GSMR在高速鐵路中應(yīng)用

1、畢業(yè)論文題 目: GSM-R 無線通信系統(tǒng)在高速鐵路中的應(yīng)用 系 別: 信息科學(xué)與技術(shù) 專 業(yè): 自動化 姓 名: 梁 勇 西南交通大學(xué)成人教育學(xué)院院 系 成 教 院 專 業(yè) 自動化 年 級 2009 級 姓 名 梁 勇 題 目 指導(dǎo)教師評 語 指導(dǎo)教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日 誠信承諾一、 本設(shè)計是本人獨立完成；二、 本設(shè)計沒有任何抄襲行為；三、若有不實，一經(jīng)查出，請答辯委員會取消本人答辯（評閱）資格。承諾人（鋼筆填寫）：年月日摘 要高速鐵路的蓬勃發(fā)展給GSM-R帶來了新的機遇，但同時高速鐵路的高可靠性要求對作為列控信息承載

2、平臺的GSM-R無線通信系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。無線接入部分是GSM-R系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，因此無線部分的可靠性將決定整個系統(tǒng)的可靠性。同時，列車的高速運動會導(dǎo)致頻繁的越區(qū)切換，嚴(yán)重影響列控通信業(yè)務(wù)的安全，需要對GSM-R系統(tǒng)進行合理的無線規(guī)劃，以保證通信的持續(xù)性和可靠性。本文針對高速鐵路的情況，分析對比了不同無線冗余覆蓋方式的優(yōu)劣。從滿足列控需求的角度，對小區(qū)覆蓋和基站間距進行了規(guī)劃，并對列車速度與重疊區(qū)的關(guān)系進行了深入分析。針對在高速鐵路中廣泛應(yīng)用的三種無線冗余覆蓋方案進行了深入分析，就不同方式的系統(tǒng)可靠性、容災(zāi)性、頻率利用效率、抗干擾能力和對越區(qū)切換的影響進行了對比，為工程設(shè)計中無線冗余方案的

3、選擇提供了理論依據(jù)。本次設(shè)計共分為四章，第一章是緒論，第二章介紹高速對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)的要求和影響，第三章主要介紹高速環(huán)境下的無線冗余覆蓋，第四章介紹高速環(huán)境下的小區(qū)規(guī)劃。關(guān)鍵詞：無線通信； 高速鐵路； 冗余覆蓋目 錄摘 要II第1章 緒 論11.1 國外高速鐵路的發(fā)展11.2 國內(nèi)高速鐵路的發(fā)展11.3 GSM-R在高速鐵路中的應(yīng)用2第2章 高速對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)的要求和影響32.1 高速對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)的影響32.1.1 對無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響32.1.2 對小區(qū)重選和越區(qū)切換的影響32.1.3 對誤碼率的影響42.1.4 對GSM-R網(wǎng)絡(luò)同步性能的影響52.2 高速列控對GSM-R

4、系統(tǒng)的要求5第3章 高速環(huán)境下的無線冗余覆蓋73.1 無線子系統(tǒng)冗余覆蓋方案73.2 不同冗余方案的頻率分配73.2.1 規(guī)劃原則73.2.2 同頻復(fù)用距離83.2.3 不同方案的頻率分配93.3不同冗余方案的對比103.3.1 無線子系統(tǒng)可靠性103.3.2 系統(tǒng)容災(zāi)能力123.3.3 頻率復(fù)用度123.3.4 抗干擾能力133.3.5 對越區(qū)切換的影響133.3.6 工程造價13第4章 高速環(huán)境下的小區(qū)規(guī)劃144.1 小區(qū)類型144.1.1 宏小區(qū)144.1.2 小區(qū)154.1.3 微小區(qū)154.2 路徑損耗154.2.1 常用傳播模型154.2.2 路徑損耗建模164.2.3 路徑損耗計

5、算174.3 小區(qū)覆蓋規(guī)劃184.4 重疊區(qū)規(guī)劃184.4.1 重疊區(qū)定義184.4.2 決定重疊區(qū)長度的因素194.4.3 依據(jù)載干比計算重疊區(qū)長度204.5 基站間距規(guī)劃204.5.1 列控QoS指標(biāo)對最小基站間距的限定204.5.2 不同環(huán)境下的基站間距21結(jié) 論22致 謝23參考文獻24第1章 緒 論根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟(UIC)的定義，凡是新建線路運營速度超過250km/h或者既有改造線路運營速度超過200km/h的均可稱為高速鐵路。1.1 國外高速鐵路的發(fā)展國外高速鐵路發(fā)展較早，主要以日本、法國和德國為代表，下面分別予以介紹。1964年，世界第一條高速鐵路在日本東京至大販建成通車，全長

6、515.4公里，投入運營后，列車運行速度達210km/h。這條專門用于客運的電氣化、標(biāo)準(zhǔn)軌距的雙線鐵路，代表了當(dāng)時世界第一流的鐵路高速技術(shù)水平，并標(biāo)志著世界高速鐵路試驗階段跨入了商業(yè)運營階段。法國于1981年建成TGV巴黎東南線(巴黎至里昂，全長417公里)，其列車最高運行時速達270公里。法國東南線的成功運營，證明高速鐵路也完全適合歐洲環(huán)境，高速列車是一種具有競爭力的現(xiàn)代交通工具。在2007年四月，TGV創(chuàng)造了當(dāng)前輪軌列車所能達到的最高時速：574.8km/h。目前法國高速鐵路總里程達到1700公里。德國高速鐵路稱為ICE(Inter City Express)，其發(fā)展晚于法國TGV，起始于

7、80年代，但是發(fā)展很快。1991年6月漢諾威至維爾茨堡線(長327公里)正式通車，成為德國第一條正式運營的高速鐵路。此后于1992年6月建成了曼海姆至斯圖加特線(長105公里)。1999年，德國的第三代ICE線路的實際運營速度己經(jīng)可以達到330km/h。目前，法國已有科隆至法蘭克福，漢諾威至柏林和卡爾斯魯厄至巴塞爾等多條高速線路，總里程達1290公里。1.2 國內(nèi)高速鐵路的發(fā)展與國外相比，我國高速鐵路起步較晚，但是近年發(fā)展迅速。我國于2004年三月在上海引進了磁懸浮列車，其最高時速達430 km/h；2007年四月開始了常規(guī)高速鐵路運營，2008年正式開通的京津城際時速可達350km/h，是目

