非開闊區域的郊野；鄉村特指典型平坦地表上開闊的郊野區域；平原高架橋特指在平原地帶軌面置于10～30m高的高架橋之上的區域；路塹特指在不平坦地帶為保證軌面平整所開鑿的U型槽區域；車站特指鐵路線中出現的大、中、小型客運站；山區特指高速鐵路途經的鐵軌兩側存在起伏山丘的區域；河流特指在鐵軌兩側徑向有效區域內有大片湖泊水域，或有河流。

2 模型分析

2.1 B單位模型分析

B單位模型中具體傳播環境對電波傳播損耗的影響集中于不同場景中的與參數。該模型應用于工程計算中稍顯復雜，但具有匹配典型傳播場景的特點。公式1在各變量的取值范圍內以及？駐1與？駐2的各類組合中，均為單調遞增函數，表示無線電波隨距離的增加其路徑損耗不斷增大，符合電波傳播的物理特征。經數值計算，各場景下電波傳輸損耗之間的差異是顯著的。傳輸損耗最小的為車站場景，傳輸損耗最大的為山區場景，兩者在5km處的傳輸損耗差異可以達到約20dB。

2.2 T單位模型分析

T單位模型使用較為簡便，但模型自由度不夠豐富。公式（2）、（3）在變量的取值范圍內為單調遞增函數，在表達式上，與對數距離路徑損耗模型[2]吻合。經數值計算，假定系統能夠承受130dB的傳輸損耗，T單位鄉村場景模型下，傳輸距離約為5km左右，接收電平可以存在約3.46dB的方差；高架橋場景模型下，傳輸距離約為7.5km左右，可以存在約3.83dB的方差。

3兩個模型的比較

圖1中對比了B單位與T單位鄉村及高架橋兩個場景的傳輸模型曲線。從圖中可以看出，T單位模型預測的曲線，整體傳輸損耗明顯高于B單位模型，但兩條曲線的形態基本一致。從圖中可以看出，T單位模型對場強的預測較為保守，B單位更為樂觀。但兩者哪個更貼近實際還需要實測數據的支持。

4 結束語

B單位模型自由度較高，將地形分為八個不同典型場景后，除山區場景特殊外，其他七個場景的模型都較為合理。T單位模型自由度較少，但其應用更方便。兩種模型均從鐵路的實際測量數據中總結，各自也都有對應的原始模型做理論支撐，兩個模型各具特點。至于哪個模型可以更好的預測具體某條鐵路的實際情況，還需要更多的測試數據的支撐。我國幅員遼闊，或許存在在不同地域，兩個模型各有針對性的情況發生。

參考文獻

[1]Hata，Masaharu. Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology.Vol.VT-29.No.3.pp.317-325，1980，8.

[2]楊大成.移動傳播環境-理論基礎、分析方法和建模技術[M].北京：機械工業出版社，2003.