（通信与信息系统专业论文）编组站地区gsmr无线网络频率规划及软件仿真.pdf

北京交通大学硕士论文 y8 7 8 5 2 摘要 摘要 g s m r 的引入加速了中国铁路的发展，在成都北编组站的应用对于 在全国实现铁路的g s m r 网络覆盖的目标迈进了一步。 本文主要研究在频率资源有限的情况下，如何解决编组站地区大业 务量对频率资源的需求问题。结合实际情况设计了四种频率规划方案， 荠用软件进行了仿真、比较。提出适合编组站地区的频率解决方案。 本文主要按照以下六章进行介绍。 第一章：简要介绍了g s m r 的网络结构、基本业务及其发展状况。 第二章：简要介绍传播模型及几种常用的传播模型。 第三章：介绍了频率复用技术。 第四章：通过成都北编组站地区的实际需求进行频率预算，提出四 种频率规划方案并进行简单比较。 第五章：通过软件仿真，提出适合编组站地区的频率规划方案。 第六章：全文总结，提出了值得继续研究的几个方向。 【关键词】g s m r ，编组站，频率规划 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ei n t r o d u c t i o no fg s m ra c c e k r a t e dt h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a ym c h j n a t h eu s i n go fg s m - r a tc h e n g d un o n l ls h u 恤ga p p r o a c h e st h cg o a lo f g s m rc o v e r a g emn a t i o n a ir a i l w a * t h et h e s i sr e s e a r c h e sh o wt or e s o l v em ec o 1 i c t i o nb e t v v e e nl i i l l i t e d 舶q u e n c ya n dl a 唱et r a 街c a c c o r d i n gt ot i l er e q l l i r e m e n to fs h u t t i n gs c h e m e s o mf o u rs c h e m e s a r e rs i m u l a t i l l ga 1 1 dc o m p 痂gt 1 e s es c h e m e sip r o p o s ea s o l m i o nw 扯c hi s 靠tt ot h er e q u i r e r 嘲to fs h u n i 芏l g c h a d t e ro n ed e s c r i b e st h en e t w o r ks m l c t u r e 、 b 越i cs e f v i c e sa 1 1 d d e v e i o p m e n to fg s m r c h a p t e rt w 0 i r l 仃o d u c e st 王l ep m p a g a t i o nm o d e l sa n d s e v e m lc o m m o np r o p a g a t i o nm o d e l s ，c h 印t c rt h r e ei i l t r o d u c e st e c h l l i q u e so f 雠q u e n c yr e - u s e c h a p t e rf j 、l rp r o p o s ef b l l rs c h e m e sa f l 船舶q u e n c yb u d g e t 孤dc o m p a f et i l e m c h a 泖r6 v ep r o p o s e sas o h 撕o nw h i c hi s 五tt om e r e q u i r e m e n to fs h u 砸n g a f 【e r s i m l l l a t i n ga r l dc o m p a r i n g 也e s es c h e m e s c h a p t e rs i xc o n c l u d e s 廿l et l l e s i sa n dp u t sf b m ，a r ds c v e m lr e s e 疵hd i r e c t i o n s i n t l l ef u n l r e ， 【k e ”v o r d s 】g s m r ，s h u 缸1 9 矗e q u e n c y p l 跏i n g 2 北京交通大学硕士学位第一章绪论 大秦铁路和青藏铁路g s m r 工程的建设和试验的开展，加快了 g s m r 系统在中国的实现和发展，加快铁路信息化建设的步伐，促进铁 路现代化的发展，提高铁路的竞争能力，使铁路更好地为社会提供运输 服务。