8、前世界上運營速度最快的城際高速鐵路。2005年年初國務(wù)院常務(wù)會議討論并原則通過了中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，明確了我國鐵路網(wǎng)中長期建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)，描繪了鐵路網(wǎng)至2020年的宏偉藍圖，這標(biāo)志著我國鐵路新一輪大規(guī)模建設(shè)即將展開。根據(jù)規(guī)劃，我國將修建全長達到12000公里的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，時速超過200km/h，成為世界上最大的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。1.3 GSM-R在高速鐵路中的應(yīng)用GSM-R是鐵路行業(yè)的國際無線通信標(biāo)準(zhǔn)，同時也是ERTMS(歐洲鐵路運輸管理系統(tǒng))的一部分，主要用于列車與地面控制中心的通信。根據(jù)EIRENE- MORANE規(guī)范，GSM-R可滿足列車在最高500km/h時速下的列控?zé)o線通信需求。伴隨著高

9、速鐵路在世界范圍內(nèi)的蓬勃發(fā)展，GSM-R也必然在高速鐵路環(huán)境中獲得廣泛應(yīng)用。GSM-R基于GSM，充分利用GSM技術(shù)的規(guī)模效應(yīng)和成熟性，來實現(xiàn)經(jīng)濟高效且具有高度互操作性的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，從而取代現(xiàn)有的各種互不兼容的軌道電纜和模擬通信系統(tǒng)。作為一個具有高度獨立性和互操作性的通信平臺，GSM-R可將控制命令直接傳輸給列車駕駛員，從而允許列車以更高的速度行駛并具有更高的安全性。GSM-R是一個可靠的語音和數(shù)據(jù)通信平臺，可以為鐵路運營工作人員，司機，調(diào)度員和維護人員等提供通信服務(wù)。此外，它還可以提供像VGCS，VBS，基于位置尋址的呼叫以及增強多優(yōu)先級強拆等業(yè)務(wù)，可以充分滿足鐵路環(huán)境復(fù)雜多樣的通信需

10、求。由于GSM-R可實現(xiàn)跨國界的高速和一般列車之間的通信，能將現(xiàn)有的鐵路通信應(yīng)用融合到單一網(wǎng)絡(luò)平臺中，以減少集成和運行費用，而且GSM-R是由已標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備改進而成，GSM平臺上已經(jīng)提供了大量的業(yè)務(wù)，因而引入鐵路專用的功能時，只需最低限度地改動，就能保證價格低廉、性能可靠地實現(xiàn)和運行?，F(xiàn)在已經(jīng)有38個國家和地區(qū)選擇采用GSM-R標(biāo)準(zhǔn)，已廣泛用于德國、瑞士、瑞典、意大利、西班牙、英國、比利時、荷蘭和芬蘭等國以及亞洲和非洲等地區(qū)?？梢姡珿SM-R受到了世界各國高速鐵路行業(yè)的青睞。我國從2005年起高速鐵路客運專線GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進入實施階段。作為奧運重點建設(shè)項目的京津城際鐵路已于2008年開通，

11、采用的是GSM-R系統(tǒng)。正在建設(shè)的武廣、鄭西和京滬等長達7000km的高速線路都已決定采用GSM-R系統(tǒng)，GSM-R在中國高速鐵路有巨大的發(fā)展空間。第2章 高速對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)的要求和影響高速對無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求，如何確保高速環(huán)境下無線通信的可持續(xù)性和可靠性是移動運營商和移動設(shè)備商需要共同面對的難題。在高速鐵路的環(huán)境下，由于列車的高速行駛和環(huán)境變化，使得高速下的無線通信面臨著更大的挑戰(zhàn)。2.1 高速對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)的影響2.1.1 對無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響高速鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要涉及到小區(qū)切換帶、切換關(guān)系、重疊區(qū)規(guī)劃、容量估算、冗余設(shè)計、隧道覆蓋和位置區(qū)規(guī)劃等?？偟膩碚f，高鐵無線規(guī)劃

12、最終要達到比公用GSM更好的覆蓋和信號接收概率。對于越區(qū)切換的規(guī)劃要尤其注意。為了減少在小區(qū)邊界的切換次數(shù)，可以使用兩根180度覆蓋天線對一個小區(qū)進行覆蓋，相比全向天線來說，這樣將使得切換次數(shù)減少一半左右，并且能夠擴大覆蓋范圍。由于列車的高速運動，對于切換帶和重疊區(qū)的設(shè)計要尤其仔細，重疊區(qū)域的設(shè)置會對越區(qū)切換的影響很大。如果重疊區(qū)太小，可能會出現(xiàn)弱場，導(dǎo)致切換中接收不到信息而通信中斷；如果重疊區(qū)太大，同頻干擾增大，切換時間會很長，不易控制，因此要想解決好鐵路沿線的切換問題，需要合理設(shè)計重疊區(qū)域的大小。同時無線基站的選址也要與地面應(yīng)答器等信號設(shè)備以及無線閉塞中心等設(shè)備協(xié)調(diào)考慮，比如不能讓切換發(fā)生

13、在RBC交接處等，這就更增加了無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的難度。對于大型車站及普通車站，其頻率規(guī)劃及天線架設(shè)等也與軌道環(huán)境有很大的不同，也要合理設(shè)置，避免列車在車站環(huán)境產(chǎn)生信道擁塞或者頻繁切換。綜上可見，滿足列控通信的高速線路無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與普速線路和公用網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，如何建設(shè)高可靠的無線網(wǎng)絡(luò)將成為高速線路GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)。2.1.2 對小區(qū)重選和越區(qū)切換的影響移動通信系統(tǒng)需要一定的時間對無線信道資源進行測量、平均、判決、執(zhí)行等，隨著用戶移動速度的加快，一項流程從發(fā)起到完成(如切換、呼叫等)，無線環(huán)境往往已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，這將給網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的正常進行帶來一些新的問題。在空閑模式下，MS會

