GSM-R无线通信

GSM-R无线通信（精选9篇）

GSM-R无线通信 第1篇

GSM-R (GSM-Railway) 系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统, 主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能, 可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道, 并可提供列车自动寻址和旅客服务。至今我国已经成功在青藏铁路、厦深高铁、广深港高铁、大秦线、胶济线、武广线、郑西线、石太线、合宁线、合武线、京津城际、京沪高铁等使用GSM-R技术。未来LTE将成为轨道交通宽带解决方案。

2 GSM-R系统车地通信中的主要问题及解决措施

2.1 多径干扰

铁路沿线, 车地间通信传输的无线电波常常受到地形和建筑物的影响, 产生反射现象。多个不同强度、不同时间、不同相位的信号传输到接收机, 使接收到的信号幅度剧烈变化, 引发多径衰落。当多径数目很大时, 不同的反射波叠加在一起, 随着反射系数和路径差的变化而变化, 有可能同相相加, 也可能会反相抵消, 与两径传播的原理相同。

图中A是基站, B是移动台, 叠加场强E与基站发射场强E0、地面反射系数R、基站发射无线电波相位 φ以及两条路径的相位差△ φ 有关。hb是基站的高度, hm是移动台的高度, d是基站与移动台之间的水平距离, c是无线电波的传播速度, f是无线电波的频率。两径信号传输的相位差为 ΔΦ,

车地间无线通信中抗多径衰落可以使用RAKE接收机。设输入多径信号r (t) , 经同步捕捉/ 跟踪模块完成信号的分路, 多径信号被分成N个独立信号。这N个信号经过RAKE的N条支路进行解调, 并做加权处理, 加权系数为k1、k2至kN。接收机利用合并技术得到加强信号Zout, 抑制了多径衰落对车地间通信的影响。

2.2 多普勒频移

多普勒频移可以采用下式计算:

抑制多普勒频移可以采用两次补偿多普勒频偏矫正法。该方法频率矫正精度高, 对于高速铁路列车, 车载设备得到列车的位置信息和运行速度信息, 这样可以预先计算出多普勒频移。然而, 此时计算出的多普勒频移与实际的频移有偏差, 与多普勒频偏相比, 数值很小, 适合利用频偏估计矫正法进行二次矫正。可通过差分大频偏估计算法、最小二乘频偏估计算法和最大似然频偏估计算法进行矫正。

2.3 电波传输损耗

为了减少绕射损耗对车地间无线通信的影响, 在地形起伏较大的地区选择适当的无线通信手段, 如泄漏同轴电缆配合无线直放站进行弱场覆盖;对基站的建设进行合理规划, 使绕射损耗对车地间通信的影响最小化。可通过建立损耗预测模型, 对损耗进行估算, 做适当修正。

3 GSM-R系统工程设计

3.1 场强覆盖预测

Okumura-Hata模型是铁路GSM-R系统覆盖预测的常用模型, 用该模型计算传播路径损耗比其他模型更接近实测结果。Okumura-Hata模型传输损耗计算如下:

3.2 链路计算及频率配置设计

铁路GSM-R系统要求, 同频干扰保护比为C/Ic ≥ 12d B, 间隔为200k Hz的邻频干扰保护比为C/Ia ≥ -6d B, 间隔为400k Hz的邻频干扰保护比为C/Ia ≥ -38d B。为了减少干扰, 要求同小区载波最小间隔至少600k Hz, 邻小区最小频率间隔为400k Hz。

根据GSM-R系统的工作频段, 计算后可以明显看出, 传输损耗从大到小的地区依次是:中小城市、郊区和农村准开阔地。在不同地区, 对场强覆盖进行设计时要采用不同的设计参数。

3.3 多径衰落、多普勒频移仿真

3.3.1 带有多径和多普勒频移的传播 (见图2)

最大多普勒频移为250Hz, 多径数N=10 时, 接收信号包络随时间的变化如图, 包络A可由以下公式确定:

此处, 瑞利衰落是由无主径的多径衰落和多普勒频移相结合产生的, 接收信号幅度出现剧烈波动, 严重影响通信质量, 误码率大大提升。

3.3.2 瑞利衰落误码率比较 (见图3)

引入瑞利衰落以后, 误码率有较大的升高, 对接收机接收信号有很大影响, 严重影响通信质量。综合对多径和多普勒现象的所有仿真表明, 在接收机上使用抗多径衰落和抗多普勒频移的技术十分必要。为了保障列车运行安全, 必须保证车地间通信的可靠性, 多径和多普勒现象是必须要考虑解决的问题。

4 结语

目前在我国采用GSM-R系统进行列车控制和列车调度的干线、客运专线增多, 但总体普及水平不高, 大多数地区的铁路信号系统依然基于轨道电路。随着高速铁路发展, 采用GSM-R的干线将会更多, 将轨道电路和无线通信并存应用于铁路信号系统中, 对行车安全和铁路信息化建设会有很大意义。

摘要：移动通信技术发展日新月异, 从最初的第一代模拟通信到现在广泛商用的4G技术, 其应用领域已深入到各行各业。近年来我国轨道交通建设迅速, 研究开发基于无线通信的铁路通信系统十分必要。基于此, 介绍了GSM-R列车运行控制系统, 对GSM-R系统车地通信中遇到的传输损耗、多径衰落、多普勒频移给出了工程计算及仿真测试。

关键词：GSM-R,场强覆盖,列车运行控制

参考文献

[1]刘金虎.铁路专用通信[M].北京:中国铁道出版社, 2005:11.

GSM-R无线通信 第2篇

GSM-R技术在中国铁路通信系统中的应用

简要介绍了GSM-R技术,分析了GSM-R系统构成,探讨了GSM-R技术在中国铁路通信系统中的应用.

作 者：杨锐 作者单位：北京交通大学,北京,100044;北京铁路通信技术中心,北京,100038刊 名：科技情报开发与经济英文刊名：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY年，卷(期)：20(10)分类号：U28关键词：GSM-R 铁路通信系统 通信业务 列车控制业务

GSM-R无线通信 第3篇

关键词:GSM-R;路由;专网

中图分类号:TN929.53文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)18-0110-01

1网络现状

1.1GSM-R网络与PSTN铁路专网互联现状

目前GSM-R网络与PSTN专网互联情况如下:北京、武汉、西安、济南、广州、太原、西宁、拉萨MSC已与当地PSTN铁路专网互联。

1.2PSTN专网网络现状

铁路专用电话交换网长途网由一级交换中心DC1和二级交换中心DC2组成。①DC1设置在铁道部、铁路局所在地,其主要职能是汇接所在铁路局的局间及局内长途来去话务。铁路专网长途网DC1分成六大汇接区,每个汇接区所在地的DC1称为核心DC1,其它DC1称为非核心DC1。②DC2设置在铁路专网本地网,其主要职能是汇接所在本地网的长途来去话务及本地话务。DC2按照汇接区域与其所属的DC1设置电路。DC2分两层,原铁路分局所在地DC2称为核心DC2,其它DC2称为非核心DC2,核心DC2也同样实现双归属连接。

