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GSM—R技术在我国铁路通信中的应用与发展研究摘要近些年来，伴随着我国经济水平的不断发展提升，我国的各项基础设施建设事业也逐渐的趋于完善，这其中最为典型代表的就是铁路运输行业。
铁路运输行业的发展关系着国家的开发与建设，关系到国家的安全与保障，然而在铁路运输行业当中，通信系统的完善与否又直接关系到铁路运输的安全。
灵敏有效的通信系统是我们所追求的目标，GSM-R技术的诞生满足了铁路运输中通信一体化的需求，加强了对通信安全的维护。
GSM-R系统铁路运输通信事业青藏铁路当前，随着人们对铁路运输事业要求的不断提升，通信安全成为了铁路运输事业当中最为关键的一个部分。
GSM-R技术是一种铁路专用数字通信技术，已经被广泛的运用到铁路运输事业当中，在一定程度上提升了铁路运输的效率，但是，具体运营过程中难免还会存在一些实践性的问题，需要我们研究与讨论。
本文正是以GSM-R技术为切入点，首先对技术进行简单的介绍，随后以我国铁路建设为例说明了GSM-R技术在我国发展的现状，最后针对当前GSM-R技术的完善发展方针进行阐述，以期进一步提升GSM-R技术工作的有效性。
1 GSM-R技术简介GSM-R技术（Global of Mobile Communication for Railways）即全球铁路移动通信系统。
该系统是以GSM技术的应用为基础逐渐演化和发展而来的。
该系统最早发源于欧洲，随着技术的不断完善与发展，当前已经遍布全球各国，覆盖范围面非常广。
GSM-R技术的工作频段为900MHz，移动终端发送的频率为885-889MHz，可以满足时速高达500km的通信及列控要求。
GSM-R地面移动系统包括多种功能组合，这些功能组合为用户提供相应的基础和补充业务，它是由三个子系统构成的，分别是网络、操作和维护、基站子系统。
GSM-R技术在铁路通信、铁路调度与控制等方面，发挥了十分重要的作用，在原有功能的基础之上，加入了许多拓展功能，包括位置寻址、功能寻址、语音广播、语音组呼、列车操控等服务。
GSM-R铁路无线通信系统弱场区覆盖法摘要铁路无线通信调度系统是保障列车安全行驶的重要手段，而铁路沿线复杂的地形对GSM-R信号形成一定的阻挡产生大量信号弱场区，为实现铁路区间无线调度场强的全面覆盖，针对不同地形选取科学、合理的无线通信系统弱场区覆盖方案至关重要。
关键词铁路；GSM-R系统；弱场区；无线覆盖0 引言GSM-R是一个与现代通信科技相结合，具有抗干扰力强、差错可控、易加密、安全高效的数字无线通信系统，其提供的丰富的数据通信业务可满足铁路运输生产指挥手段现代化、列车调度与控制及铁路信息化发展的需要。
2009年时，GSM-R系统已运用于全球30多个国家的铁路无线通信系统中。
由于铁路线延伸区域广阔，沿途地形复杂，涉及众多隧道、山体和丘陵坡地等，这些地形因素都对GSM-R信号形成一定的阻挡产生大量信号弱场区，因此，对复杂地形的弱场区的覆盖设计是GSM-R无线通信系统规划的重点和难点。
笔者总结工作经验与知识，对GSM-R铁路无线通信系统弱场区覆盖方案分析探讨，为科学合理的选取实际地形弱场区覆盖设计提供参考。
1 GSM-R铁路无线通信场强覆盖方式GSM-R铁路无线网络场强覆盖与具体的地理位置分布相关，应根据实地情况和基站情况而定，通常采用提高基站发射功能、增加天线挂高、调整天线水平角或垂直角和安装直放站等方法改善下行链路的信号覆盖。
铁路沿线的场强覆盖一般为带状覆盖方式，沿铁路轨道方向安装定向天线，形成大椭圆形的小区。