14、連續(xù)監(jiān)測BA(BCCH分配)列表中所有載頻的電平情況，對電平進行平均處理的時間是：Max5，(5N+6)/7)XBS一PA一MFRMS/4。其中，N是BA表中載頻的數(shù)量。按網(wǎng)絡(luò)的通常設(shè)置，BA表中的載頻就是鄰區(qū)的BCCH頻點，在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中由于鄰小區(qū)較少，因此N的最大值取6。 BSPAMFRMS表示小區(qū)中的尋呼信道被分配成的尋呼子信道數(shù)，包含于信息單元“控制信道描述”中，在每個小區(qū)廣播的系統(tǒng)消息中傳送，取值范圍為29，該值的大小取決于尋呼負載，本處取4(GSM-R網(wǎng)絡(luò)中話務(wù)量較少)?？捎嬎愕贸鲎畲蟮钠骄幚頃r延為5s。專用模式下，MS每隔480ms向BTS上報一次6個最佳鄰小區(qū)，至少每隔1

15、05解調(diào)1次小區(qū)列表中的BSIC(基站識別碼)，如果是新出現(xiàn)在小區(qū)列表中的小區(qū)，則需在55內(nèi)解調(diào)BSIC。對于無法解調(diào)BSIC的小區(qū)，其信號強度是不會上報的，這樣就會出現(xiàn)一種情況：當(dāng)服務(wù)小區(qū)信號強度快速衰落時，鄰小區(qū)雖然信號強度很好，但是由于無法及時解調(diào)出BSIC，造成無法切換而導(dǎo)致通信中斷。從切換請求發(fā)起到切換完成釋放源小區(qū)資源，跨MSC切換一般需要5s，BSC內(nèi)小區(qū)間切換時間為3s。因此從測量、判決到完成切換，這段時間的典型值是BSC內(nèi)小區(qū)間切換為7s，對于跨MSC的切換，這個時間將達到9s。假設(shè)列車運行速度為350km/h，那么一個小區(qū)從進入鄰區(qū)列表、解調(diào)BSIC、測量、觸發(fā)切換，到切換

16、完成，至少需要5+4+3=12s(對于BSC內(nèi)切換)，火車對應(yīng)移動的距離是1166m，在這段距離內(nèi)，服務(wù)小區(qū)必須保證信號不發(fā)生快速衰落導(dǎo)致通信中斷，則電平值需不低于-95dBm，才能保證呼叫的正常進行。2.1.3 對誤碼率的影響 由于高速移動所帶來的多普勒頻移以及信道快速變化等因素的影響，高速環(huán)境下的誤碼率高于普通速度下的誤碼率。表2-1是來自Morane項目在法國鐵路線上在不同列車速度下測試得到的誤碼率結(jié)果。表2-1 不同速度下誤碼率從表2-1可見，對于表中三種傳輸方式，列車速度均對誤碼率產(chǎn)生了顯著影響。2.1.4 對GSM-R網(wǎng)絡(luò)同步性能的影響高速運動情況下保持基站和移動臺之間的同步問題，

17、主要體現(xiàn)在GSM時間提前量(TA)這個參數(shù)的解碼能力上。在呼叫進行期間，移動臺發(fā)送給基站的測量報告報頭上攜帶著移動臺測量的時延值，而基站必須監(jiān)視呼叫到達時的時間，并在下行SACCH的系統(tǒng)消息上以每兩秒一次的頻率向移動臺發(fā)出指令，隨著移動臺離開基站的距離的變化，逐步指示移動臺應(yīng)該提前的發(fā)送的時間?？梢娨苿优_測量的時延值發(fā)送的頻率為每480ms一次，而基站每兩秒向移動臺發(fā)一次指令，也就是說GSM-R系統(tǒng)1人的最快的調(diào)整為每2s調(diào)整一個碼元，可以推導(dǎo)出其可支持的最大速率為：3.7*10-6*3*108*3600/(2*2)=999km/h。故在目前TA機制完全能夠支持到500km/h。2.2 高速列

18、控對GSM-R系統(tǒng)的要求為了確保高速環(huán)境下的列控的需求，國內(nèi)外的相關(guān)機構(gòu)都制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，GSM-R只有達到這些標(biāo)準(zhǔn)，才能確保列控通信的可靠性。ERTMS規(guī)定了GSM-R要達到以下指標(biāo)：GSM-R要能夠支持列車最高時速500 km/h，平均運營速度350 km/h的下的列控通信，誤碼率要小于10-4，在傳輸列控數(shù)據(jù)時最小接收電平要高于-85dBm。為了保證高速列車安全運行，實現(xiàn)列車自動控制，要求列車與地面之間進行雙向、大量信息傳輸，這些信息包括：列車狀態(tài)、列車速度、列車位置、列控信息、線路數(shù)據(jù)信息、橋隧信息和環(huán)境信息等。下表就是應(yīng)用于CTCS3級列控GSM- R無線子系統(tǒng)所需具備的無線覆蓋及

19、Qos指標(biāo)。無線場強覆蓋以最小可用接收電平表示，并應(yīng)符合下表的規(guī)定：表2-2 最小可用接收電平為了保證無線場強覆蓋設(shè)計不會越過相鄰基站或直放站，無線覆蓋還應(yīng)滿足以下規(guī)定：1)同頻道干擾保護比：不小于12dB；2)鄰頻道干擾保護比：不小于-6dB。第3章 高速環(huán)境下的無線冗余覆蓋3.1 無線子系統(tǒng)冗余覆蓋方案 高速鐵路的GSM-R無線系統(tǒng)需要為列控系統(tǒng)提供電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，必須高度重視系統(tǒng)的可靠性，而無線部分是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵所在，因此，必須引入冗余以提高整個系統(tǒng)的可用度。對于無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，從防止設(shè)備單點故障的角度出發(fā)，需要考慮以下情況：l)對于有源通信設(shè)備，如果設(shè)備癱瘓，會使GSM-R系統(tǒng)部分或全

20、部服務(wù)中斷，應(yīng)考慮故障后的備用手段，而且能夠在極短時間內(nèi)恢復(fù)業(yè)務(wù)。沿線有大量同類設(shè)備、維護不方便的設(shè)備，如基站、直放站、傳輸、電源設(shè)備等，應(yīng)設(shè)計為自動恢復(fù)到備用工作方式；對于設(shè)備數(shù)量少、投資較大、但設(shè)置地點維護方便的設(shè)備，如BSC或者TRAU、MSC等，可采用具有較高MTBF(Mean Time Between Failures，即平均故障間隔時間)和較低MTTR(MeanTime To Repair，即平均恢復(fù)時間)的設(shè)備，有故障時可以做到自動切換到備用工作方式。2)對于無源器件，比如漏纜，架設(shè)雙條投資很高，考慮到客運專線E常運營時不允許人員進入，因此只要管理維護得當(dāng)，平時很少遭受人為破壞。