2GSM-R网组网规划

{1}按照铁道部规划,未来将在全国18个铁路局设置MSC,包括拉萨的MSC,全国共19个MSC。GSM-R网络分两级结构组网,分别是TMSC和MSC。TMSC:移动汇接中心,其主要职能是汇接所在铁路局的局间及局内长途、本地来去话,汇接所在汇接大区MSC的长途来去话。MSC:移动交换中心,其主要职责是汇接所在铁路局的局间及局内的长途和本地来去话。各MSC均归属于某一TMSC汇接大区,并与本大区的TMSC间设置直达电路。{2}HLR。按照铁道部规划,未来全国仅设置一个HLR在北京,武汉设置异地备份HLR设备。但现网中目前运行着4个HLR,分别设置在北京、济南、太原、西宁。

3GSM-R网络与铁路专网互联路由设置方案

3.1GSM-R用户呼叫铁路专网PSTN用户

①用户拨号方式:901+专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码,拨号位长:10-12位。

②网间码号传递方式及路由方案:各MSC制作字冠分析数据:901分析位长3位;第一路由设置:发端MSC分析字冠901,删除901后,经MSC与本地PSTN专网交换机间过网电路,送往铁路专网;由铁路专网根据其既有路由规则,接续至被叫用户。过网码号格式:专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码。

③第二路由设置:TMSC局点。第一路由故障时,发端TMSC局点将呼叫指向备份TMSC局点,码号传递方式为:901+专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码;备份TMSC删除901后,将路由指向本地PSTN专网。过网码号格式:专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码。

为了避免路由震荡,备份TMSC局点须遵循一次路由迂回原则。即对于经发端TMSC转接来的呼叫,仅允许通过备份TMSC局点与本地专网PSTN交换机间过网电路进行转接,不允许将该类呼叫再转接至第三方MSC或指回发端TMSC局点。当备份TMSC交换机过网电路也出现故障时,应按照应急情况手动设置路由。

MSC局点。第一路由故障时,发端MSC局点将呼叫指向归属TMSC局点,码号传递方式为:901+专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码;由TMSC按照其路由规则完成后续接续。

3.2铁路专网PSTN用户呼叫GSM-R用户

①用户拨号方式,0+1498XXXXXXX。②网间码号传递方式及路由方案:各铁路专网交换机制作字冠分析数据:0+1498,分析位长:4或3位。

第一路由设置:发端铁路专网交换机分析0+1498,将路由指向所对应的MSC,过网号码格式统一为:1498XXXXXXX。第二路由设置:第一路由故障时,发端铁路专网交换机将路由指向对应MSC所归属TMSC所在地的铁路专网交换机,码号传递格式:0+1498XXXXXXX;后续各转接交换机按照0+1498进行路由,路由原则比照现有铁路专网路由规范执行;终端铁路专网交换机分析0+1498后,经与本地TMSC间过网电路将呼叫指向TMSC。过网号码格式: 1498XXXXXXX。

4结 语

随着铁路客运专线的快速建设,合理的设置铁路专用GSM-R移动通信系统与既有铁路专网的互联方式和路由将会提高铁路运输通信的安全性。

参考文献:

[1] 钟章队.铁路数字移动通信系统(GSM-R)应用基础理论

GSM-R无线通信 第4篇

自1992年GSM-R技术在法国、德国和意大利组建试验网以来, 经历10多个春秋。目前, GSM-R网络从欧洲逐步蔓延到包括中国、俄罗斯、印度、澳大利亚等在内的30多个国家。

尽管GSM-R技术取得了蓬勃发展, 但该技术发展的步伐与整体市场的巨大发展形成了强烈反差, GSM-R技术和公众无线网络技术差距日益拉大。无线宽带数据业务需求的爆发性增长, 使得以多载波功放技术、分布式基站技术, 以及IP化为代表的技术成为公众无线网络的应用主流, 传统GSM网络逐步向3G网络和LTE网络演进已大势所趋。

信息化的浪潮席卷而来, 人们寻求无所不在的无线宽带接入, 人们在乘坐高速列车时也不例外。与此同时, 列车运行调度指挥和控制智能化的进一步发展, 也要求更多的列车实时监控数据能准确及时地传输到地面控制中心。尽管乘客的无线宽带接入需求与列车运行控制无线数据传输的需求性质不同, 对无线传输系统的带宽、安全、稳定性的要求也不尽相同, 但从投资效益的角度来看, 建设既能满足铁路专网调度、列控和各种宽带数据业务, 以及相关安全性需求, 又能满足乘客无线宽带业务需求的网络势在必行。

2 探索

许多厂商、公网运营商和铁路公司为满足铁路乘客无线宽带接入需求, 在车-地宽带无线通信技术领域进行了很多有益尝试。车载直放站技术、漏泄电缆技术、卫星通信技术、3G和准4G技术及各种长、短距离宽带无线通信技术等在高速列车环境进行过相关试验。

欧洲联盟牵头的移动宽带全球连接系统 (MOWGLY) 项目旨在解决宽带接入卫星架构发展、部署和演进过程中的重大技术课题, 方案采用卫星传输实现部分列车VIP客户或列车运行控制重要数据的车-地传输。该方案优点在于无需布设轨道沿线的基站, 可节省部署成本。但卫星链路带宽较低, 租赁费用较为昂贵, 另外在一些隧道和阴影区域无法使用卫星链路, 必须借助于其他陆地通信网络作为备份。因此, 比较有效的思路是将卫星传输和其他陆地宽带无线接入手段进行融合, 两者互为补充和备份。

为解决列车高速移动带来的多普勒频偏和信号快衰落, 克服列车的高车体穿透损耗, 有的厂商采用车载直放站技术或在轨道沿线铺设漏泄电缆的解决方案。如日本新干线N700项目, 全程采用漏泄电缆将WiFi基站的信号覆盖到列车车厢, 由于泄漏电缆造价比较昂贵, 一般只适用于隧道较多的应用场合 (如地铁等) 。

另一种比较主流的方案是在车厢内安装多制式融合的有线无线宽带一体化接入系统, 通过车载天线和轨道旁基站的无线通信, 完成车-地宽带数据的回传。包括3G, LTE, WiMax等在内的哪几种宽带无线技术更适合作为车-地宽带无线回传技术, 到目前为止没有统一认识。

目前, 采用TD-LTE技术研究高速铁路宽带通信, 对多普勒频偏补偿技术、高速无线传播环境下的多输入输出天线 (MIMO) 性能提升等关键技术进行研究已取得重大突破。TD-LTE频偏估计和补偿算法, 能准确地跟踪TD-LTE协议 (高速铁路模型) 规定的正负1 150 Hz (对应车速496.8 km/h) 的频偏跳变。针对铁路场景下多天线空间分集特性小、利用常规多天线空间分集进行MIMO传输性能差的问题, 提出采用双极化天线形式的MIMO技术, 并在TD商用网络中得到很好的验证和应用。这些技术的有效突破, 改变了对时分双工 (TDD) 方式不适于高速铁路的看法, 使TDD LTE技术成为我国高速铁路车-地宽带无线回传技术的一种可选方案。

此外, 国外也开展WiMax技术和频分双工 (FDD) LTE技术的研究和试验。无论未来采用哪几种技术, 最终都应考虑用户的全球无缝移动和接入需求, 以及异构网络的融合。

从铁路专网系统的技术演进路线看, 目前国际铁路联盟 (U I C) 已经明确将LTE-R作为未来GSM-R的演进方向, GSM-R将跳过3G技术直接向LTE-R演进。UIC的车-地通信研究小组发表最新研究结论, 称未来的车-地宽带无线通信应该与GSM-R的演进方向 (即LTE-R) 一起, 构成一个完整的独立网络。

