（通信与信息系统专业论文）gsmr网络场强覆盖对vgcs业务影响的研究.pdf

摘要 y 8 7 9 2 5 7 本论文紧跟当前我国铁路部门对现代化通信系统的需求，青藏铁路 g s m r 试验段的建设，研究了g s m r 网络场强覆盖对v g c s 业务的影 响。v g c s 业务定义了一种由多方参加( 移动用户或固定用户) ，其中一 部分人可以讲话、多方聆听的点对多点语音通信方式，是铁路通信中的 特色业务。以青藏铁路g s m r 试验段为背景，本论文主要内容是： 第一章绪论介绍了g s m r 国内外的最新发展和青藏铁路试验段的 总体情况，指出了场强覆盖对于规划和评估移动网络的重要性； 第二章主要阐述了场强覆盖的三个重要参数( 覆盖概率、小区覆盖 半径和重叠区) 的定义及其之间的相互关系。提出了在考虑到覆盖概率 影响的前提下，预规划g s m r 网络小区覆盖半径的算法。给出了带状 覆盖的小区规划，包括小区覆盖半径、重叠区深度和基站间隔； 第三章通过青藏铁路g s m r 试验段的测试，分析青藏铁路试验段 对于覆盖概率的满足情况和实际重叠区深度的评估，指出实际工程与理 论的联系和差别； 第四章结合v g c s 业务的自身特性，重点分析重叠区深度设置对 v g c s 业务不同角色用户产生的影响。并且举出在青藏铁路g s m r 试 验段测试的两个实例进行分析； 最后一章对全文进行总结，并且展望以青藏铁路g s m r 试验段为 契机，今后中国铁路的g s m r 发展方向。 【关键词】 g s m r ；v g c s ；覆盖概率；小区覆盖半径：重叠区 北京变通大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1g s m r 的最新发展 我国铁路目前已经形成了7 万多公里的规模，成为国民经济的支柱 产业和交通的命脉。按照跨越式发展的要求，我国铁路正在朝高速铁路、 客运专线方向发展。铁路提速和客运专线网络化、智能化、综合化的行 车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系 统，以及透明、双向、大容量的车地安全和调度指挥的信息传输通道。 由此，铁道部已经决定在大秦线和青藏铁路试验铁路综合数字移动通信 系统( g s m r ) 。 g s m r 是一种基于目前世界最成熟的、最通用的公共无线通信系统 g s m 平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统，针 对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提 供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。 1 1 1g s m r 国外最新发展 g s m r 的发展大致分为三个阶段 1 1 1 1 标准制定阶段 1 9 9 3 年国际铁路联盟u i c 与欧洲电信标准组织b t s i 协商，提出了 欧洲各国铁路下一代无线通信以g s mp h a s e2 + 为标准的g s m r 技术， 这一提议在1 9 9 5 年经u i c 评估并最终确认。之后，u i c 展开了一系列 的标准制定和狈9 试工作。首先，u i c 建立了标准化组织e i i n e ( 欧洲 集成铁路无线增强网) ，制定了一系列铁路需求规范，涉及范围包括业 务功能、调度台车载台需求、电磁环境等各项指标。其次还密切与欧洲 电信联盟e t s i 合作，最终将其所提出的系列调度业务需求纳入到g s m p h a s e2 + 规范中。 北求交通大学硕士论文 第章绪论 1 1 1 。2 系统试验阶段 1 9 9 7 年，2 4 个国家懿3 2 令铁路缀缀签署了g s m ，袋滚薅餐惑录， 签字的铁路组织至少要将g s m r 用于过境运输通信。同年，为了验证 g s m 壤系统弱哥靠往、兼容程等指标，u i c 还成立了勇一个专门组织 醚融n e ( 欧溅铁路移动无线系统) ，窀酌主器成员毯括铁路运鬻商、 g s m r 制造商和研究机构。m o 黜、n e 项暇的羹点放奁包括测攫赢速环 境的g s m + r 特褴上。从1 孵7 年奎2 0 0 0 年间，m o 砌蝌e 组织分别在法 国、意大利、德国开展了三个试验项目，对g 8 m * r 系统避行了严格的 测试。 1 。1 1 3 工程实施阶段 1 9 9 9 年第一个g s m ，r 网络在涟接瑞典到丹麦的o r e s l l l l d 大桥建成 势投入运鏊。0 豫s 黼d 大揆铁路线属于鲻 典s 双壤a 魏v e 呔e | 金国线路工程 的一部分。总工缓分为四期实藏，全长豫k 瓣，2 0 0 0 年漫天完残第一 期工程2 4 0 0 k m 的设备安黻、调试和验收，现融投入商业运行。 羁前，国外已经签署台同或正在进簿g s m r 建设赡慰家鸯：芬兰、 眈利时、法国、意太利、挪威、德图、瑞典、瑞士、英国、西班牙、荷 兰秘露度；处予计划除段或歪猩铡定合闵妻擘国家煮：溪大耧耍、捷克共 秘豳_ 摹珏巅洛伐竞；处于霹摇瞧实验泠段鼹圈家京：匈矛翻、饿罗薪、竞 罗地亚、丹麦、卢森堡公国、北爱尔兰、波兰、爱尔兰菇和国、斯洛文 怒驻和荧潮。 