在话务量较大但速度要求低的编组站内采用扇形小区覆盖，每个区180°，以单极化3dB波瓣宽度为90°的高增益为定向天线，两天线背向放置，要求最大辐射方向与铁路方向一致；而通常人口密度小的低速路段与轨道交织处的区域采用全向小区覆盖，采用全向天变形的双向天线，其双向3dB波瓣宽度为70°，最大增益14dB。
在GSM-R无线网络覆盖区，隧道、丘陵及山区相对来说为弱场区，利用光纤直放站加天线或漏泄电缆的方式，以实现弱场区的信号覆盖。
GSM-R系统隧道内覆盖方案探讨摘要GSM-R无线覆盖往往在隧道内及线路与隧道接口部位出现弱场区或盲区，本文针对此现象进行了分析，以拉远技术为手段将隧道外无线信号引致隧道内部，解决隧道内的覆盖问题，从而实现GSM-R无缝覆盖，确保铁路通信的畅通及行车安全。
关键词：GSM-R、隧道、拉远、光纤直放站、分布式基站引言GSM-R作为铁路专用的无线通信方式与公网一样在隧道这样的特殊地点同样存在着覆盖弱场区及盲区，出现无法建立通话、掉话、数据传输障碍等一系列问题，因此如何解决其内部网络覆盖成为了关键所在。
1．隧道区段网络覆盖情况分析铁路GSM-R覆盖采取的是以宏基站+天线的覆盖方式，由于受地理环静等多方面因素影响基站选址，致使隧道附近场强较弱或无法覆盖，另外由于隧道自身屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了GSM-R移动信号的弱场强区甚至是覆盖盲区，加之隧道内电波环境传播复杂，在某种程度上存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现话音质量难以保证、掉话、数据传输中断等现象。
此种情况可采取拉远技术将已建基站的信号延伸至需要补强地段。
拉远分为载波池拉远及基带池拉远两种模式，这两种模式分别对应的是直放站及分布式基站的运作模式，下文将进行系统的介绍。
2．数字直放站覆盖2.1数字直放站的工作方式数字直放站是近端机将来自基站的RF信号通过光纤传至远端机，将射频信号拉远，致使远端机相当于基站扇区的一部分。
下行：直放站方式简而言之就是近端机通过耦合器将提取自施组基站的射频信号转换为模拟中频信号，然后经模/数转换为数字信号，经过数字信号处理后，经光纤收发器由光纤传至远端机，在远端机，经光电转换模块，将光信号转换为电信号，由数字信号处理单元解帧、数字信号处理后，由数模转换器（D/A）将其恢复为中频信号，再经上变频器转换为高频射频信号，最后经发射机、双工器以及天线发射至覆盖区域。
上行：来自移动终端的上行射频信号转换为中频信号，然后经A/D变换器变换为数字中频信号，由数字信号处理单元将其处理，再经模/数转换为光信号由光纤传送到近端机。
大型铁路站房内的GSM-R系统室内覆盖探究摘要：随着我国经济迅速发展，近几年，高铁的建设速度也进入了快车道，伴随铁路大型枢纽的建成，大量适合高铁运营需要的客运站房也建立起来。
GSM-R系统目前是铁路中信号覆盖的主要技术，它承载了铁路系统各功能部分间的信息交互工作，但是由于GSM-R系统往往为带状分布，大型铁路站房的室内应用面积大、功能区域多，基站选址比较困难，宏基站的独立信号覆盖能力受限，导致了站内存在大量的信号盲区和弱覆盖区域，需要进行覆盖补强。
关键词：室内覆盖系统；室内覆盖；频点；CDMA；扫频；高速铁路引言随着高速铁路的快速发展，铁路大型枢纽一般会相应的配套大型的客运站房。
这些站房规模比较大，建筑材料均采用了新型材料，对无线电波有较强的吸收和屏蔽，造成室分系统中，GSM-R信号在室内空间的传输过程中，会产生非常明显的衰耗，在站房内角落、进出站通道、地下车库某些特殊区域形成弱覆盖区或者信号盲区，导致这些区域出现信号中断、单通、通话质量低等问题。
除了内部GSM-R信号覆盖问题，外部运营商的室外信号对站房的影响也不容忽视，目前运营商由于建站成本的提高，为了改善覆盖，一般通过两种手段：扩容，即采用多频点覆盖；提高射频功率，利用增强无线信号的发射功率加强覆盖。