3 分析与建议

为满足铁路通信需求并立足未来技术演进方向, 提出融合的Uni-R解决方案 (见图1) 。

融合铁路乘客宽带接入和列车专用业务接入的Uni-R车-地宽带无线通信系统包含车厢内有线无线接入系统、车-地无线回传系统及核心网系统。

车厢内的接入系统由路由器、各种多制式无线AP和有线接入单元组成。系统设计考虑整合各种异构无线接入网, 支持诸如WiFi, GSM, 3G等各种无线接入制式及各种车载设备 (如车载监控设备、机车台、车载安全计算机等各种业务终端) 的并发接入;由于不同业务对服务质量 (QoS) 、安全性等方面的要求有着明显差异, 因此必须能够实现完备的QoS策略和安全策略。

该方案中, LTE-R技术具有车-地语音和数据传输功能, 同时也作为车-地宽带无线回传网络进行使用。在我国未来LTE-R究竟采用FDD LTE技术还是采用TDD LTE, 仍处于讨论阶段。但选择技术时, 除需仔细评估该技术在列车高速移动场景下能否提供稳定的传输和足够的带宽, 是否能够有效地解决包括多普勒频偏、快衰落、信号干扰和频繁的跨站点切换等关键技术难题外, 还需考虑尽量能同时满足铁路专网运营和乘客公网接入的两方面需求, 尽量避免网络的重复建设, 节省设备和运维投资。此外, 还应考虑新技术和已建成的GSM-R网络之间的互操作、资源共享和平滑演进问题。2011年1季度, 基于SDR平台的FDD LTE/TD-LTE共站解决方案, 由中国移动通信集团公司、荷兰KPN德国子公司E-Plus进行联合测试。TDD/FDD统一的基站平台可使未来对TDD LTE和FDD LTE的抉择变得容易。

尽管我国关于TDD LTE和FDD LTE用于车-地宽带无线接入的研究刚刚起步, 但对于正在广泛部署的GSM-R网络来说, 有必要将GSM-R的平滑过渡和演进作为现阶段GSM-R网络建设的重点考虑内容。

(1) 全IP的网络结构成为未来有线和无线网络的发展趋势。对于传输承载网络来说, 建设全IP的承载网络将是未来车-地宽带无线通信系统的必然要求。目前, 我国铁路传输网络的建设基本采用传统同步数字体系 (SDH) 或基于SDH的MSTP技术, 在以语音业务为主兼有少量数据业务的应用中, MSTP是最佳的承载网解决方案。不过随着IP业务的比重增加, MSTP“接口分组化、内核电路化”的特点已不再适应未来需求, 传输设备必将由“分组的接口适应性”向“分组的内核适应性”演进。分组传输网 (PTN) 技术基于分组的架构, 继承了MSTP的理念, 融合了以太网 (Ethernet) 和MSTP的优点, 逐步成为行业内认同的, 适合电信级分组化的承载技术。目前各大主流移动运营商都开始建设适应未来发展的PTN网络, 进行传输骨干网的改造。为了更好地面对未来业务发展需求, 铁路系统的传输专网同样也要借鉴先进的技术和理念, 逐步加大对传输网络IP化改造, 以及核心网、接入网IP化改造的尝试和投入。

(2) 为了更好地适应GSM-R系统向未来的车-地宽带通信技术如LTE-R演进, 铁路行业应大胆借鉴公网移动运营商的经验, 积极进行分布式基站和基于多载波功放 (MCPA) 技术的软基站技术尝试和应用, 为后期GSM-R技术的平滑过渡和演进到LTE技术奠定基础, 并节省后期建设的成本。

(3) GSM-R设备制造商提出的分布式基站技术采用基带和射频相分离的原则, 在铁路沿线覆盖场景下相比传统基站方案无论在建设成本、覆盖效果等方面具有特别明显的优势。更为重要的是, 这种架构有效地适应了未来仅通过软件升级便能够从容将GSM-R技术过渡到LTE技术, 并完美实现两者技术的共存和统一, 节省硬件投资。目前公网运营市场已经广泛采用基于MCPA架构的软件无线电 (SDR) 基站或远端射频单元 (RRU) 进行组网, 并已开始应用支持MIMO的多模SDR基站。对于铁路GSM-R专网来说, 需要加快规模推广分布式基站技术的进度。

(4) 尽管与LTE技术相比, EDGE提供的带宽还比较低, 单载频提供速率只有480 kb/s, 但基于EDGE技术仍可实现许多列车自动监控、诊断数据、勤务服务和乘客服务等相关业务功能。EDGE技术已经非常成熟, 在铁路GSM-R系统中发展基于EDGE的中低速宽带数据业务, 可作为向未来LTE-R技术的过渡, 更可以充分发掘现有GSM-R网络的潜力, 实现效益最大化。

4 结束语

GSM-R无线通信 第5篇

1 GSM-R系统的内涵

1.1 GSM-R (GSMfor Railways) 系统

GSM-R是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能方面独一无二, 不仅仅具备原有的组呼与多优先级抢占和强拆业务功能, 尚且增加了位置寻址和功能寻址特点, 极大程度满足了铁路专用调度通信的需要, 在区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能方面游刃有余, 轻松地完成了列车自动控制, 顺利的为检测信息提供数据传输通道, 为列车、为旅客提供前所未有的周详的服务。

1.2 GSM-R分类

目前我国GSM-R技术规范体系包含综合类、系统类、工程类、设备类、应用业务类、设备测试类、接口技术要求及测试类共计7大类40项。该体系与国际技术规范体系基本上毫无二致, 有一些则根据我国的特有情况, 略有更改和变化。

1.3 GSM-R系统的网络结构

GSM-R系统一般由网络子系统, 基站子系统、运行与维护子系统等组成。

在我国, 铁路行车的特点是运输密集、行车情况复杂, 非列控数据传输数量庞大, 结果改进, 通用分组无线业务子系统取长补短, 将有线与无线调度的两网有机结合, 去粗取精, 有力的促进了系统的网络结构的精良。

2 GSM-R系统在铁路运输系统中的作用

2.1 实现运输指挥调度系统的语音及数据传送

GSM-R系统功能包含自动呼叫, 语音广播出类拔萃, 组呼业务高效无比, 追寻呼叫功能举世瞩目, 具备目前的全部无线通信系统功能。实现列车调度、工程施工、区间维修等移动通信能力, 应急抢险化险为夷, 区间通信畅通无阻, 充分的为铁路运输指挥提供了便利。

2.2 通信支持功能强大

传统的信号控制技术功能简单, 运行单一, 控制较为分散;改进后的信号控制技术具备智能化, 一改以前的独立性;GSM-R系统承担地面控制中心和移动机车之间车次号、列车位置及完整性信息、列车速度信息等控车信息的传输任务。

3 GSM-R系统的主要业务功能

通过GSM-R系统的功能寻址、基于位置寻址、组呼叫、广播呼叫等功能, 可以提供铁路运输指挥话音通信业务, 也可提供站场、应急、施工养护和道口等专用通信。这样使得铁路各级生产和管理人员能够实时共享全路范围内生产和管理领域的信息, 并且向社会实时提供铁路客货运及其他服务的信息。分类略述如下。