值得一提的是，国外噍一签署g s m 。r 合同的驻洲国家印度，印度 遣甥霉蒙麴强铁游安全饔遴信，建立一个统一的标准纯系统。鼯庭裰裔 亚洲最庞大戆铁路阙络，劳枣爨采鼹g s 撼壤炎葵逶傣繁统进行羚缀。 一套g s m * r 试验系统预计将在2 0 i ) 4 年来首次展示，并在此后的两颦内， 在印度实现广泛的部署。 1 1 2g s m r 国内最新发展 我圈从1 9 9 4 年就开始对专用移动遇傣技术跟踪研究，当时的重点 是辩g s m 蠛和t e 鞭逸( 黼上集群无线电邋信) 系统进行比较，经过专 家稍静论诞谈为g s m 墩舆有凳适应铁路逡输特点的功能优势，爱成熟 的技术优势以及蔓德含通馕售号一体化技术发展魄嚣溪，更羹要舱是 北京交通大学硕士论文第一章绪：e g s m _ r 支持铁路移动通信的可持续发展。 2 0 0 l 年底，中圈铁道部派出高级代表豳访闻了国嚣铁鼹联盟翻嚣班 牙、懑大利，重点考察g s m r 技术及其发展，确立了g s m r 在中国铁 路的发展。随后铁道部科技司进行科研立项，开始对g s m - r 的研究开 菱。照矮爨最终熬嚣标楚疆剿其露我嚣狻立舞浚产权懿国产懿全帮 g s m - r 系统设备，并通过现场实验，研究g s m r 在中国铁路上的使用 方法，为铁路系统上最终搬广g s m _ r 系统、完善铁路系统的通诫系统 帮调度酸及信怠纯积累经貔。 2 0 0 2 年1 1 月2 6 日，铁道部在北京交邋大学投资建成了第一个正式 豹g s 一r 辩骚实验室薅s m r 疆突与蔽矮模掇系统实验室，实验室 由北京交通大学和两门子联合s a g e m 、k a p s c h 、天津通信广播集团、中 铁等公司共同建设和研究，弗得到阑家教黉部的全力支持。建设该试验 室豹嚣豹燕为验证g s m r 实现其嚣无线j 蠹信的功镌；验证g s m r 技术 上的可行性和经济上的有效性：验证g s m 。r 向第三代移动通信演进的 能力及满足我国铁黪技本霹持续发鼹的霉蘩。该实骏室主羹磅究蠹銮包 括功能寻址、基于僚置的寻址、无线列车调度通信、区间移动通信、列 车逡行控制、尾部风压检测、车次母传递、列车位麓跟踪、短消息业务、 裹遮终真、接近连续式戆无线税车髂鼍等铁鼹应用。嚣蔫歪程透露c 匏s ( 中l 虱铁路控制系统) 第三级的研究，以及通信协议软件，g s m r 无线 网络测试系统，机攀同步操控系统簿的开发。 2 0 0 4 年5 月3 1 日到6 月4 豳，在北京交通大学举办了e t c s 和 g s m - r 国际研讨会，主办单位是北京交通大学，协办单位霄：北京全路 逶傣信号磷究设诗浚、铁遂帮稀学磅究浣、疆门予( 中国) 有限公司、 北京阿尔卡特公司和c s e en a n s p o n 。中外专家对e t c s 和g s m r 的技 术威用进行丁讨论积交流，对我国g s m - r 的发展起到了借鉴和健进作 用。 到目前为止，我国铁路部门已缀正式然署合同进行g s m r 建设的 铁鼹线有太秦线鞠话藏铁路试验段。 2 0 0 3 年1 2 月初，铁道部与华为公司签订了大豢铁路g s m r 工程合 俸撰絮。华海公司将承建丈圈至素爨鑫铁爨戆g s m - 爻系缓工程，灸晋 煤东运主干线提供综合通倍服务保隙。大秦线全长6 6 6 公飘，是晋煤东 运的主干线，也是中国铁路实现跨越式发展的标志性工程，现代化震载 漾逡专线的示范注王程，敬造后静大秦线将率先实现铁路梳车、逶信的 现代化，实现年运徵达2 亿吨的近期目标。一时间，g s m r 这项针对铁 路邋信所设计和使用的技术在经历了多年的争议之震，终予在中国落 北京交通大举硕士论文第一、苫绪论 越。 青藏铁路试验段g s m r 网络的建设是本论文的重点内容，哿藏铁 鼯试验段戆买俸愤猛将京l 。2 节中奔绍。 1 2 青藏铁路试验段简介 青藏铁路需癸建设接近连续式的无线机车信号；铁路提速、高速和 客运专线网络纯、替麓纯、综合纯静彳亍牮调度指挥系统需要商瘦可靠、 商度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的 攀地信慰传输逶道。 2 0 0 4 年3 月，铁道部与北电网络签署了青藏铁路g s m r 网络的试 用协议。青藏铁路试验段自格尔术至不冻泉，全长约1 8 6 公里，沿线经 避椿尔术、南由鞠、曹隧、纳赤台、小磷川、玉珠峰、麓昆、不冻泉共 八个车站，其中格尔木和南山口是既有站。交换设备和网管中心设置在 嚣宁。试验段复杂兹地璞蓼境季毽气象条 拳砖g s m 喂设镰翻阙络设诗提 出了挑战。魄形复杂：南山口至搬昆段地形比较笈杂，嘏波传播环境较 麓，隧道总长度为2 3 3 7 米，三个隧道分别长2 3 4 米、4 1 7 米、1 6 8 6 米； 海拔高：掺象本淹菝2 s 3 2 米，劐昆仑涵褡海拔糍度这到碡8 0 0 米，至不 冻泉下降为4 5 5 2 米；低气温、低气压、地震、霭暴是当地的主骚气象 特征；冻；望融至不猿泉之闻谢2 0 公掇的冻土区，如图l 。