CN101986742B - 一种铁路编组站及并线区域gsm-r网络规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法，包括：设置铁路线路及编组站各基站相对位置，并确定各基站间距；统计铁路线路小区区间话务量，并分析出铁路线路小区区间信道需求；分析编组站业务的信道需求；计算出同邻频基站设置间距，并对铁路线路与编组站进行联合频率规划；若联合频率规划后分配给编组站区域的频率资源不能满足业务需求，且客专线上个蜂窝小区区间内分配的信道资源富余，则将铁路线路基站信号通过直放站射频拉远至编组站区域；区域签约漫游限制，对归属于不同网络中的用户进行漫游区域签约限制。本发明的方法能够提高铁路编组站与铁路线路并线区域频率利用率。

Description

一种铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法

技术领域

本发明涉及无线通信网络的规划方法，特别是涉及一种用于铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法。

背景技术

GSM-R(GSM for Railway)是以无线通信网络公众移动通信技术为基础，与无线通信网络共同发展且可用单一平台代替现有多种铁路通信与控制系统的铁路综合数字移动通信系统。目前我国GSM-R网络覆盖方式采用单网交织冗余覆盖，即两相邻基站场强相互覆盖到相邻基站所在地，以提高通信切换门限电平，基站建设密度大，且在某基站出现故障时该基站内用户仍能接入到相邻基站的网络中，从而满足铁路对系统安全性、可用性、可靠性和可维护性的要求。

编组站一般设有到达场、出发场和调车场，以及驼峰调车设备、机车整备和车辆检修设备，包含业务有列检、商检、车号及驼峰调车、平面调车等。GSM-R系统为编组站的站内调机和相关作业人员提供无线传输通道，满足场内无线业务的承载和传送等各种业务需求。铁路并线指的是铁路线路之间或者铁路线路与编组站、大型车站相近或相交的情况。并线类型分为并行、分叉与十字交叉三种，编组站与铁路线路并线类型多为并行。现有的铁路编组站与铁路线路并线时，因为GSM-R系统只有4MHz频谱带宽，在通用的网络规划方式下对并行的铁路编组站与铁路线路进行联合频率规划后能够分配给并行的编组站的频率资源非常有限，频率利用率低，当铁路编组站的业务量大，频率需求多，若无法分配足够的频率资源，则无法满足编组站的所有业务需求，此种情况限制了我国铁路建设的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法，能够在保证业务服务质量的前提下，为编组站提供更多的频率资源，满足编组站更多的业务需求，提高铁路编组站与铁路线路并线区域频率利用率。

为了解决上述问题，本发明公开了一种铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法，用于对铁路编组站与铁路线路并线区域的无线通信网络进行规划，包括以下步骤：步骤1：设置铁路线路及编组站各基站相对位置，并确定各基站间距；步骤2：统计铁路线路小区区间话务量，并分析出铁路线路小区区间信道需求；步骤3：分析编组站业务的信道需求；步骤4：计算出同邻频基站间距，并对铁路线路与编组站进行联合频率规划；步骤5：若联合频率规划后分配给编组站区域的频率资源不能满足业务需求，且客专线上个蜂窝小区区间内分配的信道资源富余，则将铁路线路基站信号通过直放站射频拉远至编组站区域；步骤6：区域签约漫游限制，对归属于不同网络中的用户进行漫游区域签约限制。

进一步地，该步骤1中铁路线路及编组站相对位置设置，在考虑该并线区域的地形地貌及征地实际因素之后，编组站基站对称设置两个基站覆盖并线区域，铁路线路上也以编组站中心为对称建设基站设备。

进一步地，该步骤4中计算同邻频基站间距时包括确定铁路线路上小区覆盖半径，所述覆盖半径的确定包括以下步骤：根据铁路线路的覆盖方式及基站间距、天线挂高、发射功率和天线增益这些参数进行场强覆盖仿真；以功率切换为准则确定移动台开始切换点；结合移动台移动速度在最大切换时间内的移动距离得出覆盖半径。