3.1 语音组呼业务

GSM-R语音组呼业务十分先进, 一点呼出, 多点接受, 彻底打破点对点的通信方式, 实现了通信革命, 通信简洁, 工作快速, 适合铁路发展的需要。

3.2 语音广播呼叫业务

实现编码信号传输, 同时具备点对点通信功能, 为行车调度提供最优良的服务。

3.3 增强多优先级与强拆业务

资源不足时, GSM-R自动进行资源抢占;此通信性能保证高等级呼叫或紧急呼叫的快速, 拥有强制能力, 符合无线列车调度通信的特点。

4 GSM-R系统技术发展方向

随着移动通信技术发展和第三代移动通信协议 (3GPP) 版本的不断升级, GSM-R系统技术发展方向首先是加快建成核心网络, 进一步优化系统资源配置, 其次是管好用好无线电频率资源, 达到高效利用, 降低一切信号干扰, 保证系统传输安全。

5 GSM-R系统新业务应用

5.1 智能网系统

GSM—R智能网为铁路提供专门的服务, 业务技术要求及信令流程简易, 对服务质量有较高要求, 对管理提供便利, 便于维护, 另外对主要设备技术要求等方面规定极其严格。

5.2 实现感应通信

感应通信信号强大, 解决了通信界一直以来困扰的盲区问题, 保证了通信的畅通无阻, 感应通信特点卓越, 投资不大, 施工简单, 便于维护, 使用明了, 效果佳, 符合使用要求以及我国路情、国情的特点。

GSM-R无线通信 第6篇

随着近10 年的铁路大发展,GSM-R系统作为我国城际铁路、高速铁路、客运专线的专用通信系统,承载中国高铁的CTCS-3 列车控制系统,是我国铁路通信系统的发展方向。我国自从2005年在大秦线建成GSM-R系统以来,取得了惊人的发展成就,截至目前,已建成GSM-R核心节点12个,GSM-R无线网络13000多公里。

GSM-R建网初期,发展速度快,建设周期短,路内对GSMR系统的认识也不够深入,网络规划和建设阶段均可能存在一些问题;铁路沿线的地理环境和电磁环境一直在发展变化;另外,随着设备使用时间的增长而逐渐老化,某些方面的性能将不可避免有所下降。上述原因都可能导致GSM-R通信质量下降,严重的还可能影响到铁路的正常运行,因此非常有必要对已投入使用的GSM-R系统进行网络优化。

网络优化要从交换、无线、传输等多方面入手,全面优化网络质量,本文着重讨论GSM-R无线网络的优化。

2 公网GSM网络优化与铁路GSM-R网络优化比较

公网GSM的用户数保持高速增长,网络采用蜂窝网状覆盖;而GSM-R系统在同一线路上的用户数基本固定或者增长较慢,网络基本采用线状覆盖。GSM-R网络的这些特点决定了其优化也具有自己的特点。

GSM-R网优的目的在于提高通信质量,保证铁路运输组织、控制的安全,公网网优的动力在于,提高通信质量,减少投诉,提高企业在行业内的竞争力,同时提高系统资源的使用效率,增加容量,增加收入;按照GSM-R维护规程的要求GSM-R网络的性能的测试和优化应该保持常态化,而公网多在网络扩容时或有较多投诉时启动对网络的优化。GSM-R优化段使用的手段也不太一样,如公网经常采用邻区关系调整来解决切换和掉话,而GSM-R的邻区关系则相对固定,不能随意调整;公网网络常常会采用网络分层来解决话务均衡问题,GSM-R则基本不用此手段。

虽然如此,但GSM-R的优化流程和方法与公网却是一致的,都遵循“测试→分析→调整优化→再测试→再分析→再调整优化”的反复循环过程。

3 GSM-R无线网络优化的一般方法

概括来说,对GSM-R的优化的基本方法是设备排障、网络测试和优化实施及验证。

具体说来,无线网络优化主要包括以下几个步骤:数据采集、数据分析、优化方案制定、方案实施和检验。

3.1 数据采集

数据采集包括OMC网管统计数据、路测数据、CQT测试数据、用户申告情况以及其它仪表的测试结果等,包括接通率、掉话率、切换成功率、场强、干扰、载干比、基站位置地图、基站故障报告、站型、天线型号、方位角、发射功率、所使用的天馈线类型、驻波比、天线增益、天线高度等。

3.2 数据分析

对所有采集的数据进行分析,发现网络中存在的问题,如基站硬件故障、信号盲区、干扰分布、网外干扰源的定位、网络参数的设置是否合理等。

3.3 优化方案制定

通过分析,制定几个可供选择的优化方案。这些方法制定后,从中分析比较,寻找出优选方案。如频率调整、小区覆盖范围调整、小区参数调整等。

3.4 方案实施和验证

选定好优化方案后,就可按照方案进行实施。如果质量有所改善,或存在的质量问题得到解决,则本次优化作业结束,否则返回制定和实施优化方案,重新优化。

4 目前GSM-R无线网络主要存在的问题、识别及解决方法

在按照《GSM-R无线网络覆盖和服务质量(Qo S)测试方法(V1.0)》(科技运[2008]170 号)对已开通的GSM-R线路进行场强及服务质量测试时,网络Qo S下降的主要表现是连接建立成功率、连接断开率即掉话率、切换成功率、列控CSD数据的传输干扰等指标不符合要求。用路测软件添乘测试时,网络性能下降则表现在接通率不合格、掉话、和通话质量差三个方面。

本人经对多条GSM-R线路的测试分析后发现,引起上述服务质量下降的常见原因是场强弱、干扰以及参数设置不合理造成的切换失败。

下面就GSM-R网络优化中的常见问题进行分析。

4.1 弱场分析及解决

4.1.1弱场原因分析

1)设备故障;

2)设备的老化造成发射到空间的能量减少,从而达不到刚开通时的场强覆盖水平;

3)铁路沿线地理环境的变化等如新建建筑物或其他大的遮挡物如(大型施工场物料堆放等)的遮挡、季节变化、树木长大等因素都可能引起覆盖弱化。

4.1.2弱场的现象识别

判断覆盖盲区的方法:

1)场强测试接收机测试信号< -92d Bm;弱信号掉话百分比偏高;

2)路测分析Rx Level<-87d Bm;

3)掉话率较高等。

4.1.3弱场解决方法

解决弱信号主要手段有:增加基站、增加直放站、加挂漏缆、调整基站天线高度、俯仰角、增加发射功率等,具体使用那种手段要视现场的实际情况而定。

4.2干扰分析及解决

GSM-R系统是干扰受限系统,干扰会降低话音质量甚至发生掉话。网络优化应对干扰信号的种类、强度、性质以及来源进行测试、分析。

4.2.1干扰来源分析

1)公网GSM和CDMA系统可能带来对GSM-R的干扰。我国的GSM-R采用E-GSM频段的885-889/930-934MHz,中国移动和中国联通的GSM系统也可能使用该频率,中国电信的CDMA频段与GSM-R的上行频段邻近;

2)不同线路的GSM-R相互干扰。随着我国GSM-R线路的增多,各条铁路的GSM-R往往是单独设计、规划,对其它线路考虑较少甚至不考虑,造成不同线路的交叉处特别是大枢纽地区出现相互干扰;