lj j 唾示。 纬度彩图 北京交通大学碳士论文第一章绪论 图1 1 青藏铁路g s m r 试验段卫星圈 鹰藏铁貉试验簸是妥浏第一条聚嗣g s m l r 寒传输爰于两车控潮豹 安全数据的试验网，并采用双网覆盏的解决方案来增强系统的可靠性， 两无鬻传统的模拟瑟统作为藤器支持。北电网络将提供先遴的无线网络 设备，其中包括i n 、m s c 、b s c 和秘t s ，并将g p r s 弓l 入g s m - r 的网 络中。g p r s 是g s m r 的主要组成部分，可支持数据传输应用和面向无 线弱域嬲( w 矗艇) 莓全薮戆楚置特定羧务秘应用。该】囊嚣淫赵予2 0 0 5 年2 月前完成系统的建设。征在建设中的青藏铁路怒第一条应用多种领 先技术、往返于“世界屋脊”之上的铁路，它的建成将结束西藏自治区 不遗必车懿掰雯。 青藏铁路二期酋段通信正程格尔木至不冻泉1 8 6 公里的施工从2 0 0 3 每l o 月并戆，嚣蔫这一豢溅经建越了3 2 痊褰4 5 寒蕊移动遥穰铁塔， 托京变通大学硕士论文第一章绪论 设备安装调试王圣筝予8 胃1 5 窭全嚣结寒，在设巷安装已经完毕戆嚣宁 交换中心和格尔木通信站的配合下将开通格尔木至不冻泉段通信系统， 青簸铁路成为全鬣第一条采用g s m r 通倍系统的铁路。 2 0 0 4 年1 0 月下旬到1 1 月上旬，在宵藏铁路格尔术副不冻泉试验段 避褥了g s m 壤劝糍试验魏场运褥溅试，辩已建成秘春藏铁路试验段的 鼹终设蒜秘终蠼竣镰进行了静态移动态运嚣测试。在颡l 试缀帮备参与厂 家及配仑单位的菇同努力下，取得圆满的成功，获得了宝贵的测试数据， 为今后我圜铁路g s m r 两络的建设起到了指导和僚鉴的僚用。 1 3 场强覆盏的重要性 场强覆箍是衡爨蜂窝移动邋信服务度量的羹要指标，本论文主要磷 究g s m 壤系统场强覆羲中覆盖概率，小区耀盖半径葶b 耋叠区三个参数。 覆盏概率是衡擞蜂窝移动通信服务质爨的重要指标之一。无论在网 络麓翊阶段还是在阙络优化骱敬都需要对覆盖遂褥预测或直接场强浏 澄。铁路部门盛溺g s m 冀系统实现无绫掰谲功麓，为保障列牮运行的 离艘安全可靠性，g s m 艰聚统中的攫盏摄窭指标要比窝用的g s m 系绕 肖更加严格的要求。 小区覆盖半径怒无线网络规划的主溪任务。无线网络规划的嗣标是 指警工稷睛最低的成本建造成符合近搬和逡期话务霈求，典有一定服务 等缀豹移动通信网络。其俸魄讲，就是要达副服务醒内最大程度的时间、 地点的光线覆盖，溅足黪要求的逶镶覆蕊撅率；达至l 熙簧求躯黢务殿量； 在满足褰羹要求的兹提下，尽量减少系统设餐蕈嚣，降低成本等死个方 面目标。针对铁路部门的特殊要求，在做g s m 。r 网络预舰划时需要考 虑覆盖概率的影演，捷栽剡逝豹g s m 袋溺络小嚣覆盖半径更翔接近工 程实嚣。 为了保征透信的连续煌，棚邻藻站区之蜒必须窍在遁豢大小熬汤强 覆麓的鬟鼗嚣。无论是黧叠区过瀑还是过浅，都会对无线魁终豹遗镕逵 成相当程度的影响，对于g s m r 系统中的v g c s 业务影响更大，这与 v g c s 鼗务蠡奏豹特性有关。程铁路覆箍中，移韵螽往往鲶予离遮移动 状态，落号熬场强变髭复杂，并基漆线覆盏翡瓣邻夺区跑较多，使褥确 定麓叠区的大小变彳辱更加复杂，如果重旋区太小，可能会出现弱场区； 藿鼗区太大，会弓f 越“乒乓”切换翔频繁的小区重选，阂此恰警设计重 疆嚣的大小尤为霪要。 北京交通大学硕士论文第二章场强覆盖中的三个重要参数及相互关系 第二章场强覆盖中的三个重要参数 及相互关系 移动通信中，移动台接收到的信号同时受到空间传播损耗、阴影衰 落和多径衰落的影响，阴影衰落一般由传播环境中的地形起伏、建筑物 及其他障碍物对电波遮蔽所引起，也称长期衰落或慢衰落，它符合正态 分布：多径衰落由移动传播环境的多径传播引起，也称短期衰落或快衰 落，它符合瑞利分布。快衰落叠加在慢衰落之上。 因此，无线网络中需要用覆盖概率这个重要参数来描述网络的q o s 质量。所谓覆盖概率通常是指统计意义上的覆盖，它与时间概率和地点 概率有关，但由于场强时间分布的标准偏差很小，故而我们常忽略其时 间依赖性，而只考虑它的地点分布概率。 本章将详细介绍覆盖概率、小区覆盖半径和重叠区这三个参数的产 生、原理及相互关系及影响，并且从理论上定量的给出在g s m r 网络 小区覆盖半径预规划时考虑覆盖概率要求后的在链路预算中所增添的 保护值。 2 1 覆盖概率 2 1 1 对数正态阴影 在无线网络中，基于理论和测试的传播模型指出，无论室内或室外 信道，平均接收信号功率是随距离的对数衰减。这种模型已经被广泛的 使用。对于任意距离，平均大尺度路径损耗表示为 p l ( d ) d b0 玎l o g ( d d o )( 2 1 )其中 ，n为路径损耗指数；而为近地参考距离。在宏蜂窝系统中，经常使用1 k m 的参考距离。式( 2 1 ) 未考虑在相同t - r 距离情况下，不同位置的周围环境差别非常 大，这就导致测试信号与式(21)预测的平均结果有很大差异。测 韭塞壅堕丕堂透主堕塞兰三鲎堕塑矍差! 塑三尘萋璧兰塑墨塑基差曼 睫枧交显，郅 艇( d ) 【鹕产尹三搿) + 曩t 戥姣) + l 酝l o 静，盛) + x 。 ( 2 ，2 ) 潮 只( d ) d b m 】= r 【d b m 】一户( d ) d b 】 ( 2 1 3 ) 箕中，墨必o 均值的正态分布骧桃变量，单位为勰；标准差为茚，单像 也是d b 。 对数藏态分布随机交爨描述了在传播赡径上，其有籀阍t - r 距离醅， 不阏翡涟梳阴影效应；这萃中现象潮傲对数菠态穰彰。对数正态黼影意嘛 饕在特定量r 躐离的测试傣号电乎是式( 2 。1 ) 乎均值的匿淼分布。这样， 剥婚正态分布可以方便的分析阴影随枫效废。 近地参考距离而、路径损耗指数”和标准箍盯，统计地描述了具有 特定孓r 躐离静祷定位置的路径损耗模墅。实际上，h 和盯是根攒颡8 试 数据，往蠲线性递归谴测蓬僮帮估计值酌均方麓最，j 、的计算方法樗到 的。 式( 2 + 2 ) 中戴搿。) 酶敬毽冒骥萋于测试或薹予结算。 2 。1 。2 边缘的覆盖概率 由式( 2 2 ) 和( 2 3 ) 得 只( d ) = e p q ) 】一以= 只( d ) 一爿， ( 2 4 ) 睦予蜀为正卷分蠢黥隧极发蒙，显甥缓为o ，橡准蓑必g ，爱数只g ) 也为正态分布的随机变凝，均假为万( d ) ，标准差为。设x = 只( d ) ，则 x 的概率密度函数为 舳 ： 一一划1 出 ( 2 5 ) 灭磅2 志叫一半p q 5 那么，隧梳交麓善怒过菜一特定僮7 鹃壤率p ，) 胃疆表示为 = 珐d 一掣卜 ( 2 6 ) 北京燮通大学珂i 士论文第二章场强覆盖中的兰个重要参数及相互关系 令y 。型煦，则 m 学卜，童出去e 砷痧 盯 2 疗i zj 所以 p 印 豳1 ：彳出 l 仃仃 l 仃 即得 凇( 跏y q 幽1 ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) 对于菜一确定豹露值，斌( 2 9 ) 表示：在以基站为因洛，d 荛半径 的圆周上任慧一点接收信号电平大于阀值的概率，即为边缘覆盖概率公 式，w 以看如边缘覆蕴概率与阕僮* 边缘警均接收魄乎虿( 毋) 和标准差 盯有关。 2 1 。3 小区蠹覆盖概率 黠予一个半径必r 戆覆盖嚣，缓设接浚售号戆瓣 壹受u 留麓骞 效服务区域的百分比( 覆盖概率) 。如果p 啤( r ) ，】为在范瀚弧内、随 机接收信号在出r 处超过阈傻7 的概率，则u 啪为 u = 嘉f p 阶) ，蚣= 嘉阶) ，脚疗 根据式( 2 1 ) 、( 2 4 ) 和( 2 9 ) 得 枇御 = q 【掣卜吾叫等) i盯j 2 zl口 2j 。三一三。r f f 迭二堡茎坠! 甚塑! ! 壁垫蝴 2 2 【盯2j ( 2 1 1 ) 为确定小区半经，式( 2 | 1 ) 爵表示必 粕 序* r + 盘趣坦警浏1 ( 2 l 啪 北京交通太学硕士论文第二章场强覆盖中的三个熏要参数及相强关系 盘端 翔聚设 ，6 ：攀则 疗2 ，= 古 彬( t n 守 汜渤 再设= g + 6 l 蛙r ，式) ，熙么斌( 2 1 3 ) 交势 u 。) = 喜一嘉2e 文字b 伽e x 柠 专吾( e 铡2 = 弘刊+ 专亘e 柠 卜妞】 = 舡矾，+ 去h 一( r 一舻学h 鼍”批矾) + e x 字) 去童舛x 2 沁| = 弘矾舾半) ( h 文铡)眩 根据式( 2 1 3 ) 和 ，i 。 铁路部门对于青藏铁路格尔木到不冻泉试验段g s m r 网络覆盖要 求是在9 5 覆盖情况下达到9 2 d b m ，即u ( 叻= o 9 5 ，f - 9 2 d b m ；标准 差盯的典型值为8 d b ，路径损耗指数n 的取值为3 5 ，则盯厢= 2 2 8 6 。最 后，根据第一步算法得到试验段g s m r 网络小区边缘覆盖等级 p 陋( ，) y 】- o 8 6 2 。 第二步：计算移动终端小区边缘平均接收电平 由小区边缘覆盖等级p 啤( r ) y 】、最小电平7 和标准差盯，令严d ， 根据式( 2 9 ) 得到移动终端在小区边缘平均接收电平p ( d ) ，计算公式 为 巧( d ) = y 一盯q 。 p 陋( d ) ，】 ( 2 2 1 ) 青藏铁路格尔木到不冻泉试验段g s m r 网络p 啤( r ) ，】= o 8 6 2 、 f 9 2 d b m 、仃= 8 d b ，那么根据第二步算法得到移动终端在小区边缘平 均接收电平瓦( d ) = - 8 3 2 8 5 d b m 。 第三步：链路预算 表2 2 中“考虑阴影平均接收功率”参数就是第二步的计算结果 移动终端小区边缘平均接收电平虿( d ) ，那么由此得到相应的阴影衰落 北京交通大学硕士论文第二章场强覆盖中的三个重要参数及相互关系 在室外的情况下，链路预算不需要考虑穿入损耗，所以可取o d b ；在车 厢内的情况下，预规划时穿入损耗可以按室内环境取，一般为1 8 d b 。 o 重叠区覆盖余量在前文中已经提过一般公司设计取4 d b 。 通过表2 2 的链路预算可以看出，对于2 w 的移动终端，属于上行 链路受限，上下行链路预算的差值是1 8 d b ，属于可以接受的范围内， 最终的路径损耗值为1 2 2 3 d b ；对于8 w 的移动终端，属于下行链路受 限，上下行链路预算的差值是1 8 d b ，属于可以接受的范围内，最终的 路径损耗值为1 2 4 1 d b 。 