进一步地，该铁路线路的覆盖方式包括单网无冗余覆盖方式、单网交织冗余覆盖方式、同站址双网覆盖方式及交织站址双网覆盖方式。

进一步地，该步骤5中铁路线路基站信号通过直放站射频拉远至距离最近的编组站区域。

进一步地，该步骤6中对不同用户进行不同的区域签约漫游限制包括：对铁路线路上的移动用户限制其漫游到编组站无线通信网络中；对由编组站无线通信网络承载的业务的相应的用户限制其漫游到铁路线路上的无线通信网络上；对由铁路线路上小区承载的编组站部分业务对应的用户则限制其漫游到该漫游区域的其它任何蜂窝小区中，只能接入本蜂窝小区中。

进一步地，该并线区域内，编组站的无线通信网络优先承载实时性的业务，铁路线路上小区优先承载非实时性业务。

进一步地，该编组站的无线通信网络优先承载的业务包括调车组呼，所述铁路线路上小区优先承载的业务包括商检车号组呼业务、列检组呼业务。

进一步地，该铁路编组站与铁路线路并线区域的铁路线路包括高速客运专线、普速客运线及普速货运线路。

进一步地，该并线区域的铁路编组站包括三级七场式编组站、三级四场式编组站及其它可能型式的编组站。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法通过对铁路编组站与铁路线路上的小区进行GSM-R业务信道需求进行分析。在对并线区域联合频率规划之后若编组站分配到的频率资源不能满足编组站全部业务需求，且同时并行的铁路线路小区区间有富余的信道资源的情况下，使铁路线路上的GSM-R网络对编组站区域进行无线覆盖，并同时对编组站部分业务的用户进行区域签约漫游限制，从而使编组站的这部分业务由并行的铁路线路GSM-R网络来承载，提高了该并线区域的频率利用率。

附图说明

图1是本发明实施例的铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法的流程图。

图2是本发明实施例的铁路编组站与铁路线路并线区域的场强覆盖及频率规划示意图。

图3是本发明实施例的高速客运专线单网交织场强覆盖仿真图。

图4是本发明实施例的实现铁路线路承载编组站部分业务的网络规划示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法用于铁路无线通信网络的规划，以提高铁路编组站与铁路线路并线区域的无线通信网络的频率利用率。本发明实施例中的与编组站并线的铁路线路是指采用单网交织冗余覆盖方式的高速铁路。当然，可以理解的是，也可以包括其他非单网交织冗余覆盖方式的铁路线路。

请参阅图1，本发明的铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法包括以下步骤：

步骤1，铁路编组站与铁路线路上基站位置设置。基站建设位置需根据铁路沿线及编组站地形地貌及征地实际因素综合考虑，编组站基站与铁路线路基站建设相对位置需有利于减小联合频率规划的难度。通常情况下，编组站基站对称设置两个基站覆盖全场，铁路线路上也以编组站中心为对称建设基站设备，这样有利于减小联合频率规划的难度。

步骤2，铁路线路小区区间信道需求分析。依据《GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定》统计小区区间语音点对点呼叫、语音组呼及语音广播呼叫话务量然后以0.5％的呼损率，查询爱尔兰B表得出语音业务信道需求数；再对列控数据业务信道需求及调度数据业务信道需求进行分析，得出铁路线路小区区间信道总需求数。

步骤3，编组站业务信道需求分析，结合编组站调车业务、货检、车号、列检及其它业务的配置情况分析编组站信道需求总数，如表1所示。

序号	业务种类	单位信道数	数量	信道总数	备注
						1	调车组呼(数话同传方式)	2	n	2n	永久在线
2	货检车号组呼	1	m	m
						3	列检组呼	1	x	x
4	站内GPRS	1	2	2
						5	站内预留管理通信	1	1	1
6	正线接入所需信道	y	1	y
						7	合计			2n+m+x+y+3

表1编组站业务信道统计分析

步骤4，由基站相对位置来规划好小区覆盖半径，计算铁路线路及编组站同邻频基站间隔。其中由于线路上目标小区的同邻频干扰源为相邻的前后两个基站，因此计算同邻频干扰公式可为：