3)一些民用设施(如高速公路的ETC)或军用设施发出较强的电波,工业干扰、电源火花干扰、天电干扰和其它专业的邻近电波等也都可能对GSM-R无线网造成干扰。

4.2.2网络存在干扰时的现象

存在比较严重的频率干扰地方,一般会表现为网络质量不高,掉话率、切换成功率、无线接通率、阻塞率等指标均相对不好,话音质量差;

1)从路测结果分析通话时的信号质量和电平,信号的电平较高,但信号质量却较差;

2)C/I值较低;

3)常常发生小区内切换;

4)信号电平值较高的情况下发生质量切换等。

4.2.3干扰解决方法

1)定期对BTS的收发信系统进行检查,减少杂散发射与响应;定期对BTS的主时钟进行调整(频偏越小越好),减少所用信道受其它信道的干扰;

2)调整网络中受干扰的频率,避开干扰频点;

3)利用频率分析仪、定向天线、测试手机等工具查找、定位干扰源。若干扰源来自其它GSM-R线路,则需要重新优化频率规划;若干扰源来自外来系统,则可通过无委会交涉请求其避开GSM-R的频率。

4)新线路GSM-R频率规划时,要综合考虑其相邻或交叉线路的GSM-R频率使用情况。

对于系统的内部干扰,还可以通过网络仿真平台对这个线路的同邻频干扰情况进行分析等手段来分析解决。

4.3切换分析及解决

4.3.1 GSM-R无线网络中切换中常见的问题

1)该切不切,导致语音质量和信号质量均变差;

2)频繁切换,导致语音质量变差;

3)切换掉话;

4)切换失败率过高;

5)由于切换参数设置,导致切换处理过慢而掉话;

4.3.2切换原因分析

1)信号强度太弱或盲区,切换因切入小区的信号强度太弱而失败;

2)切换目标小区没有剩余空闲信道,导致切换失败;

3)切换目标小区存在干扰,导致与新小区的连接失败而切换失败;

4)越区切换参数设置不合理,导致切换失败;

a)上行电平切换门限、下行电平切换门限、切换余量等定义不合理,致使越区切换失败;

b)信号强度滞后值设置不当,信号强度滞后值设置太小,基站没有足够的时间处理切换呼叫,造成呼叫在切换时丢失。(但若设置太大,又会引起许多不必要的切换)。

c)切换带设置不合理,切换带设置过大,导致切换过缓,主服务小区已不是场强最大的小区,造成掉话;切换带设置过小,高速行驶的列车来不及切换,也容易掉话;

5)孤岛效应导致切换失败:由于山峰等的反射,使基站在很远处出现“孤岛”,而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到,这样就造成“孤岛”与相邻基站之间没有切换关系,当移动终端占用上“孤岛”的信号时,很容易因没有切换关系而引起切换失败掉话。

4.3.3切换解决

1)解决弱场和干扰,见4.1和4.2;

2)为避免因目标小区没有空闲信道供切换,可以将重要的、可靠性要求高的呼叫如列控业务、调度业务设置较高的优先级,即使目标小区没有空闲信道,仍能通过e MLPP业务抢占优先级低的呼叫占用的信道,完成切换;

3)优化切换参数

GSM-R网络用到的切换有很多种情况,如基于功率预算的切换(PBGT)、基于距离的切换(如TA切换)、基于上下行功率的切换、基于上下行质量的切换等,涉及到的参数也很多,具体参数的调整视具体情况而定。

这里以常见的PBGT切换为例,简述参数的设置。PBGT切换参数主要是窗口A,窗口内满足条件的个数B,以及HO_MARGIN值。如果连续的A个测量报告的测量值中有B个满足切换门限的要求,则满足切换条件。如果希望切换快捷,则可以适当降低A的值以及B的值,或降低HO_MARGIN;如果希望切换变得迟钝一些,则可以适当提高A的值以及B的值,或提高HO_MARGIN。如发生乒乓切换的区域,可以提高切换发生的门槛。

4.4掉话分析及解决

掉话现象是系统各种不良因素的综合体现,对网络的服务质量影响很大。

在GSM-R无线网络中,掉话应该包括SDCCH信道上的掉话和TCH上的掉话,SDCCH掉话即引起接通率降低,关于SDCCH掉话的情况将在4.5中讲述,本节主要讨论TCH信道上的掉话。

4.4.1掉话原因分析

1)弱信号掉话:受地形地貌、建筑物的影响,由于信号快衰落、信号覆盖原因而引起的掉话。

2)干扰引起掉话;

3)切换失败引起掉话;

4)硬件故障掉话:收发信机、天馈系统存在故障,将直接导致掉话;天馈线损伤、进水、打折和接头处接触不良,均会降低发射功率和收信灵敏度,产生掉话;

5)传输质量掉话:传输误码、滑码、帧丢失等引起A接口和Abis接口的物理层的2Mbit/s PCM链路,传输信令、话音及数据错误或丢失造成掉话;

6)其他原因引起掉话:如同步、移动终端质量差、移动终端软件死机等原因都将导致掉话。

4.4.2掉话解决方法

掉话的解决需要根据实际情况采取不同策略。

1)弱信号掉话解决:同弱场的分析及解决;

2)干扰掉话解决:同干扰分析及解决;

3)切换掉话解决:同4.3切换分析及解决;

4)硬件故障掉话解决:到基站现场进行测试,利用天馈线测试仪判断故障原因及故障点,检测从合路器至天线的驻波比,若VSWR大于正常值,及时更换故障天线和接头;分析从网管中的有关告警和统计,发现故障原因。

5)传输质量掉话解决:定期进行传输同步检查和传输质量检查,检查2M电缆的接头,减少由于传输质量产生的掉话。

6)使用硬、软件质量都满足合格的移动终端,定期检测、维护移动终端。

4.5接通率分析及解决

在GSM-R网中,SDCCH的掉话即引起接通率下降,TCH信道上的掉话问题已在4.4 中讨论,本节采用信令流程分析来讨论SDCCH上的接通率。

4.5.1接通率原因分析

覆盖盲区、BCCH载频干扰、基站故障等都将导致随机接入失败,这里不再赘述。

GSM-R系统移动终端的呼叫信令过程较复杂,且无线环境存在不确定性,因而接通率往往较难控制。下面以移动终端作被叫时的信令流程为例,分析其中容易出错的几个环节,进行有针对性的讨论。

1)位置更新导致终端无法响应寻呼或发起呼叫导致接通失败:若寻呼到来时,碰巧被叫MS正在做位置更新,此时MS无法对该寻呼做出响应。这种情况一般发生在铁路局的交界处或位置区边界;

2)MS启动立即指配(Immediate assign)过程时,有可能在RACH信道上与其他MS发生碰撞,如果最大重发次数(max_retrans,可设1,2,4,7)设为1,则容易发生接通失败;

3)A接口拥挤或小区里无TCH供分配导致接通失败;

4)成功分配TCH后接通失败。若手机收到了“分配”消息,那说明A接口和BSC部分都没有发生拥挤,如果手机又回到独立专用控制信道发送“分配失败”消息,则可能由于TCH载频干扰或硬件故障引起的。

5)信令路由指向不合理。信令路由不合理可能导致接续时间过长,将导致呼叫的失败,降低接通率。

4.5.2提高接通率方法

1)解决覆盖盲区、无线干扰、基站故障;