21、設(shè)計中要完善對漏纜的監(jiān)測，一旦性能劣化應(yīng)自動告警，并及時維修。3)對于基礎(chǔ)設(shè)施，比如機房、鐵塔，一旦倒塌、或遭受人為或者自然災(zāi)害而濘致站點的不可用，將直接導(dǎo)致GSM-R系統(tǒng)的服務(wù)中斷。因此，在站址選取時應(yīng)避免洪澇區(qū)和容易發(fā)生山體滑坡的區(qū)域，攀礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計要保留一定余量，防雷接地及EMC系統(tǒng)設(shè)計完善，并加強對基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護。GSM-R無線子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，因此，針對以上情況，日前有以下三種兀余覆蓋方式：單層交織冗余覆蓋，雙層基站共址和雙層基站交織覆蓋。3.2 不同冗余方案的頻率分配頻率規(guī)劃是GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，良好的頻率規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基礎(chǔ)。不同冗余方式有著不同的頻率

22、規(guī)劃方案，因此導(dǎo)致了不同的頻率利用效率、抗干擾能力、系統(tǒng)容量和擴容能力。本節(jié)將就上述三種冗余覆蓋方式的頻率規(guī)劃方案的相關(guān)問題進行研究。3.2.1 規(guī)劃原則1. 工作頻段GSM-R采用900MHz工作頻段，885MHz889MHz(上行)、930MHz 934MHz(下行)，共4MHz頻率帶寬，雙工收發(fā)頻率間隔45MHz，相鄰頻道間隔為200kHz。按等間隔頻道配置的方法，共有21個載頻。頻道序號從9991019，扣除底端999和高端1019做為隔離保護，實際可用頻道19個，頻道序號為10001018。頻道序一號和頻道標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：fL(n)=890.000MHz+(n-1024)*0.

23、200MHz(上行) (3-1)fH(n)= fL(n)+45MHz(下行) (3-2)n=999 10192頻率分配原則頻道分配應(yīng)考慮同頻道干擾、鄰頻道干擾和互調(diào)干擾等因素，并使載干比滿足以下要求：同頻道載干比：控制信道及列控業(yè)務(wù)信道C/I12dB，其他業(yè)務(wù)信道所在頻率的C/I9dB；鄰頻道載干比：C/I-6B；偏離載波400kHz時的干擾保護比：C/ I一38dB。3頻率規(guī)劃基本原則良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個良好頻率計劃的基礎(chǔ)。在進行一定區(qū)域內(nèi)的頻率規(guī)劃時，一般采用地理分片的方式進行，但需要在分片交界處預(yù)留一定頻點(頻率足夠使用時)或進行頻點劃分。交界處的選擇盡量避開熱點地區(qū)或組網(wǎng)復(fù)雜區(qū)。不管采

24、用何種方式進行頻率規(guī)劃，一般需要遵循以下原則：同基站內(nèi)不允許存在同頻頻點；同一小區(qū)內(nèi)BCCH和TCH的頻率間隔最好在400kHZ以上；沒有采用跳頻時，同一小區(qū)的TCH間的頻率間隔最好在40kHz以上；非1×3復(fù)用方式下，直接鄰近的基站避免同頻(即使其天線主瓣方向不同，旁瓣及背瓣的影響也會因天線及壞境的原因而難以預(yù)測)；考慮到天線掛高和傳播環(huán)境的復(fù)雜性，距離較近的基站應(yīng)盡量避免同頻相對。3.2.2 同頻復(fù)用距離蜂窩系統(tǒng)容量受無線帶寬的限制，頻率必須進行復(fù)用刁能滿足一定區(qū)域內(nèi)的容量需求。在同等區(qū)域內(nèi)，頻率復(fù)用距離越寬松，同鄰頻干擾越小，但容量也??；頻率復(fù)用越緊密，雖然容量得到一定的提升，

25、但隨之帶來了同鄰頻干擾的上升?？刂茝?fù)用頻點的相互干擾是頻率規(guī)劃中的關(guān)鍵。頻率復(fù)用距離可根據(jù)GSM-R系統(tǒng)的載干比要求進行分析計算。假設(shè)C是信號有用功率，I是干擾信號的功率，在一個系統(tǒng)中，同頻干擾可能有多個，先假設(shè)共有K個干擾源，每個干擾用IK表示，K的取值從lK，那么同頻信號的載干比就可以表示為： (3-3)按照無線信號傳播理論，信號在空間按照接收位置到發(fā)射位置的冪指數(shù)下降，假設(shè)天線的輻射功率為PT，在距離發(fā)射天線位置d處接收到平均信號功率Pd可以由下面公式表示Pd=PTA/dn (3-4)A為一個常數(shù)；n為傳播指數(shù)，取值范圍在24之間，隨著環(huán)境不同取值不同。服務(wù)基站的干擾l都是其余同頻基站信

26、號的總和，在PT取值都一定的情況下，式(3)中干擾信號強度Ik都可用式(5)表示： (3-5)而服務(wù)基站服務(wù)范圍有用信號應(yīng)該以服務(wù)小區(qū)半徑邊緣來表示，即C可以表示為：C= PTA/dn (3-6)根據(jù)以上分析C/工可以用距離參數(shù)進行歸一化表示： (3-7)根據(jù)GSM-R小區(qū)線狀覆蓋的不同方案可根據(jù)式（7）導(dǎo)出不同的計算公式。3.2.3 不同方案的頻率分配1單層交織覆蓋單層交織冗余覆蓋網(wǎng)絡(luò)所需的小區(qū)數(shù)在原有的單層網(wǎng)絡(luò)上增加了一倍，使原先使用2x2頻率復(fù)用模式的變?yōu)?x2的復(fù)用模式，因此對GSM一R的19個頻點可做如表1所示的分組，共分8組，由于實際應(yīng)用中可能有一些特殊站型和特殊環(huán)境的應(yīng)用，預(yù)留三