$C/I=10\log \frac{{(D-R)}^n{(D+R)}^n}{R^n({(D-R)}^n+{(D+R)}^n)}=10\log \frac{{(\frac{D}{R}-1)}^n{(\frac{D}{R}+1)}^n}{{(\frac{D}{R}-1)}^n+{(\frac{D}{R}+1)}^n}\left(\mathrm{dB}\right)---\left(1\right)$

上述公式中，D为同邻频基站间距，R为本小区覆盖半径，以移动台完成越区切换时离原基站的距离来取值，n取值为(44.9-6.55lgh_b)/10，h_b为天线挂高。同时根据各小区的频点需求，依照GSM-R频率规划基本原则对铁路线路及铁路编组站进行联合频率规划。其中，计算同邻频基站间距时铁路小区覆盖半径R的方法如下：根据铁路线路的覆盖方式及基站间距、天线挂高、发射功率、天线增益这些参数在Okumura-Hata郊区环境下的仿真模型进行场强覆盖仿真，以功率切换为准则确定移动台开始切换点，结合移动台移动速度在最大切换时间内的移动距离得出小区的覆盖半径。

步骤5，通过各小区信道需求统计分析后，若编组站分配到的频率资源可以满足，则无需其他操作，直接进行步骤6。

若编组站分配到的频率资源不能满足编组站业务需求，且并行的铁路线路各小区区间有富余的信道资源时，为将编组站部分业务由铁路线路网络来承载，可将与编组站相邻的铁路线路上的几个基站信号通过直放站拉远至编组站区域。为了减少并线区域同邻频干扰，与编组站相邻的铁路线路上的几个基站信号通常拉远至最近的编组站区域。

若编组站分配到的频率资源不能满足编组站业务需求，且并行的铁路线路各小区区间没有富余的信道资源，也无需其他操作，直接进行步骤6。

步骤6，区域签约漫游限制，由于铁路编组站与铁路线路相距较近，且在编组站部分业务有铁路线路网络来承载时，在该并行区域覆盖有两套网络的场强信号，因此移动台在进行网络注册、小区选择时会出现需注册到编组站网络上的用户误注册到铁路线路的网络上或需注册到铁路线路上的用户误注册到编组站的网络中。这样容易在某小区产生话务拥塞而掉话率提高对铁路运营安全构成威胁，因此可通过在HLR(Home Location Register，归属位置寄存器)中对各用户的漫游签约信息进行限制，禁止用户漫游到其它GSM-R网络。具体实现为：对于铁路线路上的移动用户限制其漫游到编组站GSM-R网络中；对于由编组站GSM-R网络承载的业务的相应的用户限制其漫游到铁路线路上的GSM-R网络上；对于由铁路线路上某小区承载的编组站部分业务对应的用户则限制其漫游到该区域的其它任何蜂窝小区中，只能接入本蜂窝小区中。此外，在并线区域内，编组站的无线通信网络优先承载实时性的业务，如调车组呼业务，铁路线路上小区优先承载非实时性业务，如商检车号组呼业务与列检组呼业务。

请参照图2，结合目前新建新丰镇编组站、武汉北编组站特例，对本发明的无线通信网络的规划方法进行详细说明。本实施例中，编组站设置为三级七场式大型编组站，长约11km，宽约800m，铁路线路为采用CTCS3列控技术的以单网交织冗余场强覆盖的高速客运专线，且客运专线与编组站相距约0.5～2km。

步骤1：客运专线与编组站的基站天线挂高设置为30m，发射功率30w，基站天线增益17dBi；客运专线与编组站基站建设相对位置为客运专线4号基站相对于编组站编组场的中心位置，客运专线其它基站建设位置按相邻基站间距约3.5km来设置，编组站建设两个基站，基站间距约6～7km；实际基站位置选址时还需结合当地的地形地貌及征地等因素综合规划。

步骤2：客运专线小区区间信道需求分析，区间用户设置每列车3人，区间地面用户设置8人，若为小型车站则车站地面用户设置为15人，区间以双向两列车计算，则区间信道需求分析过程为：