2)确保设备完好率,中继完好率,信道完好率,定期检查,保证设备运行正常。定期对BTS传输质量检查,检查2M口接头等,减少Abis掉话;

3)调整最大重发次数。提高最大重发次数可以提高无线接通率,但是会增加CCCH和SDCCH的负荷。对于GSM-R来说,SDCCH的负荷并不大,因此可以适当提高最大重发次数(4或7次)。

4)提高发送信道请求的时隙间隔(tx_integer),可以减少在RACH上发生碰撞的概率,从而提高接通率。但该方法会延长接续时间。

5)建立合理的路由表:交换机内建立合理的话务、信令路由表。

5 结束语

GSM-R无线网络优化是一个不断对系统参数及硬件设备进行动态调整的过程,修改某个参数可能提高某一性能,同时可能伴随降低其它性能的后果,这就需要来仔细均衡。优化过程中要有详细的记录,应编写优化方案和工作计划表。修改参数时,应事先向铁路局请点实施,并事先得相关通信段的确认,对于影响整个系统的参数的修改要谨慎,以免对系统造成灾难性的后果。优化工作完成以后,应该提交优化前后系统参数、性能比较结果。另外,参数调整并不是一劳永逸的工作,需要根据实际网络运行状态的变化进行调整。

参考文献

[1]GSM-R无线网络覆盖和服务质量(Qo S)测试方法(V1.0)(科技运[2008]170号).

[2]钟章队,李旭,蒋文怡.铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)[M].中国铁道出版社,2003.

[3]张威GSM网络优化[M].人民邮电出版社,2014.

GSM-R无线通信 第7篇

我国铁路发展通信网络的总体目标是建立语音数据综合业务的移动通信平台, 形成现代化的通信系统。欧洲G SM-R技术的成功应用, 为我国铁路通信信号技术发展提供了良好技术借鉴。G SM-R系统的引入, 不但实现了铁路移动通信系统的升级换代, 改善了语音通信质量, 而且为数据业务应用提供了数字无线通信平台, 能够支持列车诊断、车辆跟踪、货物跟踪、移动售票、旅客信息服务等各种新业务。G SM-R是在G SM蜂窝系统的基础上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用要素的无线集群通信系统, 能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求, 提高了铁路信息化整体水平, 将有力地推动我国铁路信息化进程。

1 GSM-R技术

G SM-R是从G SM网络上发展起来的, 作为中国铁路新型的通信产品已经被广泛的应用于中国铁路通信系统中, 比较典型的就是中国自主开发的青藏线铁路通信的应用, 为中国铁路通信信号技术的发展提供了一个成功的范例。

1.1 G SM-R网络

G SM-R技术在数字蜂窝移动通信系统 (G SM) 上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素, 其工作频段为900M H z, 移动端发送频率为885~889M H z (基站接收) , 基站发送频率为930~934M H z (移动端接收) , 信道间隔为200kH z, 双工间隔为45M H z。

G SM-R陆地移动系统由若干个功能实体组成, 这些功能实体所能实现的功能集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务, 以及对于用户数据和移动性的操作、管理。G SM-R陆地移动网络由网络子系统 (N SS) 、操作和维护子系统 (O SS) 以及基站子系统 (B SS) 组成。任何G SM-R陆地移动通信网络都必须与固定网络连接, 完成移动用户与固定用户、移动用户与移动用户之间的通信。G SM-R可以构成既含有面状覆盖又含有链状覆盖的网络, 既可用于地区性的覆盖也可用于全国性的覆盖。

1.2 G SM-R的主要功能

1) 调度通信:调度通信系统业务主要包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信以及其他调度和通信。G SM-R的调度通信功能主要包括优先级业务、语音组呼业务 (VG C S) 、语音广播呼叫 (VB S) 、功能寻址和基于位置的寻址等;

2) 车次号传输与列车稳定信号传输:车次号传输与列车稳定信号信息对铁路运输管理和行车安全有着重要的意义。一般无线车次号的传送利用G PR S网络, 使用U D P/IP协议。系统由G SM-R数字移动通信网、监控数据采集处理装置、机车综合无线通信设备 (C IR) 、TD C S设备等组成;

3) 调度命令传送:铁路调度命令是调度员向司机下达的命令, 指挥司机行车, 可大大提高行车效率及安全, 是列车行车安全的重要保障;

4) 列尾装置信息传送:主要是列尾风压利用G PR S传送, 避免单独投资以及单独组网建设, 同时利用G SM-R克服抗干扰性差、信息无法共享的等问题;

5) 调车机车信号和监控信息系统传输;

6) 机车同步控制传输;

7) 应急指挥通信语音与数据业务:在发生自然灾害或突发情况时, 为确保实时救援指挥通信需要, 建立现场与指挥中心之间的语音、图像等数据通信系统, 它是铁路战备通信的一个重要组成部分[1]。

2 GSM-R在我国铁路中的应用

G SM-R是崭新可靠的铁路无线通信系统, 在欧洲得到了较好的广泛地应用, 同时也在我国铁路发展中体现了重要的作用。目前我国修建的青藏铁路、大秦铁路、胶济铁路以及合宁客运专线等相继采用了G SM-R系统。

2.1 青藏铁路

青藏铁路北起青海格尔木市, 至西藏拉萨市, 总长1142km。海拔高于4000m地段有965km, 占全长的84%, 多年冻土地段有547km, 占全长48%。在青藏高原铁路上首次采用G SM-R替代轨道电路, 传输增强型列车控制系统 (ITC S) 数据, 解决了冻土地带信号传输问题, 减少了维护工作量, 创造性地采用双交换机、同站址双基站无线覆盖方式, 使G SM-R网络达到了可靠性、有效性、可维护性、安全性 (R A M S) 等技术指标要求。

在青藏线主要应用调度通信、调度命令和车次号传输、区间公务通信以及其他铁路信息化应用。在青藏线试验阶段G SM-R系统主要采用同站址双基站冗余覆盖结构, 同站址的两个基站同时工作, 分为上层网和下层网。G SM-R系统使用频率段:885-889M H z/930-934M H z。青藏铁路G SM-R工程对全路G SM-R网络的建设以及标准完善具有重要的指导意义。

2.2 大秦铁路

大秦铁路由大同至秦东, 全长约676km, 是我国最长的铁路运煤专用线。大秦线是重载运输专线, 山区多、隧道多、曲线多, 最高运行速度80km/h。就大秦铁路难点技术问题, 铁道部组织多个单位进行研究分析并攻克。大秦铁路工程主要包括G SM-R系统建设、传输及信息化系统建设, G SM-R系统主要包括交换、基站、调度通信以及终端应用。

大秦铁路在G SM-R网络电路交换业务的基础上, 自主研发了机车同步操控地面应用节点 (A N) 、车载通信单元 (O C U) 和管理维护设备, 为实现多种编组方式20000t重载组合列车的机车同步操控提供了可靠的网络条件。大秦20000t重载运输技术使我国铁路重载运输领域迈进了世界先进行列。

2.3 胶济铁路

胶济线地处我国经济发达地区, 是客货混运线路, 运输非常繁忙, 电磁环境复杂, 胶济铁路由青岛至济南, 全长385.6km。围绕200km/h干线铁路建设和发展的需要, 积极开展G SM-R应用创新, 优化了G SM-R无线基站分布, 创造了在繁忙干线运营G SM-R的新经验。G SM-R系统主要提供调度信息、施工维护通信业务、专用通信、车地数据以及旅客服务等。 (下转第259页)