第四步：用h a t a 模型计算路径损耗 根据具体环境( 例如郊区、城市) ，用h a t a 模型公式并选择 2 2 1 1 节中合适的移动天线修正因子和环境修正因子公式得到形如式 ( 2 2 2 ) 的计算式 三= 石+ y l o g ( d ) ( 2 2 2 ) 其中，三为路径损耗( d b ) ；鼠y 为常数；d 为小区半径( k m ) 。 青藏铁路格尔木到不冻泉试验段g s m r 网络的自然环境包含郊区、 准开阔地和开阔地三种地理环境类型。表2 3 根据第四步算法给出各种 地理环境下厶x 和y 的计算公式和取值。其中，试验段g s m r 网络， 肛9 0 0 m h z ，基站高度玩= 4 5 m 。 表2 3 不同环境的h a t a 模型公式表 地理环境 乡村( 开阔地) 乡村( 准开阔地)郊区 2 w 移动终端 移动终端高度( m ) 1 5 01 5 01 5 0 上9 5 4 6 +1 0 4 7 6 +1 1 4 0 3 + 3 4 0 7 l o g ( d )3 4 0 7 1 0 9 ( d )3 4 0 7 l o g ( d ) x9 5 4 61 0 4 7 61 1 4 0 3 r3 4 0 73 4 0 73 4 0 7 8 w 移动终端 移动终端高度( m ) 4 0 04 o o4 0 0 三8 9 0 9 +9 8 3 9 +1 0 7 6 5 + 3 4 0 7 l o g ( d )3 4 0 7 1 0 9 ( d )3 4 0 7 l o g ( d ) j8 9 0 99 8 3 91 0 7 6 5 r3 4 0 73 4 0 73 4 0 7 北京交通犬学硕士论文第二章场强覆蓣中的三个墓簧参数殿相强关系 第五步：计算小嚣覆盏半径 令一第三劳瓣路径撰耗馕，缀据式( 2 。2 2 ) 褥 d l o ( 一) 7 7 ( 2 。2 3 ) d 静为预栽鞠的小馘覆箍半径。 令宸2 ，3 中的五分别取第三步算法所得到的结果( 对于2 w 的移动 终端，簸终戆路经损耗傻为1 2 2 3 疆；对予8 w 静移魂终端，最终静路 经凝耗 塞凳1 2 毒1 d 转) ，摄攥第赢步算法，褥至摇表2 4 掰示静鬻藏铁潞 格尔木剿不冻泉试验段预规划g s m r 小区覆蘸半径的取戗。 表2 ，4g s m r 小区覆煎半径取德 地穗环璃乡村( 开阔蛾)乡村( 准歼闻地)郊区 2 霉移凄终媾( = 1 2 2 ，3 趣) 小区粳燕拳径d 妇) 6 1 3 3 。2 7l ，? s 趼移动终端 北京交通大学硕士论文第二章场强覆盖中的三个重要参数及相置关系 2 3 1理论分析 重叠区的大小与越区干扰的关系可以进行如下分析，如图2 6 所示 图2 6 有用信号与干扰信号的传播距离 在嚣域边缘上豹p 点毒褒懿嗣频予扰最严鬟，这露窍霜信鼍与干撬信号 的凹值，幽路径损耗指数胛为3 5 ( 同2 2 3 节) ，小区半径为r ，蘑叠 区的深度为攫。采用鼹小区、三小聪、是小区的频攀复用穷案 导到的移 动台援牧载干毙o ? 债分剐为： 两小区复用 三小区复用 等瑚l o g 半) 等瑙1 0 9 竿) ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) l ( 小区复矮 孚瑚l o g 学) ( 2 2 6 ) 根据式( 2 2 4 ) 式( 2 2 6 ) ，可觅重藏区的大小对c 汀的影响如表 2 5 所示。由此可见，重叠医的大小对c 灯裔很大影响。 表2 5 重畿区大小岛( w 小区两小区复用三小醒复用五小区复用 小区复用 售援 r蠢 震霁 距离 比 3 r 一2 口5 r 一3 a9 尺一5 a ( 2 席一1 ) 五一膏口 e 譬 3 s l o g 半。s 蛾竿 9 霆一5 搿 ，s 嵫半 d b 3 5 1 0 9 气 北京交通大学硕士论文第= 章场强糕盖中的兰个重鬻参数及相互关系 群滞动铎i l | 静耋叠涎弩辅 飞 i ! ； l 添衬 lr 毒强每、 l + 碡郴区 】23lsl7e睾1 0i 蓄蒋贯a fk m 图2 _ 88 w 移动终端的重藏区岛c i 的关系曲线 囱式( 2 + 2 6 ) 可以看出，飨定o z 的敷值，就w 以求魄黧叠迸的深 度赫如表2 5 所示，得到五小区复丽匿叠区的计葬公式： 土羔 拜= 半沏) ( 2 - 2 7 ) 设计取c 搿一3 0 d b ，德列重霪隧深度的诗算结果，如表2 。6 联示。 袭2 6g s m - r 小区覆盏半径取值 缝瑗臻凌乡稽湃鬻蟪)乡聋誊( 准开阏缝)薅区 凝咎磷终端 小区覆盖半径月( 1 n n ) 6 1 33 2 71 7 5 鬟纛箧深度群( k m )2 2 l 1 1 8 o 6 3 8 鬻移麓终端 小隧覆盖半撩詹( k m ) 1 0 6 65 + 6 83 。0 4 重藏区深发“( k m )3 。8 4 2 0 5 1 。1 0 2 。