GSM-R無線網絡覆蓋方案的比較與分析

河南禹亳鐵路發展有限公司 孫艷花 韓海玲西安科技大學理學院 孫 睿河南禹亳鐵路發展有限公司 常棟棟

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GSM-R無線網絡覆蓋方案的比較與分析

河南禹亳鐵路發展有限公司 孫艷花 韓海玲
西安科技大學理學院 孫 睿
河南禹亳鐵路發展有限公司 常棟棟

【摘要】本文著重介紹了GSM-R無線覆蓋的三種方式，通過對三種覆蓋方案的比較可知：單基站覆蓋容災能力最差，交織站址冗余覆蓋容災能力最強，但投資成本較高，目前廣泛使用的是同站址雙網冗余覆蓋。

【關鍵詞】GSM-R；單基站覆蓋；同站址雙網冗余覆蓋；交織站址冗余覆蓋

1　GSM-R技術特點

GSM-R（GSM for Railway）專用移動通信系統是專門為鐵路通信而設計的，它是在GSM系統提供的基礎設施平臺及語言呼叫業務的基礎上開發出來的針對鐵路部門的特定應用。其中，語言業務包括組呼和廣播，調度業務包括功能尋址、列車控制等。

在GSM系統中，網絡采用蜂窩網覆蓋方式。而在GSM-R系統中，典型的網絡結構是帶狀覆蓋[1]；在業務量較大但速度要求較低的區段內采用扇區覆蓋，在人口稀少的農村地區采用全向小區覆蓋。GSM-R無線網絡覆蓋主要有三種方式：單基站覆蓋、同站址雙網冗余覆蓋和交織站址冗余覆蓋。

2　單基站覆蓋

單基站覆蓋是GSM-R系統的子單元，是一種最基本的覆蓋方式，其結構如圖1所示，基站設置在鐵路沿線，形成沿鐵路方向的橢圓形小區。

圖1　單基站覆蓋

單基站覆蓋和正常的GSM網絡基站沒有區別，就是一個小區一個基站，該方案的缺點是小區覆蓋半徑小、過于密集，越區切換頻繁。越區切換時，一旦切換失敗，將會造成掉話或數據鏈路中斷，頻繁的越區切換將會影響系統的性能。因此，在工程建設中單基站覆蓋方式一般不予采用。但單基站覆蓋作為一種最基礎的覆蓋形式，對于研究其他方式的網絡覆蓋具有指導意義。

3　雙網冗余覆蓋

3.1同站址雙網冗余覆蓋

同站址雙網冗余覆蓋是指兩套完全相同的基站設置在同一站點，這兩套基站具有相同的覆蓋半徑，每套基站單獨形成一層網絡，如圖2所示，一套基站控制器控制一層網絡[2]。

圖2　同站址雙網冗余覆蓋

同站址雙網冗余覆蓋采用一個站址兩個基站的覆蓋方式，同站址的兩張網絡互為冗余，如果其中一個基站出現故障，移動臺可以迅速切換到另一個網絡上繼續進行通信，其安全性較高，QoS性能有保障，一個基站故障不會造成GSM-R系統的服務中斷。

同站址基站可以共用配套設施，相對于單基站覆蓋，同站址雙網冗余覆蓋避免了單基站故障引起的鏈路中斷，可靠性更高，但其網絡規劃復雜，建設成本高。如果某一站址發生自然災害，同一站址的兩個基站都會遭到破壞，同樣會造成傳輸中斷[3]。

3.2交織站址冗余覆蓋

交織站址冗余覆蓋，它是在兩個連續的單基站中間又設置了一個基站，其結構如圖3所示，這種方案相當于在原單基站網絡覆蓋的基礎上交叉覆蓋上了另一層網絡，大大增強了單基站無線網絡的覆蓋性能。

圖3　交織站址冗余覆蓋

交織站址冗余覆蓋比較突出的優勢在于，不同基站重疊覆蓋，接入網安全性能更高，避免了單點故障，如果某地小范圍內發生自然災害，其中一層網的設備遭到破壞，另一層網的設備將繼續提供服務，仍能保證GSM-R系統的正常工作。但此方案也存在一系列問題：頻率利用率低，參數設置復雜，可能發生頻繁切換，QoS服務性能下降。

4　兩種冗余覆蓋方案比較

4.1頻率規劃比較

GSM-R工作頻段采用900MHz，頻率帶寬共4MHz，上行頻段為885MHz～889MHz、下行為930MHz～934MHz[4]，頻率按等間隔劃分，共有21個載頻，頻道號為：999～1019，除去最低的和最高的作為保護間隔，實際可用的頻道號為1000～1018。中心頻率與頻道號之間的關系為：

正常工作中，為避免鄰頻干擾，相鄰基站載頻間至少要滿足40dB的隔離度。根據GSM規范400kHz頻率間隔可以獲得41dB的隔離度，故相鄰基站之間的頻率間隔至少為400kHz。由于交織方案中基站密集，相鄰基站需要滿足600kHz保護寬帶才能避免干擾，而采用同站址方案則僅需要滿足400kHz就能達到要求。相比較而言，傳送相同的業務交織方式要犧牲更多的帶寬，占用更多的頻率資源。

4.2性能比較

同站址雙網冗余覆蓋相對交織站址冗余覆蓋有如下優勢：主備層網絡特性基本一樣，進行網絡設計時可以只進行主用層網絡的設計；網絡結構簡單，參數設置工作量相對較小；并且可以共用站點機房、鐵塔、傳輸設備等設施，建設成本低，但是其容災能力沒交織站址冗余覆蓋強。

4.3經濟性比較

同站址方案可以共用站點、鐵塔、機房、基站控制器等設施，而交織站址方案這些設施需要獨立設置，并且還需要增加傳輸設備、移動交換機等控制設備，同站址方案與交織站址方案相比在建設成本方面存在優勢，并且建設里程越多，其低成本優勢越明顯。

5　結束語

本文通過比較三種GSM-R無線網絡覆蓋方案可知：單基站覆蓋是一種最簡單的覆蓋方式，其容災能力最差；雙網冗余覆蓋可靠性較強，其中同站址雙網覆蓋具有參數設置簡單、所需站點數目少、共用配套設施、建設成本低等優點，但是易受自然災害的影響。交織站址覆蓋方案具有較強的抗災能力，一層網絡遭到破壞，系統將會切換到另一層網絡上，不會影響GSM-R系統的正常工作。但是此方案采用的基站較多，站間距離較小，密集的重疊覆蓋會帶來頻繁切換，切換頻繁易造成傳輸中斷，其QoS性能也大受影響。因此，在工程建設中，這兩種方案應根據實際情況擇優選用，正常路段為節省投資可以采用同站址雙網冗余覆蓋方式；復雜路段為保證GSM-R系統的可靠性可以采用交織站址冗余覆蓋方式。

參考文獻

[1]王玲玲.國內外GSM-R的最新發展[J].世界電信,2003(11):14-15.

[2]鐘章隊,艾渤,劉秋妍 等.鐵路數字移動通信系統(GSM-R)應用基礎理論[M].北京交通大學出版社,2009.

[3]馬君,黃吉瑩,鐘章隊等.GSM-R雙層網絡的設計與應用[J].電氣化鐵道雜志社,2006(08):45-48.

[4]GSM-R Operators Group.UIC Project EIRENE System Requirement Specification V.15.2006.

孫艷花（1985—），女，安徽宿州人，碩士，研究方向：無線通信。

作者簡介：