这些宏站信号对GSM-R系统信号造成了干扰，实际通话中，可能因为载干比较低造成通话质量问题，有些站房甚至本身室内就布置了运营商室分系统，更容易导致异频干扰。
一、站房GSM-R系统的室内分布情况说明车站在铁路枢纽中处在一个比较重要的位置，它是发车、到达的停泊点，还是连接旅客与列车的重要场所，另外，也是铁路上工作人员的主要的日常工作、休息场所。
在站内，需要GSM-R系统提供无线信号保证生活工作所需。
传统的铁路无线通信系统根据使用人员的不同，人为的将系统分成了无线列车调度系统、无线平面调车系统、客运无线系统、货运无线系统、无线驼峰调度系统等许多子系统。
万方数据从图１覆盖接收电平看，如参考交叉冗余的覆盖标准，这个线路范围的覆盖电平高于规范要求１０ｄＢ。
这两个区间基站间距平均６ｋｍ，远大于京津城际铁路３ｋｍ的距离。
１．２合宁客运专线覆盖情况南京一合肥客运专线设计运行速度为２５０ｋｍ／ｈ以下，采用ＧＳＭ—Ｒ移动通信系统，不考虑ＣＴＣＳ一３列控制式，即合宁客运专线ＧＳＭ—Ｒ也是单网络系统，只有话音通信要求。
根据话音通信的网络覆盖标准，场强覆盖要求在两基站间的切换区域，９５％概率下的接收电平大于一９８ｄＢｍ。
图２是合宁客运专线某个基站的覆盖测试曲线。
图２中绿色曲线是一９５ｄＢｍ基准（高于ＧＳＭ—Ｒ语音通信规范要求３ｄＢ作为余量）。
如按单网覆盖要求，该基站高于规范要求２５ｄＢ以上。
即使按ＣＴＣＳ一３的列控区段交叉冗余要求也高于规范１５ｄＢ。
覆盖要求的定义为，满足半区间覆盖在两基站间有１ｋｍ的覆盖重叠区用于切换。
１．３京津城际铁路覆盖情况京津城际铁路按３５０ｋｍ／ｈ无线列控ＣＴＣＳ一３设计，基站为交叉冗余覆盖。
规范要求在一个基站故障的特殊情况下，场强覆盖电平９５％的概率下满足一９２ｄＢｍ。
图３是京津城际铁路ＧＳＭ—Ｒ系统测试曲线，图３中显示４个基站３个区间的覆盖情况。
京津城际铁路８７％线路为高架桥，基站间距短（平均３ｋｍ），无线传播无空间阻挡，从图３看到，这几个区间在规范要求应该覆盖的范围内，最低接收电平为一６４ｄＢｍ，高于规范要求２８ｄＢ。
２覆盖测试数据分析从以上的测试数据看到，已建的几条客运专线ＧＳＭ—Ｒ不管是否有ＣＴＣＳ一３需求，无线场强覆盖都可以达到交叉冗余要－５８－铁路客运专线ＧｓＭ—Ｒ基站覆盖的探讨王惠生等求，但过高的覆盖也有不利的隐患。
２．１覆盖与话音质量的关系表１是对胶济客运专线６个基站小区通信质量的比较，其中后４个基站的平均接收电平要小于前两个基站的平均接收电平，后４个基站最小接收电平低于前２个基站最小接收电平５ｄＢ左右。
１，２，６号基站位于城镇附近，因此通信质量相对较差。
从ＧＳＭ—Ｒ覆盖测试结果看，京津城际铁路的场强覆盖电平要高于胶济客运专线的覆盖电平，比较表１和表２可以看到，虽然小于３级的话音都大于９８％，但京津城际铁路０级和１级的话音占比例较少，很强的覆盖电平并不能保证较好的通信质量，还要考虑环境干扰的影响，因此不能无限制的提高场强覆盖电平。
２．２邻频干扰图４为铁道部０号综合检测车测试的京津城际铁路场强覆盖曲线图。
测量接收机采用的检波方式为有效值检波，曲线是９５％地点概率下的百米统计值。
图４显示了４个基站的３个覆盖区间的接收电平统计图２合宁客运专线ＧＳＭ—Ｒ场强覆盖曲线图３京津城际铁路ＧＳＭ－－Ｒ场强覆盖表１话音质量比较话音蔓堕！墨堕！墨堕！蔓堕！叁塑！：薹堕！＝垦！塾量墅墼曼墅墼曼整塑曼篓垫墨墅塾曼墅０３１８８７．９２２３７８．８４０４９１．６４４７９４．１４２１９６．６５３６７９．６１１９９３．１１４８３８１３９４．８２５９９．４１３９９．５３３“．６２２１１９６．１＇９９０．５１８驰．６２９９．８２１∞约∞．８３８９８．３９９３．６４９９．５Ｏ９９．９Ｏ１∞２＇９１．９４５９９．７８９５．８２１∞１１∞Ｏ拍９６．１５１１∞８９８．８ＯＯＯ１３９８１６０４，∞Ｏ０Ｏ，３，∞．Ｏ合计∞２２８３４４１４７５４３６６７３表２京津城际铁路部分基站话音质量统计万方数据铁路客运专线ＧＳＭ－－Ｒ，基站覆盖的探讨王惠生等曲线。