A，列控数据业务，若小区处于RBC切换区则占用2信道/列车，若处于非RBC切换区则占用1信道/列车；

B，调度数据业务(GPRS业务)，分配一个信道；

C，语音业务，分为语音组呼(VGCS)、语音广播(VBS)、点对点呼叫(P to P)三种业务，各业务话务量按表2进行统计分析，此处以行车区间的小区话务量统计出小区话务量为0.592Erl，按0.5％的呼损率查询爱尔兰B表得需4个业务信道。

表2区间话务量统计表

由以上分析可知行车区间小区信道需求总数为：若小区为RBC切换区则共需9个业务信道，若小区为非RBC切换区则共需7个业务信道，另外各小区内需分配2～3个信道作为控制信道，每行车区间各小区分配2个频点能够满足该区间的通信需求。

步骤3：编组站业务信道需求分析，编组站配置调机12台，即n为12；设置4个货检车号室、4个列检室，即m、x为4；分配5个信道作为正弦接入信道，即y为5；则参照表1可计算编组站需业务信道40个，另外分配控制信道后编组站若满足全部业务需求则需6个频点。

步骤4：联合频率规划，首先通过分析小区覆盖半径按照GSM-R设计标准计算客运专线与编组站上同邻频基站设置间距，本实施例中客运专线上正常工作模式下小区半径以2.5km计算，降级工作模式下小区半径以4.5km计算，编组站小区半径以3km计算，则计算可得客运专线上同频基站间距需大于16.4km，邻频基站间距需大于8.2km，编组站同频基站间距需大于9.8km，邻频基站间距需大于5km。则由此可对编组站与客运专线并线进行联合频率规划，得出如下的联合频率规划表。

表3编组站与客运专线并线区域联合频率规划表

请参照图3，下面对单网交织覆盖模式下客运专线小区覆盖半径的确定过程做出详细说明。

步骤1：客运专线基站间距设置为3.5km，基站天线挂高设置30m，天线发射功率30w，天线增益17dBi，利用Okumura-Hata仿真模型在郊区环境下进行场强覆盖仿真。

步骤2：按照功率估计(PBGT)切换准则——公式EXP2：PBGT(n)-HOMarginXX(n)＞0确定移动台开始越区切换位置，功率估计切换容限HOMarginXX(n)值一般设置为4～7dB。

步骤3：确定切换区间长度，取最大切换时间T为8s，则移动台切换区间长度L＝V*T，V为移动台移动速度；在编组站区域列车运行速度一般取值为150km/h～250km/h，则L取值为333m～555m；因此该实施例中客运专线正常工作模式下，越区切换发生在相邻的两个基站之间，开始切换点约为2km处，切换区间设置为500m，则小区半径以2.5km计算；降级模式下，越区切换发生在间隔一个基站之间，开始切换点约为4km，切换区间设置为500m，则小区半斤以4.5km计算。

请参照图4，对本发明的铁路线路网络承载编组站部分业务的实现步骤进行详细说明。

步骤1：信道需求分析，对编组站及铁路线路上各小区内的信道需求进行分析，以确定编组站频率资源不能满足全部业务需求而铁路线路小区信道资源富余可部分用来满足编组站的业务需求。

步骤2：对与编组站相近的铁路线路上的3/4/5号基站的信号通过直放站20进行射频信号拉远至编组站区域；为较少同邻频干扰，3号基站信号拉远至上行到达场与下行出发场区域，5号基站拉远至上行出发场与下行到达场区域，4号基站的信号由4号基站所承载的业务来决定，若承载业务活动范围在上行达到场与下行出发场区域则只需拉远至上行到达场与下行出发场区域；由于铁路线路与编组站相距较近，可考虑铁路线路上3/4/5号基站额外增加一副天线对编组站进行专门覆盖，而不需直放站进行射频拉远，以减少投资成本。

步骤3：区域签约漫游限制，为使铁路线路及编组站上的用户接入到正确的网络、正确的小区中，可在HLR中对用户进行区域签约漫游限制；若将上行到达场及下行出发场的商检车号组呼业务由铁路线路3号基站来承载，则对这部分用户组进行漫游限制，限制其接入到其它蜂窝小区内，以此为例限制方略见表4。