27、個頻點1001、1010、和1017號頻點作為整個網(wǎng)絡(luò)調(diào)整使用。表3-1 單層交織覆蓋頻率分組頻率分配的秩序可以按1、3、5、7、2、4、6、8的秩序進行，其每小區(qū)的最大配置為2載頻，可保證同一小區(qū)和鄰小區(qū)的頻點不相鄰，如重疊覆蓋小區(qū)實行負荷分擔(dān)，則等效每小區(qū)的最大容量為4載頻。2同站址雙層網(wǎng)絡(luò)同站址無線雙層網(wǎng)絡(luò)的頻率分配可在表3頻率分組的基礎(chǔ)上，對頻率分組進行重新組合，見表3-2所示.表3-2同站址雙層覆蓋頻率分組同站址兩個基站的頻率配置(網(wǎng)絡(luò)A，網(wǎng)絡(luò)B)可按秩序(l，3)、(5，7)、(2，4)、(6，8)進行，其等效的最大小區(qū)配置仍為四載頻。3交織雙層覆蓋交織雙側(cè)網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃既可按單網(wǎng)

28、交織冗余覆蓋網(wǎng)絡(luò)方式進行，也可按同站址無線雙層網(wǎng)絡(luò)的方式進行，其等效的最大小區(qū)配置也是四載頻。3.3不同冗余方案的對比上述三種無線冗余覆蓋方案，都在某種程度上提高了系統(tǒng)的可靠性，但它們在可靠性程度、頻率規(guī)劃與擴容能力、抗干擾能力、小區(qū)切換和工程造價等方面還存在不同，一卜面就針對這幾個方面對這三種冗余方式進行比較。3.3.1 無線子系統(tǒng)可靠性l系統(tǒng)可靠性基本準(zhǔn)則對于串聯(lián)結(jié)構(gòu)，無線系統(tǒng)的可用度是各單元可用度的乘積：Asys=Ai (3-8)其中Asys為串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可用度，Ai為各個單元的可用度對于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的可用度通過不可用度間接計算，不可用度為：Usys=Ui (3-9)則并聯(lián)系統(tǒng)的可用

29、度為：Asys=1-Ui (3-10)2單層交織可靠性模型單層交織可靠性模型如圖3-1所示。Asys=1-(1-ABTS1*ABTS3)*( 1-ABTS2)*ABSC (3-11)假設(shè)所有BTS的可用度都是相同的，則上式可簡化為：Asys=(ABTS+A2BTS- A3BTS)* ABSC (3-12)圖3-1 單層交織覆蓋可靠性模型3雙層交織可靠性模型雙層交織可靠性模型如圖3-2所示。圖3-2 雙層交織覆蓋可靠性模型上述結(jié)構(gòu)的可用度為：Asys=1-(1-ABTS1*ABTS3*ABSC1)*( 1-ABTS2*ABSC2) (3-13)假設(shè)所有BTS的可用度都是相同的，所有BSC的可用度

30、是相同的，則上式可簡化為：Asys=ABSC*ABTS*(1+ABTS-A2BTS*ABSC) (3-14)4同站址雙層可靠性模型雙層同站址可靠性模型如圖3-3所示圖3-3 雙層共站址覆蓋可靠性模型上述結(jié)構(gòu)的可用度為：Asys=1-(1-ABTS1*ABSC1)*( 1-ABTS2*ABSC2) (3-15)假設(shè)所有BTS的可用度都是相同的，所有BSC的可用度是相同的，則上式可簡化為： Asys=2*ABSC* ABTS -A2BTS*A2BSC (3-16)單層交織網(wǎng)絡(luò)的不可用度是相對較高的，其不可用度接近1小時/4年，而其它兩種方式從理論上來說是幾乎不會失效的，共站址雙層覆蓋方式的設(shè)備可靠

31、性是最高的。3.3.2 系統(tǒng)容災(zāi)能力一旦某一站點發(fā)生重大災(zāi)難性事故(如塌方、泥石流、爆炸等)，采用同站址雙層覆蓋方式可能導(dǎo)致該點的兩套無線設(shè)備都不能正常工作，從而使網(wǎng)絡(luò)覆蓋發(fā)生中斷，業(yè)務(wù)在此區(qū)段無法實現(xiàn)；而如果采用交織單網(wǎng)和交織雙網(wǎng)覆蓋方式，單點故障不會導(dǎo)致無線覆蓋中斷，業(yè)務(wù)可以正常使用。因此，在系統(tǒng)容災(zāi)性方面，交織雙網(wǎng)和交織單網(wǎng)均強于同站址雙層網(wǎng)絡(luò)。3.3.3 頻率復(fù)用度頻率利用效率可以用頻率復(fù)用度來表征，它反映了頻率復(fù)用的緊密程度。頻率復(fù)用度：fresue=NARFCN/NIRX其中NARFCN為總的可用頻點數(shù)，NIRX為小區(qū)配置的TRX。對于n×m頻率復(fù)用方式：n表示復(fù)用簇中有

32、n個基站，m表示每個基站有m個小區(qū)。那么它的頻率復(fù)用度為：fresue=n×m顯然，頻率復(fù)用度越低，其頻率復(fù)用越緊密，頻率的利用率越高，但隨著頻率復(fù)用緊密程度的減小，無線網(wǎng)絡(luò)的干擾也增大，需要DTX，功率控制等技術(shù)來支持；頻率復(fù)用度越大，其頻率利用率越小，但容易獲得較高的網(wǎng)絡(luò)話音質(zhì)量。3.3.4 抗干擾能力對于同站址雙層覆蓋，通過鏈路計算，設(shè)計兩個基站的間距為5km，則第一個基站在其中心區(qū)域的信號電平為-89dBm，在距離第一個基站2.95km(2.5+0.9/2)處信號電平為-92dBm，該點為移動臺切換到第二個基站結(jié)束位置，是移動臺正常工作在第一個基站的最低電平位置，列車行駛經(jīng)過

33、該位置時，信號已經(jīng)切換到第二個基站，第二個基站信號在此位置強度為-86dBm。根據(jù)鐵道部與中國移動的初步協(xié)商意見，中國移動基站信號在距離鐵軌2km位置處信號電平應(yīng)低于-95dBm，信號強度按照34倍的指數(shù)衰減，鐵路2km處信號強度將衰減912dB，那么在正常工作最低電平位置GSM-R與中國移動基站的載干比C/I=-92(959)=12，滿足C/I=12的系統(tǒng)要求，因此，信號電平在該覆蓋一下可以滿足系統(tǒng)安全運行的質(zhì)量要求。3.3.5 對越區(qū)切換的影響交織冗余方案時主要以相鄰基站覆蓋冗余為主，需要對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃做較為充足的網(wǎng)絡(luò)覆蓋余量，在網(wǎng)絡(luò)運行時需要調(diào)整避免網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)切換頻繁，重選過多等問題。按照列車