根据京津城际铁路网络参数的设置，图４中的基站１和基站４的广播控制信道（ＢＣＣＨ）互为邻频。
京津城际铁路ＧＳＭ—Ｒ为交叉冗余网络，若基站２故障时，在基站１和基站３间的移动用户应该可以进行不中断的连续通信。
从图４可以看到，当移动用户在通话过程中向下行方向移动到图中画圈的区域时，其邻频基站４的信号大于本小区的信号超过６ｄＢ（规范规定抗邻频干扰为一６ｄＢ）。
此时通话用户收到邻频信号干扰使话音质量恶化，列控数据传输误码率升高。
图４是９５％的概率统计区线图，实际的瞬间电平还会有更大的变化范围，最大瞬间邻频干扰可能会大于本小区信号１０—２０ｄＢ以上，甚至引起话音质量紧急切换，掉话的可能性增加。
２．３孤岛效应由于电波传播的随机性，对于某一地点，可能接收到的远处发射点的信号电平会高于近处发射点的信号电平，影响切换质量。
由图５可知，当移动用户（如列控用户）从基站３移向基站１，若基站２发生故障不能正常工作时，移动用户进到图中Ａ区域时，基站４的信号大于基站３的信号４—６ｄＢ并维持约８００ｍ左右。
当列车运行速度为３００ｋｍ／ｈ时，这一区域要运行９～１０ｓ，根据京津城际铁路ＧＳＭ—Ｒ网络设置的切换参数，移动用户可能会在这一区域切换到基站４的频点进行通信。
列车再向前移动，由于不满足切换参数要求，移动台还会一直在基站４的频点下通信，然后进入图５中Ｂ的区域。
此时虽然基站１的信号已经远大于基站４的信号，但基站４与基站１没有邻频关系不会进行正常切换，由于接收电平的关系也不会再切换到基站３，只能一直维持这个信道直到掉话。
２．４与国外基站间距的比较对于ＧＳＭ—Ｒ在满足载干比的情况下，一１００ｄＢｍ的接收电平也可以得到很好的话音质量。
对于列控数据传输考虑到系统的可靠性，以及高速的快衰落对数据传输的影响，铁道部的规范是在移动速度大于２８０ｋｍ／ｈ时，接收电平在９５％的概率下应达到一９２ｄＢｍ。
图６和图７是我国铁路京津城际铁路和德国铁路不来梅－－Ｄｉｅｐｈｏｌｚ线路ＧＳＭ—Ｒ覆盖范围的示意图，可以看到德国的线路一个基站通常覆盖到相邻基站下，最大覆盖区约在１．５个区间范围，不会超过２个基站。
我国的基站覆盖从图６中看到都覆盖超过２个基站，而且图６还是因为检测系统只设置每个基站测试２个区间，如果不做限制大约能在满足规范的情况下覆盖超过４个区间以上。
图４邻频道电平关系图图５过度覆盖可能引起孤岛效应图６京津城际铁路基站重叠覆盖图７德国不来梅－Ｏｉｅｐｈｏｌｚ基站覆盖分布．５９．万方数据万方数据铁路客运专线GSM-R基站覆盖的探讨作者：王惠生， 马良德， 高利民作者单位：铁道部基础设施检测中心,北京,100081刊名：中国铁路英文刊名：CHINESE RAILWAYS年，卷(期)：2009，(7)引用次数：0次1.期刊论文任文红.Pen Wenhong合武客运专线的GSM-R工程建设经验-中国铁路2008(9)合武(合肥-武汉)客运专线GSM-R系统与合宁(合肥-南京)客运专线共用1套基站子系统,合宁、合武线的核心网子系统暂时接入到既有济南核心节点.合武客运专线地形复杂,隧道较多,为保证通信质量,GSM-R网络沿线采用多种类型的基站设备,光直放站和漏泄同轴电缆进行弱场区覆盖,应用高增益天线、合理天线挂高等技术手段满足系统功能需求,通过网络优化,互连互通的成功以及隧道网络的结构调整,确保合武客运专线GSM-R工程质量.2.