典型地形地貌环境下相邻线路GSM-R场强覆盖研究-论文发表网

1 引言
目前我国正在大规模建设GSM-R网络，随着多条GSM-R线路顺利开通，为后期建设的GSM-R网络提供了宝贵的设计和施工经验，同时也出现了工程设计上的一些新问题，如正线区间新建线路与既有线路相邻、相近及交越等情况，对于车站和枢纽地区，多条线路并行或相近则显得更普遍，这些区域的GSM-R覆盖方案成为了工程设计和实施的重点和难点。如果先建线路在设计时未统筹考虑将来规划中的相邻线路覆盖需求，后期建设线路覆盖方案可能需要对既有GSM-R网络进行一定改造才能同时满足各线的覆盖需求，增加了工程实施的难度和工程投资。
为此，本文借助于电子地图和ARICOM无线规划软件针对不同地形地貌环境进行无线覆盖预测，充分了解典型地形地貌环境下的GSM-R场强覆盖特性，从而有效指导相邻线路的覆盖方案。
2 预测方法
GSM-R的规划要求主要覆盖铁路所在区域及周围铁路的相关建筑，地貌特征以铁路特有的4种clutter为主，分别是路基、路堑、桥梁、以及隧道。因此，本节所选取的典型地貌也将主要由以上三类组成。通过在这些位置设立基站并仿真得到GSM-R场强覆盖特性。
为了简单形象描述基站在铁路方向和铁路垂直方向的覆盖特性，定义铁路方向为y轴方向，与铁路垂直方向为x轴方向。本文选取水平波瓣角为65度，垂直波瓣角为9度的天线作为仿真使用。
仿真预测电平为50%概率的场强值，实际工程要求满足95%概率的场强值，其中列控业务为-92dBm，因此，仿真结果场强值对应于语音业务和列控业务应该至少预留12dB，本次场强预测电平满足列控业务的电平值应为-80 dBm。本次仿真场强预测范围为基站周围10km以内，该范围内的场强预测对实际GSM-R工程设计具有指导意义。
3 场强预测仿真
场景1：线路直，周围树木和农田，且地势低于线路
对于线路直，周围树木和农田，且地势低于线路的场景预测结果可知，沿y轴方向6km左右，信号电平值可达到-80dBm。在y小于1km时，x方向可覆盖至1.5km左右，当y值大于1km时，x方向可覆盖至2.5km左右。针对与场景1类似地形地貌时，线路能否共建GSM-R基站受制于线路x轴方向的间距，相邻线路或枢纽地区x轴方向距离在2km以内时，可考虑共建基站来实现场强覆盖。
场景2：高度为20米左右，不规则低矮建筑群
对于高度为20米左右，不规则低矮建筑群的场景预测结果可知，沿y轴方向5.3km左右，信号电平值可达到-80dBm。无建筑物一侧覆盖可达9.7km。在y轴很小范围内，x轴方向可覆盖至1.9km范围，随着y值增大，x方向覆盖能力并无增加，这是因为两个山脉明显高于天线高度，因而无法满足-80dBm电平要求。由此可知，对于存在20米范围内的密集不规则建筑物的地貌环境下， 2km间隔范围内的相邻线路或枢纽地区，可考虑共建基站来实现场强覆盖。
场景3：线路距离较大，相邻线路为路堑地貌，周围地势开阔
相邻线路存在路堑是一个较为典型的场景，基站放置于偏离目标线路3.3km处，该处周围地势开阔，目标线路存在明显路堑。如预测结果所示，基站距离需要覆盖线路较长，由于路堑的影响，该场景下无法通过共建基站的方式来满足相邻线路的覆盖。还可以看出，若该区域不是路堑，场强值应该为蓝色标记，为-75dBm至-80dBm之间。由此可知，在x轴方向大于3.3km的相邻线路存在路堑，尽管周围地势非常开阔，不能通过共建基站实现覆盖要求。
场景4：线路距离较小，相邻线路为路堑地貌，周围地势开阔
为进一步研究x轴方向多大距离相邻线路处于路堑环境下，可考虑共建基站实现覆盖，该场景是在场景4的基础上调整了基站与路堑线路的距离，由3.3km调整至1.9km。可知，此时路堑线路区域的场强预测满足覆盖要求。结合规划软件，路堑处蓝色标记场强值与其周围绿色标记场强值比较发现，由于路堑的存在使得信号在该区域内加快衰落，比正常衰弱多6dB左右。因此，为了满足场景5地貌环境下的路堑区域的场强覆盖，基站在路堑周围处的电平覆盖值要达到-74 dBm。
由仿真结果可知，信号沿y轴方向满足对相邻线路路堑地貌环境下的覆盖电平值为-74 dBm,最远可达到4.8km。在y值小于1.5km范围内，x方向的覆盖距离能力逐渐增加，当y值大于1.5km时，x方向的覆盖能力大致为1.9km，也就是说在1.9km范围内的相邻线路存在路堑的情况下，可以考虑通过共建基站实现场强覆盖。
4 结论
针对相邻线路的GSM-R无线覆盖是工程设计的难点和重点，本文通过对一些典型地形地貌做了场强预测，所选线路的位置关系及预测结果，可加深对于这些典型地形地貌环境下的场强覆盖特性的认识。在工程设计时，应搜集较为全面的地形地貌及线路的位置关系，借助于电子地图及正确的传播模型，通过软件模拟预测并结合实际工程经验来指导设计，从而选择出一种经济效益和工程实施相对较优的设计方案。