4 三者的关系 通过翦三帮的阐述，可以滤楚躲器到覆盏概率、小区覆盏半径秘蓑 乾撩交通大学鞣士论文第二章璐强覆盖中的三个重螫参数投相蕊关系 叠区三者之间的关系与辐嚣影昀：考惑烈覆盖概率媳影璃，在鞭裁划小 区覆盖半径时需要定量的做出适当的阴影褒落保护：考虑到重叠区的影 稿，在链潞预算对考虑燕登区覆盖余量；觚重蠢送与越区干扰的关系式 中，霹激誊篷羹藏送豹大，j 、与小送半径太，l 、有关；屁僖毽论上，羹叠区 的大小等予两倍小妪覆箍半径减去相邻两个基站之闯的距蒜。势旦本论 文在考虑了影响的前提下，做出了定量的计算。 但是根据链路预算算出的理论覆盖距离对于环境依赖很强，在实际 窿鳎中斑该留寄一定余爨。考虑劐在实际纛胡中： 不鼹均一的环境分布 不平均的站址分布 真实复杂的地理信息 天镄线的其体参数差异 实施中基站具体位擐的变化 并且青藏铁路试验段地形复杂，丘陵、血蛾、隧道，以及其他环境盼拳 知瞧，实际铁路线檄据地形有很多窍道，要求我们必须增加基站数餐。 在没毒实隧熬瑰矮淤套帮掇握数字地图进行具体分褥之蓠，建议熬平均 站鼹燕5 至6 公里，试骏骏基站数壁终瓷3 3 个。 第三章青藏铁路试验段场强覆盖测 试1 瓦 g s m r 技术在国外铁路的应用已取得了成功经验，我国将通过青藏 铁路试验段g s m r 技术试验的实施，和在其上针对青藏铁路的应用环 境，进行必要的二次开发、系统测试和试验运行，使国外先进技术能够 满足青藏铁路的建设服务。 青藏铁路试验段是亚洲第一条采用g s m r 来传输用于列车控制的 安全数据的试验网，并采用双网覆盖的解决方案来增强系统的可靠性， 而无需传统的模拟系统作为后备支持。 3 1 青藏铁路试验段 3 1 1网络介绍 青藏铁路试验段自格尔木至不冻泉，全长约1 8 6 公里，沿线设有格 尔木、南山口、甘隆、纳赤台、小南川、玉珠峰、望昆和不冻泉共八个 车站，其中格尔木和南山口是既有站。在甘隆至纳赤台区间和望昆至不 冻泉区间有隧道。 试验段隧道总长度为2 3 3 7 米，共三个隧道分别是：干沟隧道为2 3 4 米、昆仑桥隧道为4 1 7 米，最长的隧道是昆仑山隧道1 6 8 6 米。 试验段g s m - r 网络无线覆盖的设备由北电网络公司提供，采用双 网覆盖，a 、b 层网各3 2 个b t s ( 基站收发信机) 和1 个b s c ( 基站控 制器) ，b s c 放置在格尔木站；双层网共用1 个m s c ( 移动业务交换中 心) ，放置在西宁；两个b s c 通过传输线路与西宁交换机房的m s c 连 接。在不远的将来还要配置g p r s 设备。 隧道中的覆盖采用了光纤直放站，泄漏电缆作为隧道内辐射天线， 用同轴电缆将b t s 和隧道直放战直接耦合。 f a s ( 固定用户接入交换机) 系统由佳讯飞鸿公司提供，沿线共8 个车站，每个车站设置1 个车站台和1 个f a s ，主f a s 、调度台设在西 北京交通大学硕士论文第三章青藏铁路试验段场强覆盖测试 道号所对应的上下行信道的频点。从中可以看出青藏铁路试验段采用的 是五小区频率复用的方式。 表3 1青藏铁路g s m - r 试验段的频率规划 a 网b t s 编号 l a c - c i 信道号b 网b t s 编号 l a c c i 信道号 1 0 0 9 、 q z o l 0 a 5 6 3 2 1 0 l o q z o l 0 b 5 6 3 2 1 0 2 01 0 0 3 1 0 1 5 、1 0 1 8 q z 0 1 l a 5 6 3 2 1 1 1 01 0 0 6 、1 0 1 2 q z o l l b 5 6 3 2 1 1 2 01 0 0 0 q z o l 2 a 5 6 3 2 1 2 l o1 0 0 8 、1 0 1 4 q z o l 2 b 5 6 3 2 1 2 2 01 0 0 2 q z o l 3 a 5 6 3 2 1 3 l ol o l o 、l o l 6 q z 0 1 3 b 5 6 3 2 - 1 3 2 0 1 0 0 4 q z 0 2 0 a s 6 3 2 2 0 l o1 0 0 7 、1 0 1 3 q z 0 2 0 b 5 6 3 2 2 0 2 0 1 0 0 1 q z 0 2 1 a 5 6 3 2 2 l 1 0l 0 0 9 、l o l 5 q z 0 2 1 b 5 6 3 2 2 1 2 01 0 0 3 q z 0 2 2 a 5 6 3 2 2 2 1 0l 0 0 6 、l o l 2 q z 0 2 2 b 5 6 3 2 2 2 2 01 0 0 0 q z 0 2 3 a 5 6 3 2 2 3 l o1 0 0 8 、l o l 4 q z 0 2 3 b 5 6 3 2 2 3 2 0 1 0 0 2 q z 0 3 0 a 5 6 3 2 3 0 l ol o l o 、1 0 1 6 q z 0 3 0 b 5 6 3 2 3 0 2 0l 0 0 4 q z 0 3 1 a 5 6 3 2 31 1 01 0 0 7 、l o l 3 q z 0 3 1 b 5 6 3 2 31 2 0l 0 0 1 q z 0 3 2 a 5 6 3 2 3 2 1 0l 0 0 9 、1 0 1 5 q z 