虽然我国的g s m - r 尚处于初期建设阶段，但是随着高速铁路建设 的迅速发展，对铁路信息化水平要求不断提升，大规模部署g s m - r 将是 迟早的事情，同时新技术的发展和应用也将为g s m r 带来更广阔的发展 空间。 1 1 3g s m r 网络结构及业务 g s m r 陆地移动通信系统由若干个功能实体组成，这些功能实体所 实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务， 以及对于用户数据和移动性的操作管理。 g s m r 系统保留了g s m 的基本结构，一个基站控制器一般负责管 理一个或多个小区。基站控制器与移动交换机访问位置寄存器 ( m s c l r ) 通过a 接口相连。m s c 提供与其他网络的接口，它的主 要功能是完成呼叫交换、控制移动台的位置更新和越区切换过程。归属 位置寄存器( h l r ) 通过n o 7 信令连接到g m s c 和v l r 进行国内及国 际寻址，其数据库与a u c 相连。现存的p a b ) ( i s d n 电话网络将直接与 m s c 相连。 除基本结构相同外，g s m r 还需要一个存储组呼属性的寄存器一组 呼寄存器( g c r ) 来实现网络功能。g c r 实际上相当于一个数据库，存储 有关语音组呼的信息。它被视为一个新的网络节点，可以放在直接与 m s c 相连的队b x 中，也可以放在m s c 中，或者作为h l r 的组成邦分。 在空中接口方面，g s m r 在g s m 的基础上增加了通知信道n c h ， 用来传送包含组呼信息和组呼信道的信息。n c h 的位置在b c c h 的系统 3 北京交通人学硕士学位 第一章绪论 消息中，一播。 g s m r 以g s m 平台为基础，是常规g s m 技术应用到铁路系统的 技术延伸，沿袭了g s m 的基本功能，还增力u 了一些集群调度的功能。下 图为g s m r 系统的业务模型层次结构： 图l lg s m r 系统层次结构示意图 功能寻址：便于固定( 移动) 用户拨号呼叫列车上移动用户的一种 方式。 功能号表示：功能号是将铁路用户根据其当前行使的职自进行编号， 这个号有可能是非永久的，需要注册和注销。 接入矩阵：接入矩阵定义哪些签约用户在网络中与其他签约用户鞋 系。 基于位置的寻址；便于列车上移动用户( 如火车司机) 呼叫固定用 户( 调度员) 的一种方式。例如当火车司机呼叫固定用户( 调度员) 时， 系统依据移动用户( 火车司机) 的当前位置( 所在控制区，j 、区) 对固定 用户( 调度员) 进行寻址，自动地将呼叫转接到列车当前所在控制区的 4 北京交通大学硕士学位 第一章绪论 调度员。 语音组呼服务( v o i c eg r o u pc a l ls e r y i c e ，v g c s ) ：移动或固定用户 拨打组呼i d 号，可与指定区域内的小组成员建立呼叫。该组内所有成员 均可通过同一业务信道进行接听，该小组的成员也可通过按键讲话 ( p t t ) 方式发出通话请求，系统依据“先请求先服务”的原则建立一 个上行链路来提供通话服务。这项业务中包含两种身份的成员，调度员 和移动业务用户。调度员可以是固网用户也可以是移动用户，移动业务 用户指预订了v g c s 业务的移动用户，数量不限。在呼叫建立期间，给 主叫用户和调度员提供标准的双向信道，给所有的被叫业务用户分配同 一业务信道的下行链路进行接听。在整个呼叫过程中调度员一直占用一 对业务信道，其他业务用户要通过抢占上行链路来实现讲者和听者身份 之间的转变。一个v g c s 通信过程中，某一时刻只能有一个“非调度身 份”的移动用户讲话，调度员可以随时讲话。 语音广播服务( v o i c eb r o a d c a s ts e f v i c e ，v b s ) ：v b s 可用来在指定 区域( 可跨多个小区) 内广播消息或发布紧急呼叫( 一点对多点的呼叫， 主呼者讲话而众多的被呼方只能收听) 。