2.4 合宁客运专线

合宁客运专线全长166km, 2008年, 我国铁G SM-R通信系统进入全面建设和使用阶段, 安徽省内合宁高速客运专线铁路建设完工并投入运营, 其中客车运行期间为合肥站至南京站, 同时组织部分跨线客车, 货车运行期间为合肥东站至南京东站, 因此合宁线G SM-R网络覆盖合肥、合肥东至南京、南京东站。

3 结论

我国铁路对G SM-R通信技术的引进消化吸收再创新等方面进行了大量的研究与探讨, 取得了较好的成绩, 使我国铁路在这一领域基本与发达国家保持在同一水平, 甚至在某些方面超过其他国家。我国的铁路工业在飞速发展, G SM-R的发展具有重要的意义, 学者以及铁路工作者需进一步研究, 确保网络完整、统一和安全可靠, 提高服务质量、合理地利用频谱、码号等资源, 逐步完善我国铁路G SM-R网络的建设, 为铁路调度指挥现代化、运输管理信息化作出巨大贡献。

参考文献

[1]徐文燕.浅谈我国铁路通信中G SM-R的应用及发展[J].湖南工业职业技术学院学报, 2009.

[2]邢红霞.G SM-R技术在我国铁路通信中的应用和发展[J].现代电子技术.2009.

GSM-R无线电干扰测向定位技术 第8篇

随着我国国民经济的快速发展, 各种用频设备大量增加, 电磁环境越来越复杂和恶化, 用频设备间相互干扰、自我干扰日益突出。我国GSM-R的工作频段为885~889 MHz、930~934 MHz, 它可能会受到以下几类信号的干扰, 而无法正常工作。 (1) 合法运营商的基站、直放站因老化或故障等产生频率漂移、杂波等信号; (2) 个别单位或个人非法设立未经检测的直放站等设备, 导致GSM-R信号受到干扰; (3) 非法使用的无线电设备占用GSM-R频段内的频点, 对GSM-R形成干扰; (4) GSM-R网络配置不合理, 造成网内干扰。

因此, 随着GSM-R的大面积使用, 铁路相关部门需要采取技术手段对GSM-R工作频段内的无线电信号进行监测, 掌握频段内的电磁环境变化和频率使用情况, 及时发现和查找干扰源, 以保障GSM-R网络频段的正常运用, 保证列车运行安全。

2 现状

影响GSM-R正常运营的干扰分为网内和网外干扰, 由于缺乏监测手段, 出现干扰后只能从网管、接口监测系统业务运用质量或日常行车通信业务中体现出来。其中, 干扰的高发地带一般出现在车站周边、城市路段、人口密集区域, 主要来自于移动运营商的基站、直放站及不明台站等。由于干扰源所处地区的特殊性, 要对其进行监测、测向、定位就不能只采用单一形态设备, 必须通过车载、手持、便携式监测测向设备进行监测、交汇定位等密切配合, 才能达到及时监测, 及时发现, 机动灵活, 逼近查找, 排查干扰的目的。

3 干扰测向定位技术

目前, 国内外无线监测行业对干扰监测测试普遍采用无线电测向和定位技术。无线电测向和定位技术主要采用阵列天线、宽带数字化测量接收和高速A/D采集等技术来实现。

3.1 基本思路

干扰监测系统采用软件无线电设计理念, 运用通用、标准、模块化的硬件平台, 通过不同可编程的软件方法实现所需要的无线电干扰测试系统。软件无线电将A/D和D/A向RF靠近, 由基带移到中频甚至到射频, 用可编程能力强的数字信号处理器 (DSP) 或FPGA器件代替专用的数字电路, 进行A/D后的一系列处理, 使系统硬件结构与功能相对独立, 这样可基于一个相对通用的硬件平台, 通过软件实现不同的通信功能, 并可对工作频率、系统频宽、调制方式、信源编码加以编程控制, 系统灵活性大大增强。功能强大的软件开发工具可以根据通信技术的最新发展和需求, 修改各工作模块以实现系统升级。干扰监测系统结构框图见图1。

该系统采用宽带模数及数模变换器 (A/D及D/A) 、专用/通用处理器、数字信号处理器构成尽可能靠近射频天线的硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电干扰测试系统。如利用宽带模数变换器, 通过可编程数字滤波器对信道进行分离;利用数字信号处理技术在DSP上通过软件编程实现频段的选择, 完成信息的抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换, 实现不同的信道调制方式及选择 (如调幅、调频等) , 实现不同保密结构、网络协议和控制终端功能等。

3.2 阵列天线技术

随着无线电通信的迅猛发展, 电磁信号充斥广大空间, 电磁环境越来越复杂, 常常在一个接收通频带内出现多个信号, 包括同频和邻频信号、跳变信号等, 传统测向设备对此已经无能为力, 采用阵列天线方式 (见图2) , 可快速实时地完成信号采集和方向测量。

3.2.1 实现原理

首先, 在标准测试场地上, 利用大地测量结果作为度量基准采集系统的原始相位样本 (原始相位样本已包含求解干涉相位参数信息) 。对于每一个方位, 系统都有相应的测量结果 (相位) 与之对应。在360°全方位上选择若干等间距的点, 把测得的大地测量方位值与系统的相位样本测量值建立一一对应的对照表, 即相关数据库。

假设来波入射方位角θ、仰角β, 以天线阵中心 (圆心) 信号场强为参考, 则阵元输出信号 (有效值) 可表示成:

简化后:

前面两式中:

式中:

M——阵元数目;

r——圆天线阵半径;

θ——来波入射角;

β——来波入射仰角 (在求解θ时, 令β=0) 。

基线相位差:

式中:

k——是以 为间隔的方位数目, 若L=71, 则间隔为5°;

n——测向天线阵的基线数目。

对照表形式见表1。

如果对于某一实际目标信号, 系统测得相位为Δn, 则把这一结果与对照表中的Δ0n, …, Δkn, …ΔLn分别进行相关运算, 其相关函数的表达式为:

其中使R取最大值的那一组相位样本测量结果所对应的方位值θK, 就是入射波信号的方位值。

这里的关键是由相位值的相关求解来波方位角, 而不是由相位值反推求解来波方位角。

由于在原始相位样本仅为有限 (个) 方位值, 如果目标的实际方位在这有限 (个) 方位值的两个值之间时, 则可用曲线拟合法进行插值运算, 以求得方位角的准确值。

图3表示曲线拟合法的原理, 方位基准点θM、θL、θH是等间距的, θM对应于相关函数的最大值RM、θL、θH是在θM两边最邻近的基准点, 与它们相对应的相关函数值分别为RL、RH。只要RM、RL、RH不是共线, 则这3个点可以确定一个抛物线, 这个抛物线对称于通过其峰值的垂线。

由图3可以得到下列参量:

方位角的修正项为:

抛物线的顶点所对应的方位角θP为:

式中, Δθ为方位基准点之间的间隔, θM为相关函数最大值RM对应的方位角。

显然, 如果抛物线的顶点与基准点重合则基准点本身就是被测信号方位角的真实值。若抛物线的顶点位于两个基准点之间, 由上式确定的θP就是被测信号方位角的真实值。

3.2.2 技术要求

(1) 分辨带内最强信号并测向。

(2) 具备宽带和窄带信号的测向能力。

(3) 测向精度高 (全频段可到达1.5°定向精度) 。

(4) 抗干扰能力强 (带内优于3 d B, 带外大于60 d B) 。

(5) 测向时效高 (最小测向时间小于2 ms) 。

3.3 宽带数字化测量接收技术

随着无线电干扰监测技术发展, 宽带数字化接收技术是无线电监测行业的一致发展方向。通过测量接收机输出中频信号, 宽带数字化下变频器, 实现高速实时频谱、电平、带宽等参数测量。

3.3.1 宽带测量接收机

接收机是干扰测试系统设备的核心部件, 接收机的性能在很大程度上决定系统的整体性能。目前, 行业基本采用超外差测量接收机 (见图4) , 可实现细分的增益控制、大动态接收测试范围、较高的选择性、较好的频率特性、较高接收灵敏度、较强的干扰抑制能力。能够在复杂电磁环境下实现无线干扰监测、检测等测量。

3.3.2 高速AD采集器

由于铁路无线通信跨段较宽, 从450 M H z无线列调到800 MHz列尾再到900 MHz的GSM-R, 工作频段覆盖400~1 000 MHz, 需要在400~1 000 MHz宽带的范围内实现软件无线电。但如果按照Nyquist定理直接数字化至少需要3 GHz的采样率, 目前不太现实, 所以测试系统一般采用中频采样方式, 将高频射频信号经多次变频后, 输出固定的中频信号进行高速A/D采样, 采样后送入DSP, 经DSP进行数字下变频和数字解调处理。

4 干扰检测监测功能要求

(1) 锁定信道实时测向见图5; (2) 多点测试对干扰源交汇定位见图6; (3) 信号频谱分析见图7; (4) 信号频率测量见图8; (5) 信号电平测量见图9; (6) 信号带宽测量见图10; (7) 互调干扰分析见图11; (8) 基站识别见图12。

5 结束语

GSM-R无线通信 第9篇

1 无线性能提升关键技术

1.1 自动频率校正技术 (AFC)

在高速移动状态下, 受多普勒效应影响, 移动台频率信息会产生偏移, 如果GSM-R通信系统不采取预防措施, 当列车时速高于220 km时, 无线通信可能会出现中断。

目前, 高速铁路列车时速已达到350 km甚至更高, 传统移动通信系统已不能满足高速铁路要求。采用AFC技术纠正高速下的多普勒频率偏移问题, 其解调门限可达到1 000 Hz, 即AFC可适应时速500 km范围内的多普勒频移。与此同时, 将AFC创新应用于GPRS, 保证高速情况下, GPRS业务性能不受影响。

1.2 快速切换算法

当移动终端在已建立呼叫的状态下从一个基站移动到另一个基站时, 它将执行切换以实现无线信道资源的改变, 列车会快速地从一个基站到达另一个基站的覆盖区。如果采用传统切换算法, 列车上的移动台将没有足够时间改变无线信道, 从而造成通信链路中断。

快速切换算法是专为高速铁路而设计, 可确保高速状态下切换的实时性和可靠性 (见图1) 。 (1) 多普勒频移切换算法是基于自动频率校正功能的一种加快切换判决的切换算法。在高速移动应用场合, 通过缩短切换判决时间, 达到缩短切换带、提升小区间切换性能的目的。 (2) 快速PBGT切换算法是一种基于路径损耗的切换。在移动台快速移动条件下, 迅速切换至更好小区获得服务, 保持通信连接, 提升小区间切换性能;同时, 使移动台在高速移动条件下, 在有限切换带内一次切换失败后进行第二次切换成为可能。

1.3 链型小区切换

充分利用铁路近线型覆盖的特点, 形成链型邻区, 通过对移动台运动方向的预测和判断, 使用户在链型小区间移动, 提高切换成功率, 提升网络质量, 链型邻区更充分地保障了小区间切换的可靠性。

1.4 多站点共小区技术

多站点共小区技术即多个不同位置点的射频拉远模块 (RRU) 设备配置相同的频率组, 通过基带处理单元 (BBU) 控制实现多个RRU的同步收发。逻辑上这几个不同位置点的RRU属于同一小区, 铁路终端从一个位置点移动到另一个位置点时就无需切换。采用共小区技术后, 一方面可减少切换次数, 提升网络性能;另一方面, 频率的复用距离增加, 在相同的信噪比下, 频率规划变得简单易行。

1.5 增强的NACC提升数据业务性能

网络辅助的小区重选 (NACC) 可有效加快小区重选速度, 缩短由于切换所引起的数据中断时间, 使正在进行的分组业务中断时间由几秒降低为300~700 ms。

1.6 合理的GSM-R网络规划和覆盖设计

GSM-R网络覆盖有其特殊性, 为保证高可靠性和无线网络性能, 合理的网络规划将从基站的选址、合理的切换区域设计、天馈的增益和方位角、有针对性的站型及特殊区域特殊考虑5个方面入手, 最大程度提升无线网络的性能。

2 高速无线性能仿真验证系统

2.1 性能验证系统框架

高速仿真验证系统的目标是通过无线信道建模, 在实验室内尽量真实地模拟GSM-R高速无线信道。实验室高速性能仿真验证系统主要分为2个部分:无线信道建模和算法/网络级验证 (见图2) 。

无线信道建模过程中, 对GSM-R典型覆盖和应用场景进行分析, 获得符合高铁特点的信道级无线信道模型;在此基础上, 通过高速仿真平台模拟高铁无线信道, 对GSM-R设备特定条件下的算法级和网络级高速性能指标进行验证, 获得不同列车运行速度和组网解决方案下的性能基线数据。

2.2 高速无线信道建模

信道建模需要定义GSM-R高铁信道径数、每径功率、衰落带宽、Rician K因子等信道特征, 目前高速仿真验证系统中使用的信道模型既包括符合3GPP协议规定的TU市区 (低速) 、RA郊区 (高速) 、HT山区地形信道模型 (高速) , 也包括特定站点工参下的高速切换场景。某个典型的高速切换电平和频偏变化基线见图3。

2.3 高速仿真验证平台

高速仿真验证平台的核心部件为2台高性能的2×2通道无线信道仿真仪、GSM-R QoS测试工具。该平台的实验室组网结构见图4。

RFI为无线射频接口, 设备通过射频线连接, 保证器件间的射频隔离度。无线信道仿真仪在被测小区的上下行链路上实现双向信道模型, 用于精确模拟高铁信道特征。GSM-R QoS测试工具的作用是根据自动化脚本发起GSM-R语音和列控业务, 对服务质量 (QoS) 数据进行统计并生成统计报表, 进行快速业务验证。

3 结束语

对于GSM-R高速铁路无线传播模型的认识始终是无线性能算法设计和验证的基础, 因此, 对高速无线信道进行实地测量, 获得高速条件下的GSM-R信道特征具有非常重要的意义。在信道测量的基础上, 基于高速仿真验证平台, 甚至可以在实验室内真实再现实际线路的无线信号覆盖。

参考文献

[1]钟章队, 李旭, 蒋文怡, 等.铁路GSM-R数字移动通信系统[M].北京:中国铁道出版社, 2007