34、時速350km/h計算，同站址方案站間距5km，則每51s會發(fā)生一次切換(不考慮切換失敗的情況)，數(shù)據(jù)通道的中斷時間為300ms，對通道效率的影響小于0.6%。交織方案站間距3.2km，則每33s會發(fā)生一次切換(不考慮切換失敗的情況)，對通道效率的影響小于0.9%。為了確保無線信道盡可能高的可靠性，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)盡量避免頻繁切換。假設(shè)線路總長1000km，對于同站址覆蓋，則越區(qū)切換大約200次，而交織覆蓋則大約為312次，可見，后者比前者切換次數(shù)增加了56%。切換次數(shù)的增加增大了通信中斷的概率，也就增加了通信中斷的可能性。3.3.6 工程造價同站址雙層覆蓋比單層交織覆蓋主要增加了基站設(shè)備和基站

35、控制器，而電源、機房、鐵塔等設(shè)施基本可以共用，因此在投資方面比較經(jīng)濟。單網(wǎng)交織冗余覆蓋方案由于網(wǎng)絡(luò)采用冗余覆蓋，與同站址雙層覆蓋方案相比，基站站點數(shù)量增多約60%，而基站數(shù)量減少20%，相應(yīng)地，電源、機房、鐵塔建設(shè)、傳輸設(shè)備及通信線路建設(shè)等配套內(nèi)容也一并增加27l。經(jīng)測算，單網(wǎng)交織冗余覆蓋方案比同站址雙層覆蓋方案投資約增加30%。交織雙網(wǎng)較交織單網(wǎng)增加了基站控制器、移動交換機等控制設(shè)備，投資較單網(wǎng)交織更大一些?？梢?，在工程造價方面，交織雙網(wǎng)最大，交織單網(wǎng)次之，同站址雙網(wǎng)最小。第4章 高速環(huán)境下的小區(qū)規(guī)劃高速鐵路環(huán)境下的GSM-R系統(tǒng)需要在時速200350km/h下運行，要為列控系統(tǒng)提供雙向信息

36、傳輸通道，并提供無線列調(diào)、車次號及調(diào)度命令信息傳送、區(qū)間公務(wù)移動通信等業(yè)務(wù)。參照歐洲 EIRENE SRSv.15系統(tǒng)需求規(guī)范，GSM-R網(wǎng)絡(luò)的最小接收電平建議為-92dBm(95%覆蓋率，機車天線頂部接收)。列控系統(tǒng)對GSM-R網(wǎng)絡(luò)提出了很高的QoS需求，需滿足ERTMS /ETCS Subset-093的指標(biāo)。沿鐵路線實現(xiàn)場強無縫連續(xù)覆蓋并達到系統(tǒng)QoS要求是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一項重要任務(wù)。鐵路沿線的場強覆蓋規(guī)劃，一般可根據(jù)場強覆蓋預(yù)測模型進行電波的傳播預(yù)測。在實現(xiàn)無線信號無縫覆蓋的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該根據(jù)線路最高設(shè)計時速對切換重疊區(qū)進行很好地規(guī)劃，保證足夠的重疊區(qū)長度，以滿足快速越區(qū)切換的需要(信

37、號>-92dBm)。重疊區(qū)域的設(shè)置對越區(qū)切換的影響很大。若重疊區(qū)太小，可能會出現(xiàn)弱場，導(dǎo)致切換中接收不到信令而通信中斷；若重疊區(qū)太大，會導(dǎo)致嚴(yán)重的同頻干擾，對列控通信質(zhì)量造成不利影響。因此要想解決好鐵路沿線的切換問題，需要合理設(shè)計重疊區(qū)域的大小。關(guān)于重疊區(qū)的規(guī)劃將在本章進行重點研究。此外，由于GSM-R系統(tǒng)的越區(qū)切換為硬切換，每次切換將導(dǎo)致EVC-RBC(車載安全計算機-無線閉塞中心)間的列控CSD(電路域數(shù)據(jù))業(yè)務(wù)中斷300500ms，為了更好地滿足列控對GSM-R系統(tǒng)無錯誤傳輸周期的要求，2次連續(xù)越區(qū)切換間隔大于205，因此可以根據(jù)該指標(biāo)計算出基站間最小站距，作為高速環(huán)境下基站間距設(shè)

38、計的理論下限，并據(jù)此推斷出何種環(huán)境下不宜開行高速列車。4.1 小區(qū)類型在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)小區(qū)的覆蓋半徑可以將小區(qū)分為三類：宏小區(qū)、小區(qū)和微小區(qū)。4.1.1 宏小區(qū)在宏小區(qū)中，基站的天線安裝位置一般要超過周圍房頂?shù)淖罡吒叨取Ｂ窂綋p耗主要取決于移動臺周圍房頂?shù)难苌浜蜕⑸?，主要射線是在房頂上傳播的。宏小區(qū)的半徑最小1km，一般均超過3km。對于宏小區(qū)可以采用Hata宏蜂窩傳播模型(150-l000MHz)來計算路徑損耗。宏小區(qū)覆蓋適用于城市、郊區(qū)和鄉(xiāng)村地區(qū)的鐵路環(huán)境。4.1.2 小區(qū)對于小區(qū)覆蓋，天線安裝位置高于周圍建筑的平均高度，但低于周圍房頂?shù)淖罡吒叨?，其傳播機理與宏小區(qū)相同。小區(qū)和宏小區(qū)

39、的主要差別是傳播范圍，典型小區(qū)的最大半徑小于3km，通常收發(fā)天線之間分為兩種情況：視距情況和非視距情況。在小區(qū)半徑小于1km的場合，不能使用Hata模型。小區(qū)的覆蓋適用于鐵路線路鋪設(shè)在城市地區(qū)和郊區(qū)的環(huán)境。4.1.3 微小區(qū)微小區(qū)的基站天線高度通常低于周圍建筑的平均高度，波的傳播決定于建筑物周圍的衍射和散射。微小區(qū)可以采用 COST231傳播模型來計算路徑損耗，半徑在100300m范圍內(nèi)，基站與移動臺間的距離d>0.02km。微小區(qū)的覆蓋適用于人口密度高話務(wù)量較大的城市地區(qū)。根據(jù)上面的三種分類的特性，再結(jié)合高速鐵路的實際環(huán)境，可以認為高速環(huán)境下的小區(qū)覆蓋類型主要為宏小區(qū)，而其它兩種覆蓋主