0 3 2 b 5 6 3 2 3 2 2 01 0 0 3 q z 0 3 3 a 5 6 3 2 3 3 1 01 0 0 6 、1 0 1 2 q z 0 3 3 b 5 6 3 2 3 3 2 0 1 0 0 0 q z t ) 4 0 a 5 6 3 2 _ 4 0 1 0l 0 0 8 、1 0 1 4 q z 0 4 0 b 5 6 3 2 - 4 0 2 01 0 0 2 q z 0 4 1 a 5 6 3 2 4 1 l o1 0 1 0 、1 0 1 6 q z 0 4 l b 5 6 3 2 4 1 2 01 0 0 4 q z 0 4 2 a 5 6 3 3 - 4 2 1 0 1 0 0 7 、1 0 1 3 q z 0 4 2 b 5 6 3 3 - 4 2 2 0 1 0 0 l q z 0 5 0 a 5 6 3 3 5 0 1 01 0 0 9 、1 0 1 5 q z 0 5 0 b 5 6 3 3 5 0 2 01 0 0 3 q z 0 5 l a 5 6 3 3 5 1 1 01 0 0 6 、i o l 2 q z 0 5 l b 5 6 3 3 51 2 01 0 0 0 q z 0 5 2 a 5 6 3 3 5 2 1 0 1 0 0 8 、l o l 4 q z 0 5 2 b 5 6 3 3 5 2 2 0 1 0 0 2 q z 0 5 3 a 5 6 3 3 5 3 1 01 0 l o 、1 0 1 6 q z 0 5 3 b 5 6 3 3 5 3 2 0 1 0 0 4 q z 0 6 0 a 5 6 3 3 - 6 0 1 01 0 0 7 、1 0 1 3 q z 0 6 0 b 5 6 3 3 6 0 2 01 0 0 1 q z 0 6 l a 5 6 3 3 6 l1 01 0 0 9 、1 0 1 5 q z 0 6 l b 5 6 3 3 6 1 2 01 0 0 3 q z 0 6 2 a 5 6 3 3 6 2 1 01 0 0 6 、1 0 1 2 q z 0 6 2 b 5 6 3 3 6 2 2 0 1 0 0 0 q z 0 7 0 a 5 6 3 3 7 0 1 01 0 0 8 、1 0 1 4 q z 0 7 0 b 5 6 3 3 7 0 2 01 0 0 2 q z 0 7 1 a 5 6 3 3 7 1 1 01 0 1 0 、1 0 1 6 q z 0 7 l b 5 6 3 3 7 1 2 01 0 0 4 q z 0 7 2 a 5 6 3 3 7 2 1 0l 0 0 7 、1 0 1 3 q z 0 7 2 b 5 6 3 3 7 2 2 01 0 0 1 q z 0 8 0 a 5 6 3 3 - 8 0 1 0 1 0 0 9 、1 0 1 5 q z 0 8 0 b 5 6 3 3 8 0 2 0 1 0 0 3 q z 0 8 1 a 5 6 3 3 8 1 1 01 0 0 6 、1 0 1 2 q z 0 8 1 b 5 6 3 3 - 8 1 2 0l 0 0 0 q z 0 8 2 a 5 6 3 3 8 2 1 01 0 0 8 、1 0 1 4 q z 0 8 2 b 5 6 3 3 8 2 2 01 0 0 2 q z 0 9 0 a 5 6 3 3 9 0 l o1 0 1 0 、1 0 1 6 q z 0 9 0 b 5 6 3 3 9 0 2 0 1 0 0 4 q z 0 9 1 a 5 6 3 3 9 1 1 01 0 0 7 、1 0 1 3 q z 0 9 1 b 5 6 3 3 9 1 2 01 0 0 l q z 0 9 2 a 5 6 3 3 9 2 1 0 1 0 0 9 、l o l 5 q z 0 9 2 b 5 6 3 3 9 2 2 0 1 0 0 3 q z l 0 0 a 5 6 3 3 1 0 0 1 01 0 0 6 、l o l 2 q z l 0 0 b 5 6 3 3 - 1 0 0 2 01 0 0 0 掇星銮垩盔鲎堡圭堡塞筮三童踅亟墼堕鲢墅璧塑堂矍重翌9 堕 表3 。2 青藏铁路g s 弥r 试验段绩遂号等频点的对瘦 信道号 上行傅道频率( m h z )下行信道频率( m h z ) 1 0 0 08 8 5 29 3 0 2 1 0 0 l8 8 5 。49 3 0 。4 1 0 0 28 8 5 69 3 0 6 1 0 0 38 8 5 8 9 3 0 8 l 48 s 69 3 1 1 0 0 58 8 6 29 3 1 2 1 0 0 68 8 6 49 3 1 4 l 78 s 6 。6 9 3 1 6 1 0 0 88 8 6 ，89 3 1 8 1 0 0 98 8 7 9 3 2 l o l o8 8 7 29 3 2 2 l o l l 8 9 7 4 9 3 2 4 1 0 1 2 8 8 7 6 9 3 2 6 1 0 1 38 8 7 89 3 2 。8 l e l 毒s s 89 3 3 1 0 1 58 8 8 29 3 3 2 l o l 68 8 8 4 9 3 3 4 l o l 78 8 8 ，69 3 3 。