表4用户区域签约漫游限制表

本发明的铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法通过对铁路编组站与铁路线路上的小区进行GSM-R业务信道需求进行分析。在对并线区域联合频率规划之后若编组站分配到的频率资源不能满足编组站全部业务需求，且同时并行的铁路线路小区区间有富余的信道资源的情况下，使铁路线路上的GSM-R网络对编组站区域进行无线覆盖，并同时对编组站部分业务的用户进行区域签约漫游限制，从而使编组站的这部分业务由并行的铁路线路GSM-R网络来承载，提高了该并线区域的频率利用率。

可以理解，铁路编组站与铁路线路并线区域的铁路线路也可以为采用其它覆盖方式如单网无冗余覆盖、同站址双网络覆盖或交织站址双网覆盖的铁路高速客运专线、普速客运线及普速货运线路等。铁路编组站不局限于三级七场式编组站，同样可以为其它类型的编组站，如三级四场式编组站等，通过同样的步骤可进行相应的网络规划。

以上对本发明所提供的一种铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种铁路编组站及并线区域GSM-R网络规划方法，用于对铁路编组站与铁路线路并线区域的无线通信网络进行规划，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置铁路线路及编组站各基站相对位置，并确定各基站间距；

步骤2：统计铁路线路小区区间话务量，并分析出铁路线路小区区间信道需求；

步骤3：分析编组站业务的信道需求；

步骤4：计算出同邻频基站间距，并对铁路线路与编组站进行联合频率规划；

步骤5：若联合频率规划后分配给编组站区域的频率资源不能满足业务需求，且客运专线上个蜂窝小区区间内分配的信道资源富余，则将铁路线路基站信号通过直放站射频拉远至编组站区域；

步骤6：区域签约漫游限制，对归属于不同网络中的用户进行漫游区域签约限制。

2.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤1中铁路线路及编组站相对位置设置，在考虑该并线区域的地形地貌及征地实际因素之后，编组站基站对称设置两个基站覆盖并线区域，铁路线路上也以编组站中心为对称建设基站设备。

3.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤4中计算同邻频基站间距时包括确定铁路线路上小区覆盖半径，所述覆盖半径的确定包括以下步骤：根据铁路线路的覆盖方式及基站间距、天线挂高、发射功率和天线增益这些参数进行场强覆盖仿真；以功率切换为准则确定移动台开始切换点；结合移动台移动速度在最大切换时间内的移动距离得出覆盖半径。

4.如权利要求3所述的规划方法，其特征在于，所述铁路线路的覆盖方式包括单网无冗余覆盖方式、单网交织冗余覆盖方式、同站址双网覆盖方式及交织站址双网覆盖方式。

5.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤5中铁路线路基站信号通过直放站射频拉远至距离最近的编组站区域。

6.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述步骤6中对归属于不同网络中的用户进行漫游区域签约限制包括：对铁路线路上的移动用户限制其漫游到编组站无线通信网络中；对由编组站无线通信网络承载的业务的相应的用户限制其漫游到铁路线路上的无线通信网络上；对由铁路线路上小区承载的编组站部分业务对应的用户则限制其漫游到该漫游区域的其它任何蜂窝小区中，只能接入本蜂窝小区中。

7.如权利要求6所述的规划方法，其特征在于，所述并线区域内，编组站的无线通信网络优先承载实时性的业务，铁路线路上小区优先承载非实时性业务。

8.如权利要求7所述的规划方法，其特征在于，所述编组站的无线通信网络优先承载的业务包括调车组呼，所述铁路线路上小区优先承载的业务包括商检车号组呼业务、列检组呼业务。

9.如权利要求1至7中任意一项所述的规划方法，其特征在于，所述铁路编组站与铁路线路并线区域的铁路线路包括高速客运专线、普速客运线及普速货运线路。

10.如权利要求1至7中任意一项所述的规划方法，其特征在于，所述并线区域的铁路编组站包括三级七场式编组站、三级四场式编组站。

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