40、要適用于在車站或者編組站等環(huán)境。所以本文后面都默認采用宏小區(qū)覆蓋。4.2 路徑損耗4.2.1 常用傳播模型傳播模型是非常重要的，它是移動通信網(wǎng)中小區(qū)規(guī)劃的基礎(chǔ)。一個優(yōu)秀的移動無線傳播環(huán)境模型要能夠根據(jù)不同的地形、地貌或者是不同的環(huán)境做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。這些環(huán)境因素涉及了傳播模型中的很多變量，它們都起著重要的作用。多數(shù)模型是預(yù)測無線電波傳播路徑上的損耗的。所以傳播環(huán)境對無線傳播模型的建立起關(guān)鍵作用，確定某一特定地區(qū)的傳播環(huán)境的主要因素有：自然地形(高山、丘陵、平原、水域等)；人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性；該地區(qū)的植被特征；天氣狀況；自然和人為的電磁噪聲干擾；此外，無線傳播模型還受系統(tǒng)工作頻率

41、和移動臺運動狀況的影響。在相同地區(qū)，工作頻率不同，接收信號衰落狀況各異。靜止的移動臺與高速運動的移動臺的傳播環(huán)境也大不相同。目前，針對宏小區(qū)環(huán)境移動無線電波的傳播特性有多種傳播預(yù)測模型，在900MHz時常用的有：Okumura模型、Hata模型、 Cost231-Walfisch-Ikegami模型等。1Hata模型Hata模型是廣泛使用的一種中值路徑損耗預(yù)測的傳播模型，適用于宏蜂窩(小區(qū)半徑大于Ikm)的路徑損耗預(yù)測。該模型是根據(jù)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出的經(jīng)驗公式，是一個公式化的模型，其路徑損耗計算公式中的參數(shù)容易獲得，模型應(yīng)用簡單，Hata模型針對大城市、中小城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村準(zhǔn)開放、鄉(xiāng)村開放等

42、環(huán)境制定了相應(yīng)的修正因子，擴大了其使用范圍，預(yù)測結(jié)果較為精確，便于計算機處理，因此Hata模型非常具有實用價值。2Okumura模型該模型是預(yù)測城區(qū)信號時使用最廣泛的模型，最初是基于東京環(huán)境得出的，對具有高密度樓房的大城市環(huán)境預(yù)測比較精確，但是對城區(qū)和郊區(qū)快速變化反應(yīng)較慢，預(yù)測和測試的路徑損耗偏差為10dB-4OdB。模型完全基于測試數(shù)據(jù)，不提供任何分析解釋，需要查詢曲線圖，不便于計算機處理。3Cost231-Walfisch-Ikegami模型該模型是適用于密集城區(qū)組網(wǎng)的微蜂窩模型，廣泛應(yīng)用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境。模型考慮了較多的影響因素，如建筑物高度、道路寬度、建筑物的間隔、

43、道路方位等，對大城市環(huán)境預(yù)測相對精確。但選值較為復(fù)雜，不易確定。該模型的適用距離限于5km以內(nèi)，對大于5km的環(huán)境不適用。Hata模型從頻段、適用距離、天線高度和應(yīng)用環(huán)境四個方面都符合高速鐵路環(huán)境下GSM-R無線規(guī)劃的需求，而且在GSM和GSM-R網(wǎng)絡(luò)中都有成熟廣泛的應(yīng)用，故本文將選用Hata模型對GSM-R鐵路環(huán)境進行建模和計算路徑損耗。4.2.2 路徑損耗建模根據(jù)以上分析，可以采用Hata模型為我國采用GSM-R系統(tǒng)的鐵路建模，該模型以市區(qū)傳播損耗為標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)在此基礎(chǔ)上進行修正，該模型的具體適用條件如下：適用小區(qū)類型：宏小區(qū)；工作頻率：1501500MHz；適用距離：1km20km；基

44、站天線高度Hb：30m200m；移動臺天線高度Hm：1m10m；Hata模型以市區(qū)路徑傳播損耗為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上對其他地區(qū)進行修正，市區(qū)傳播路徑損耗基準(zhǔn)公式為：L(dB)=69.55+26.16lg(f)-13.82lg(Hb)+44.9-6.55log(Hb)lg(d)-a(Hm) (4-1)對于大城市，移動天線修正因子為：a(Hm)=3.2*(lg(11.75*Hm)2-4.97 (4-2)對于中小城市，移動天線修正因子為：a(Hm)=(1.1*lg(f)-0.7)*Hm-(1.56*lg(f)-0.8) (4-3)對于其他幾種環(huán)境，其路徑損耗修正模型入表4-1所示：表4-1 路徑損耗修正

45、模型4.2.3 路徑損耗計算當(dāng)前在鐵路線上眾多的專用GSM-R移動終端可以分為以下四種基本類型，具體見表4-2。表4-2 移動終端分類從滿足高速環(huán)境下列控和列調(diào)應(yīng)用角度出發(fā)，本文根據(jù)如下條件進行路徑損耗的計算：工作頻率f：932MHz，(GSM-R下行鏈路工作頻段930-934MHZ)；基站高度Hb： 35米、45米、50米；移動臺高度Hm：4.5m(機車臺)。根據(jù)上述條件和路徑損耗模型可得到各種環(huán)境下的路徑損耗公式，見表4-3。表4-3 不同環(huán)境下的路徑損耗4.3 小區(qū)覆蓋規(guī)劃小區(qū)覆蓋半徑的規(guī)劃應(yīng)以移動臺的最小接入電平為邊界，各種環(huán)境下纂站的最大覆蓋半徑可以根據(jù)表4.4中的路徑損耗模型計算出