期刊论文谢宏.Xie Hong我国客运专线GSM-R网络建设方案的建议-中国铁路2006(2)欧洲铁路联盟确定GSM-R为欧洲铁路无线通信的标准制式,该制式为列车控制系统提供了信息传输平台,使欧洲跨国列车可以畅通运行.我国铁路技术政策也规定GSM-R作为我国铁路综合数字移动通信系统,并在青藏线、大秦线和胶济线进行GSM-R典型工程试点,为我国铁路客运专线GSM-R网络建设积累经验.建议GSM-R核心网建设应采取总体规划、分步实施的原则,采用智能网解决GSM-R网络的互联互通,客运专线按照预留双网条件建设,初期按无线列车控制系统的覆盖要求建设单层网络,重点解决场强覆盖问题.3.会议论文刘立海高速客运专线铁路高架桥GSM-R无线传播模型研究2008高架桥梁在高速铁路线路中所占的比例越来越大，因此GSM-R系统无线电波在这一地物下的传播模型值得关注。
本文从平面反射模型出发分析铁路高架桥的无线传播特性，在此基础上讨论具有坡道或变坡地形条件下的传播模型，最后与测试数据进行对比、验证。
测试结果表明本文给出的传播模型对实际GSM-R无线覆盖规划具有一定参考意义。
4.期刊论文黄吉莹.马君.钟章队.Huang Jiying.Ma Jun.Zhong Zhangdui客运专线中GSM-R越区切换的研究-铁道通信信号2006,42(5)客运专线对GSM-R切换提出了更高要求,分析切换的基本原理,根据GSM-R无线网络线状覆盖的特点,提出利用(CI,TA)定向坐标法和TA定向法判定列车运行方向,设计新邻小区列表,得到一种适合于客运专线的快速切换算法.5.期刊论文石波.Shi Bo客运专线与既有线共用GSM-R无线系统若干问题探讨-铁道通信信号2007,43(10)客运专线与相关既有线并行建设或存在交越情况时,二者存在共用GSM-R无线系统的可能性.若考虑共用无线系统,则会影响某些GSM-R业务的实现,因此,需要考虑相应的解决方案,此外,针对不同的情况,应考虑采用不同的无线组网原则.6.期刊论文刘建宇.胡晓红.Liu Jianyu.Hu Xiaohong客运专线GSM-R系统无线覆盖设计方案探讨-铁道通信信号2007,43(1)从客运专线对GSM-R系统所提出的业务需求和服务质量指标的角度出发,就如何提供高质量和高可靠性的无线网络,在覆盖设计方案上进行了探讨,可供GSM-R系统工程设计参考.7.学位论文邓梦基于GSM-R的高速客运专线无线网络优化设计2008客运列车的提速使客运专线GSM-R移动通信网络的建设迫在眉睫,需要建立一整套符合通信信号一体化要求的新一代数字综合移动通信系统,以满足日益增长的铁路移动话音业务、数据传输业务以及客货服务类业务的需求。
GSM-R是在GSM标准的基础上,经过多年技术测试和认定的一种针对铁路的专用数字移动通信标准。
随着其在欧洲多个国家的广泛使用和我国高速运输事业的发展,在选择新一代数字移动通信制式的问题上,我国将GSM-R作为重点发展方向。
本文针对高速运行的列车设计了无线通信网络覆盖方案,并对GSM-R系统功能进行了详细的分析阐述,重点分析研究了对GSM-R通信网络服务质量有很大影响的越区切换方案,分别从网络规划、网络优化和越区切换算法三个方面对高速客运专线中的越区切换进行了研究,并提出一种新的越区切换算法。
与现有的各种算法相比,本文提出的算法可以同时避免切换延时和频繁切换等因列车提速带来的问题,保证了客运专线在高速情况下能够准确切换,使GSM-R网络质量符合相关标准。
本文设计参数的选择均基于反复的实验和测试,具有高可靠性。
所设计的无线通信系统完成了包括越区切换性能分析等的客运专线系统联调,形成可行的优化方案。
通过对GSM-R系统中的越区切换环节进行重点研究,实现了提高GSM-R通信网络服务质量的目的,具有理论和实际应用意义。
