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GSM-R无线网络覆盖方案的比较与分析

河南禹亳铁路发展有限公司 孙艳花 韩海玲
西安科技大学理学院 孙 睿
河南禹亳铁路发展有限公司 常栋栋

【摘要】本文着重介绍了GSM-R无线覆盖的三种方式，通过对三种覆盖方案的比较可知：单基站覆盖容灾能力最差，交织站址冗余覆盖容灾能力最强，但投资成本较高，目前广泛使用的是同站址双网冗余覆盖。

【关键词】GSM-R；单基站覆盖；同站址双网冗余覆盖；交织站址冗余覆盖

1　GSM-R技术特点

GSM-R（GSM for Railway）专用移动通信系统是专门为铁路通信而设计的，它是在GSM系统提供的基础设施平台及语言呼叫业务的基础上开发出来的针对铁路部门的特定应用。其中，语言业务包括组呼和广播，调度业务包括功能寻址、列车控制等。

在GSM系统中，网络采用蜂窝网覆盖方式。而在GSM-R系统中，典型的网络结构是带状覆盖[1]；在业务量较大但速度要求较低的区段内采用扇区覆盖，在人口稀少的农村地区采用全向小区覆盖。GSM-R无线网络覆盖主要有三种方式：单基站覆盖、同站址双网冗余覆盖和交织站址冗余覆盖。

2　单基站覆盖

单基站覆盖是GSM-R系统的子单元，是一种最基本的覆盖方式，其结构如图1所示，基站设置在铁路沿线，形成沿铁路方向的椭圆形小区。

图1　单基站覆盖

单基站覆盖和正常的GSM网络基站没有区别，就是一个小区一个基站，该方案的缺点是小区覆盖半径小、过于密集，越区切换频繁。越区切换时，一旦切换失败，将会造成掉话或数据链路中断，频繁的越区切换将会影响系统的性能。因此，在工程建设中单基站覆盖方式一般不予采用。但单基站覆盖作为一种最基础的覆盖形式，对于研究其他方式的网络覆盖具有指导意义。

3　双网冗余覆盖

3.1同站址双网冗余覆盖

同站址双网冗余覆盖是指两套完全相同的基站设置在同一站点，这两套基站具有相同的覆盖半径，每套基站单独形成一层网络，如图2所示，一套基站控制器控制一层网络[2]。

图2　同站址双网冗余覆盖

同站址双网冗余覆盖采用一个站址两个基站的覆盖方式，同站址的两张网络互为冗余，如果其中一个基站出现故障，移动台可以迅速切换到另一个网络上继续进行通信，其安全性较高，QoS性能有保障，一个基站故障不会造成GSM-R系统的服务中断。

同站址基站可以共用配套设施，相对于单基站覆盖，同站址双网冗余覆盖避免了单基站故障引起的链路中断，可靠性更高，但其网络规划复杂，建设成本高。如果某一站址发生自然灾害，同一站址的两个基站都会遭到破坏，同样会造成传输中断[3]。

3.2交织站址冗余覆盖

交织站址冗余覆盖，它是在两个连续的单基站中间又设置了一个基站，其结构如图3所示，这种方案相当于在原单基站网络覆盖的基础上交叉覆盖上了另一层网络，大大增强了单基站无线网络的覆盖性能。

图3　交织站址冗余覆盖

交织站址冗余覆盖比较突出的优势在于，不同基站重叠覆盖，接入网安全性能更高，避免了单点故障，如果某地小范围内发生自然灾害，其中一层网的设备遭到破坏，另一层网的设备将继续提供服务，仍能保证GSM-R系统的正常工作。但此方案也存在一系列问题：频率利用率低，参数设置复杂，可能发生频繁切换，QoS服务性能下降。

4　两种冗余覆盖方案比较

4.1频率规划比较

GSM-R工作频段采用900MHz，频率带宽共4MHz，上行频段为885MHz～889MHz、下行为930MHz～934MHz[4]，频率按等间隔划分，共有21个载频，频道号为：999～1019，除去最低的和最高的作为保护间隔，实际可用的频道号为1000～1018。中心频率与频道号之间的关系为：

正常工作中，为避免邻频干扰，相邻基站载频间至少要满足40dB的隔离度。根据GSM规范400kHz频率间隔可以获得41dB的隔离度，故相邻基站之间的频率间隔至少为400kHz。由于交织方案中基站密集，相邻基站需要满足600kHz保护宽带才能避免干扰，而采用同站址方案则仅需要满足400kHz就能达到要求。相比较而言，传送相同的业务交织方式要牺牲更多的带宽，占用更多的频率资源。

4.2性能比较

同站址双网冗余覆盖相对交织站址冗余覆盖有如下优势：主备层网络特性基本一样，进行网络设计时可以只进行主用层网络的设计；网络结构简单，参数设置工作量相对较小；并且可以共用站点机房、铁塔、传输设备等设施，建设成本低，但是其容灾能力没交织站址冗余覆盖强。

4.3经济性比较

同站址方案可以共用站点、铁塔、机房、基站控制器等设施，而交织站址方案这些设施需要独立设置，并且还需要增加传输设备、移动交换机等控制设备，同站址方案与交织站址方案相比在建设成本方面存在优势，并且建设里程越多，其低成本优势越明显。

5　结束语

本文通过比较三种GSM-R无线网络覆盖方案可知：单基站覆盖是一种最简单的覆盖方式，其容灾能力最差；双网冗余覆盖可靠性较强，其中同站址双网覆盖具有参数设置简单、所需站点数目少、共用配套设施、建设成本低等优点，但是易受自然灾害的影响。交织站址覆盖方案具有较强的抗灾能力，一层网络遭到破坏，系统将会切换到另一层网络上，不会影响GSM-R系统的正常工作。但是此方案采用的基站较多，站间距离较小，密集的重叠覆盖会带来频繁切换，切换频繁易造成传输中断，其QoS性能也大受影响。因此，在工程建设中，这两种方案应根据实际情况择优选用，正常路段为节省投资可以采用同站址双网冗余覆盖方式；复杂路段为保证GSM-R系统的可靠性可以采用交织站址冗余覆盖方式。

参考文献

[1]王玲玲.国内外GSM-R的最新发展[J].世界电信,2003(11):14-15.

[2]钟章队,艾渤,刘秋妍 等.铁路数字移动通信系统(GSM-R)应用基础理论[M].北京交通大学出版社,2009.

[3]马君,黄吉莹,钟章队等.GSM-R双层网络的设计与应用[J].电气化铁道杂志社,2006(08):45-48.

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

孙艳花（1985—），女，安徽宿州人，硕士，研究方向：无线通信。

作者简介：