46、來。高速線路下的典型環(huán)境主要有大城市、中小城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村準(zhǔn)開放、鄉(xiāng)村開放地區(qū)五種，按照移動終端的應(yīng)用類型有列控和非列控之分，此外，還要考慮不同類型移動終端的發(fā)射功率以及基站天線高度。可見，不同條件下得出的小區(qū)覆蓋半徑也是不同的。下面將從滿足需求最嚴(yán)格的高速列控通信覆蓋指標(biāo)出發(fā)，對于滿足機車臺正常通信的小區(qū)覆蓋范圍進行研究。機車臺的接收電平(中值)計算公式為：Pr(dBm)=Pt+Gb+Gm-L (4-4)其中：基站發(fā)射天線增益Gb：10dB(含饋線、接頭損耗)；移動臺的接收天線增益Gm：0dB(含饋線、接頭損耗)；基站的發(fā)射功率Pt：43dBm(20w)；機車臺的高度：4.5m；機車臺靈敏度

47、：-104dBm；那么，機車臺接收電平(中值)為：Pr(dBm)=Pt+Gb+Gm-L=43+10-0-L=53-L(dBm) (4-5)4.4 重疊區(qū)規(guī)劃4.4.1 重疊區(qū)定義在進行無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，需要調(diào)整兩相鄰小區(qū)的覆蓋范圍，至少要保證鄰小區(qū)間沒有未覆蓋區(qū)域，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)考慮兩相鄰小區(qū)間存在一定重疊區(qū)，以確保越區(qū)切換成功執(zhí)行，保證通信連接的持續(xù)性和可靠性。因此，一般在設(shè)計時應(yīng)考慮兩個相鄰區(qū)域的連接處要有一定縱深的重疊區(qū)來減少可能出現(xiàn)的弱場區(qū)及不可通概率。但是覆蓋區(qū)過深又會招致越區(qū)干擾，所以必須合理設(shè)計。在小區(qū)內(nèi)，距基站較近的區(qū)域，覆蓋場強值較高，隨著離基站距離的增加，路徑損耗增加，覆蓋場

48、強值下降，當(dāng)基站的覆蓋場強下降到移動終端的最小接收電平時，該處即為小區(qū)邊界，如圖4.2所示，當(dāng)前小區(qū)的邊界即為D點，鄰小區(qū)的邊界即為A點。此時，移動終端距基站的距離就是小區(qū)半徑。由于移動臺經(jīng)常處于運動狀態(tài)，電波在基站與移動臺之間隨路徑的不同亦隨時隨地發(fā)生變化，因此很難找到相鄰覆蓋區(qū)間的嚴(yán)格分界線。通常說的覆蓋區(qū)是從覆蓋場強平均變化意義上來理解的，本文中定義的重疊區(qū)是指相鄰兩個基站重疊覆蓋的區(qū)域，也就是兩個小區(qū)邊界之間重疊覆蓋區(qū)域為重疊區(qū)。如圖所示，重疊區(qū)為A、D之間的趾離L。圖4-1 重疊區(qū)示意圖4.4.2 決定重疊區(qū)長度的因素1切換距離切換距離即為從觸發(fā)切換開始到切換完成之間列車所行進的距離

49、，切換距離主要取決于列車速度。 HOMargin為一可變參數(shù)，在實際工程設(shè)置中經(jīng)常為6dB，路徑損耗指數(shù)n在城市環(huán)境為3.377，在郊區(qū)環(huán)境下為3.325，在鄉(xiāng)村環(huán)境下為3.181，小區(qū)半徑需滿足機車臺傳輸列控業(yè)務(wù)需求。Hb代表基站天線高度，r為小區(qū)半徑：中小城市環(huán)境，Hb=50m，r=2.26km；郊區(qū)環(huán)境，Hb=50m，r=3.61km；鄉(xiāng)村準(zhǔn)開放放境，Hb=50m，r=9.13km；鄉(xiāng)村開放環(huán)境，Hb=50m，r=12.84km切換距離與重疊區(qū)長度呈簡單的線性關(guān)系，切換帶越長，則重疊區(qū)越長，并且在相同切換帶長度時，重疊區(qū)長度依中小城市到鄉(xiāng)村開放環(huán)境次序增長。各種環(huán)境下的線性關(guān)系近似一致，

50、不同環(huán)境下的損耗指數(shù)影響很小，可以忽略不計，所以重疊區(qū)的長度主要取決于不同環(huán)境下的小區(qū)覆蓋半徑。2切換容限切換容限是一個重要的參數(shù)，對于切換發(fā)生地點和時機有著重要影響，當(dāng)其值大于零，表明需要鄰小區(qū)電平值大于服務(wù)小區(qū)才可以切換；當(dāng)其值小于零，則可以讓移動臺提前切換，如在隧道等環(huán)境。因此，切換容限在實際網(wǎng)絡(luò)中有著不同設(shè)置。重疊區(qū)長度隨著切換容限的增大呈指數(shù)形式增長；切換容限的改變對于鄉(xiāng)村環(huán)境的影響要大于其它兩種環(huán)境，體現(xiàn)為改變速度更快；同樣情況下，滿足非列控業(yè)務(wù)需求時的重疊區(qū)長度要大于滿足列控時的長度3列車速度 當(dāng)小區(qū)半徑一定時列車速度和切換時間就主要決定了重疊區(qū)長度。切換時間主要取決于網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)

51、時間和切換算法，在工程設(shè)計中僅在一個較小的范圍內(nèi)浮動，而列車最大速度根據(jù)線路不同，從200km/h到500km/h不等，是一個變化較大的參數(shù)。在實際環(huán)境中，基站天線的高度肯定不同，一般情況下在城市環(huán)境下天線高度較低，在鄉(xiāng)村環(huán)境下天線較高，因此本文比較有代表性的35m，45m，和50m三種高度，此外還以滿足非列控業(yè)務(wù)需求得出的結(jié)果作為參照。這些條件的組合就對應(yīng)了不同的小區(qū)半徑。4切換時間在350km/h的時速下，切換時間與重疊區(qū)長度呈線性關(guān)系，切換時間每增大一秒，重疊區(qū)長度大約增長150m左右；隨著切換時間的增大，重疊比例也逐漸增大。切換時間沒有列車速度對重疊區(qū)長度的影響大。4.4.3 依據(jù)載干比計算重疊區(qū)長度對于所有環(huán)境，重疊區(qū)長度都隨著載干比的增大而減小，且鄉(xiāng)村環(huán)境的減小的速度更快；對于特定的環(huán)境，載干比要求不能太高，否則重疊區(qū)太小無法保證高速情況下正常