实现成功的GSM-R无线方案

在设计GSM-R无线方案时，不能简单地采用与标准GSM网络相同的规则和标准，而应该寻找新的无线方案以适应具体的铁路环境和基本运行需求。一旦GSM-R在欧洲成为列车控制系统（TCS）的无线通信载体时，寻求这种新方法就显得更加重要。

为什么会出现不同的GSM-R无线方案

用更少的频率。这并不是最大的障碍，因为通常铁路GSM-R网络本质上是线性的。在铁路网的大部分区域，对于任何无线基站而言都无法了解其临近基站的情况；但是与之相反，在主要大城市，特别是有许多铁路线路引入到城市中心的大城市，由于可能会干扰到临近线路，很难实现频率复用方式。

成功的GSM-R无线方案的关键因素

与GSM一样，GSM-R是蜂窝无线网络，这意味着覆盖区域由一系列相邻以及重叠的小覆盖区域或蜂窝构成。这种网络的优点在于可以使无线覆盖有目标的覆盖到指定区域。在使用公共蜂窝网络的情况下，通常需要无线覆盖越过地理区域，形成二维单元模型。每个基站通道或频率由不同字母表示。如果频率的数量有限，为了避免干扰，则以在相同频率的单元之间存在分离距离这种方式重新使用。

对于铁路GSM-R网络，蜂窝模型是线性的而不是二维的。规划这种网络的规则有所不同，特别是与商业运营相比，GSM-R操作人员需要考虑使

从无线传播的角度来说，我们需要无线方案专家来对铁路环境进行分析，并考虑到以下因素：路堑、路基、隧道、桥梁（桥上和桥下）、轨道弯曲、车站、调车区域。

通常，公共运营商可以在无线电发射地以不同角度覆盖网络难以覆盖的区域。由于GSM-R网络本质上是线性的，且无线电站通常位于铁路用地上，因此为沿线的所有点提供足够的无线覆盖就特别困难。

铁路运营约束条件对确定无线方案也有很大影响。GSM-R的主要应用之一就是提供安全通信，即用于列车司机和调度人员之间的安全通信，该调度人员负责控制在线路的一个或多个区段运行的所有列车。GSM-R考虑到了位置寻址，这意味着列车司机不需要知道负责具体线路的调度人员的电话号码。呼叫是根据列车首次呼叫的源小区而自动发送到相应的调度人员。这样做的优势在于列车司机只需按下按钮而不必考虑列车的位置，即可接通相关调度人员。为实现这项功能，无线小区边界需要和调度管界一致。

这些限制条件构成了铁路运营方案的部分内容，该方案需要在开始执行无线规划之前由铁路运营商来确定。由于任何输入变更都会对无线基站产生影响，因此这些相关的输入必须在执行该方案前进行确定。至少应该包括以下信息的输入。

（1）铁路线路的准确位置以及铁路用地的边界。

（2）考虑作为可能的GSM-R站点的既有结构准确位置。

（3）所有车站、隧道、枢纽、调车区域、控制边界以及相邻第三方铁路的准确位置。

（4）铁路沿线所有点所需的无线流量。

（5）线路速度、方向以及铁路各区段线路的数量。

（6）哪条线路装备了ETCS系统。

（7）铁路紧急呼叫的地理边界（已经经过初始化的GSM-R铁路紧急呼叫包括在预定区域内所有列车和负责该区段线路的调度人员。为了减少对铁路运营的影响，需要仔细定义这些区域。）

为了进行计算，所用的无线预测工具需要一个或多个传播模型、地形和多种数据库。为了能够准确预测，所用的模型针对铁路环境可以进行校正。其中包括在执行无线方案前，在各种类型的铁路环境下运行测试列车。一旦采用了足够多的样本，就可以通过对计划工具的预测内容和测量结果进行比较来校正模型。如果使用了半确定式模型，则不需要通过测量来验证最终无线方案。如果使用了经验模型，现场60%～80%的部分需要利用试验列车进行测量，以确保GSM-R可以在实际运营中正常工作。

地形和多种地图数据库的选择也是确保高效并准确执行无线方案的关键。这也有2种方法：选择低分辨率地图（相对便宜）以及在制定规划过程中预留额外的无线余量；或使用高分辨率地图（相对比较昂贵），这意味着不需要额外的余量。通过给无线方案增加一些“余量”，从保守意义上来说预测显示的结果要比现实略差一些。实际上，与使用高分辨率地图相比，使用低分辨率地图可能会导致无线基站数量的增加。对于GSM-R方案而言，认为50 m属于低分辨率而5 m属于高分辨率。

图1显示了当使用高分辨率数据时，半确定式模型的精度。可以看出当列车沿线运行时信号强度的变化。当列车接近无线基站时，信号增强。灰色线条表示利用半确定式模型预测的信号强度。黑色线条表示从测试列车接到的实际测到的信号强度。这两条线非常靠近。预测中这种置信水平意味着验证测试所需用的测试列车将大大减少。由于3 dB的差异意味着功率的2倍，这就造成了与更精确的规划模型相比需要更多数量的基站。

结论

GSM-R的无线方案需要仔细阐述每个应用程序的服务质量等级。预测工具必须足够灵活，使其数据库的精度可以根据特殊的铁路线路地形而变化。根据铁路的不同规模和复杂性，GSM-R网络总成本的最重要决定因素与无线基站的布置有关。一个差的无线方案虽然可用，但是可能要付出比原来计划多得多的成本。通常的无线规划费用大约是总项目成本的1%～5%，这可作为GSM-R项目成本控制的最好形式。