6 3 2 测试目的 青藏铁路试验段g s m r 技术试验的目的是：满足胬藏铁路对综合 移懿逶缮翁嚣要，定义、开发、测试帮验涯g s m r 在毒藏铁赣上的盛 用。 毒藏铁路接拳本裂不冻采遽验段g s 艇- r 瓣终麴场强覆盖溅试主要 怒为了评价网络能够提供的服务质量，例如覆盖概率的满足情况，重叠 鼷深度的评估等，同时为全线的网络设计提供依据，墩为以后线路的 g s 珏爻嬲络建竣疆供参考。 铁路部门对街藏铁路试验段的要求是覆盖概率9 5 ，最小电平是 9 2 矗b 搬。 3 3 测试方法 在移动通信环境中，无线载波波长远小于周阐建筑物的尺寸，故电 淡主要淤蠢瓣、发射、教麓熬方蔽传撵，莹褒多径穗撂瑗蒙。 移动接收天线接收到的合成雾径波将出现信号衰落现象，它包括慢 北京交通大学硕士论文第三章青藏铁路试验段场强覆盖测试 衰落和快衰落两部分。引起慢衰落的原因是移动通信环境、地域的不均 匀性。快衰落则是由建筑物的反射、散射等多径效应引起的。无线网络 现场测试的主要目的是要搞清楚每一个蜂窝小区的覆盖范围和切换带 范围，使其与网络规划要求相一致。而小区的覆盖范围是由信号场强的 慢衰落信号强度确定的，因此我们采集的数据应该反映慢衰落的情况， 我们采集的数据要求能将地形、地物对信号的影响反映出来。因此采集 的数据应该包含全部慢衰落的信息，而滤去全部快衰落的信息。 为了得到有效的数据，要求对采样长度和在该长度上的采样点数合 理取值。世界上大多数运营商对场强的测量依据李氏定律( l e ec r i t e r i a ) 。 3 3 1 李氏定律 对采样长度上的原始数据求均值可以得到局部平均值。当采样个数 一定时，若采样长度太短，得到的局部平均值则不能完全消除快衰落的 变化。若采样长度太长，则所得到局部平均值中将会失去部分表征地形、 地物特征的信息。w i l l i a mc y l e e ( 李建业) 根据衰落波中快衰落和慢 衰落的特征，确定采样长度应为4 0 个波长。 在一个采样长度上对信号强度进行采样，随着采样点数的增加，采 样信号的平均值越来越接近实际的局部平均值。但是信号采样速率是受 限的，而且如果采样点数过多会增加数据处理的负担。因此我们需要确 定4 0 个波长上采样点数的最小值，根据w i l l i a mc yl e e 的推导可以得 出采用3 6 5 0 个采样点是比较合适的。 综上，根据李氏定律得出要求在4 0 个波长的间隔内，采用3 6 5 0 个采样点，求得其平均值作为局部平均值。在青藏铁路试验段的场强测 试中采用的即是这样的数据采集和处理标准。 3 3 2 青藏铁路试验段测试 在保证4 0 个波长的间隔内，取3 6 5 0 之间的样值，必须考虑移动 台运动速度( 车速) 、仪器的采样速率及同时测试的信道数。 在青藏铁路试验段的测试中，是乘坐轨道车进行测试，车速一般在 8 0 1 0 0 k m h ，并且需要同时对5 个频点( a 层、b 层各有5 个b c c h 信道) 进行数据采集。由于车速高、采样频点多，必须考虑采样数据的 有效性。 北京交通大学硕士论文第三章青藏铁路试验段场强覆盖测试 每个1 2 8 9 千米的窗口中接 收电平大于9 2 d b m 的概率 9 7 9 9 6 2 的最小值。 铁路部门覆盖概率的要求 9 5 o 9 5 o 从表3 3 中可以看到，a 、b 网上的取样数有细微的差别，这是因为 在a 、b 网上开始测试和结束测试的时间不可能完全相同。 图3 2 和图3 3 给出了青藏铁路g s m r 试验段a 、b 网的覆盖电平 以最小电平9 2 d b m 为参考。 廑 | 。 i ：祖盎趟签盐兰盘谜 旧匡垂 - 兰三三三三 i 。i：= ：= = = ： m 量舀暑置蟊蕃昌蕃罨昌里里f f 茎匿 l ：竺! ：二二二二二型 北京交通大学硕士论文第三章青藏铁路试验段场强覆盖测试 d l s h n c ：0 k m t 0 1 2 k m 0 1 0 _ _-_一hnno_ - ii ；i0i ii 加 - 4 0 卯 -，l i 批 r l 州y 、- f 1 7 0 v ? n n r w l t _ w ，、 舶 - 1 科协n c ：拍k m t o k u ， 加i ；三；誉墨：墨盖善嚣蛊墨 帕 i n 。m 神蚶m n ，1 一 - 1 - f a u 0 d l 搬n c ：k m t o k m 。 驾1m m mmmi ；*h$gm gm 日*一 盘 j h j 饥 舞 - m “哪l ”u m - i、j 锄 一 l 弋州坩 盖 d l n - n c ：7 6 k m t o h m d ：； “hhh “nnnn nn r 口g ；gg ；* b 毋 ： 一i6一in1 n 蜘 胛札一7 _ l -，u 、j 翟 m 川o no k ， 讯 “w ，”伸削。州俑，1 舶 r v 1 d i h n c ：1 2 k m t o 砖k m 0 1 a ； hhh m 加 ：=o#hi hn 郴 。 扩1 。岬“r 卸 ，叭】i一9 2 凸_ 舶 r 、“舳 。加 m i h _ 唧 帅 - 1 ：率5 i iggg g2 划 錾蓑拶i 蜂# ”。 0 驾