区域的定义和选择可动态设定， 从而具有极大的灵活性。它与v g c s 具有相似的业务功能，主要差别是 业务用户没有讲话的权利。调度员如果不是广播的发起者也没有讲话的 权利。 增强的多优先级与强占( e 1 1 l l a n c e d m u i t i l e v e l p r e c e d e n c ea j l d p r e e m p t i o n ，e m l p p ) 。铁路紧急呼叫或列车自动控制等许多通信应用， 都要求网络无论处于何种负载状况下均能迅速建立呼叫。如果在一个小 区发生拥塞( 所有无线电频率和业务信道均被占用) ，e m l p p 可立即切 断低优先权的呼叫而建立高优先权的呼叫。 北京交通入学硕士学位 第一章绪论 1 2 本课题的研究意义 为了适应铁路快速发展的需求，我国引入了g s m _ r 这一先进技术， 在成都北编组站采用g s m r 网络加快了在全国实现g s m r 网络覆盖的 目标。在无线网络的规划当中，频率资源是很关键的因素。怎样通过有 限的频率资源获得更大的容量和用户能够接受的质量成为无线网络工程 建设中的重中之重。为了达到质量一容量的平衡，做好频率规划在无线 网络工程建设中起到了非常关键的作用。在铁路的无线网络规划当中， 由于铁路网的覆盖主要有沿线覆盖和车站覆盖，沿线的覆盖主要是线状 覆盖，网络规划较简单，车站覆盖一般为面状覆盖，尤其是大型车站， 通常为面状覆盖。成都北编组站地区是国内较大型的编组站，业务量较 大，我国为铁路分配的频率资源有限，只有4 m h z 。在这种情况下，解 决编组站地区的无线网络覆盖问韪是整个网络的规划设计的关键。因此 对成都北编组站无线频率规划的研究具有实际的意义。 1 3 本论文的主要工作与贡献 本论文从理论出发，对无线网络规划传播模型及相关技术进行了深 入研究，结合实际情况设计了几种频率规划方案，并对这几种方案用软 件进行了仿真、比较。主要内容为以下7 个步骤： 传播模型的研究 无线规划相关技术的研究 分析编组站功能、业务需求 进行频率预算 设计几种频率规划方案 北京交通大学硕士学位第一章绪论 对几种方案进行软件仿真 对结果进行比较并提出建议 通过分析比较，为编组站地区的无线网络规划提出了可行的方案。 为实际的无线网络规划提供指导和参考。 北京交通大学硕士论文第二章传播模型 用测试数据加以修正。 最常用的有o k u m u r a ，h a t a 和c o s t - 2 3 1 一w a l f i s h ( e g 锄i 模型。 g s m 9 0 0 m h z 主要采用c c 瓜推荐的o k u m u r a - h a t a 电波传播衰减计算 模型，用于宏小区预测。o k u m u r a - h a t a 模型是经过不同阶段的修_ i f 和完 善获得的。最初模型是o k u m u r a 基于日本东京及其周围市郊实验测量而 给出的许多用于蜂窝规划的经验曲线，后经h a t a 改进并经拟合得到相应 的经验公式。该模型的准确性经大量实验数据验证已获认可，并在其基 础上进行了进一步的修正和完善。0 k u m u r a - h a t a 播模型是以准平坦地形、 大城市市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条 件等因素分别以校正因子的形式进行修正。其频率适用范围是1 5 0 1 5 0 z ，目前采用的主要频段资源为8 0 0 9 0 0 m h z 。 o k u m u r a h a t a 基本模型公式如下： 焖【删= 5 5 + 孤1 6 l 曙f 一1 3 - 8 2 1 0 9 一) + 9 6 5 5 垤) 崦d ( 2 2 ) 其中，正为工作频率( m h z ) ；为基站天线高度( m ) ；。为移 动台天线高度( m ) ；0 ( 风) 为移动天线修正因子( d b ) ；d 为移动台到基 站的距离( ) 。 对于中、小城市，移动天线修正因子为： 口。) = ( 1 1 【o g 正一0 7 ) 日。一( 1 5 6 l o g 正一o 8 ) ( 2 3 ) 对于大城市，移动天线修正因子为： 口( 以) = 8 2 9 1 0 甙l 5 4 峨) 2 一l 1正3 0 0 h 征乜 ( 2 ，4 ) a ( 月。) = 3 2 【l o 甙11 7 5 吃) 2 4 9 7z 23 0 0 乜 ( 2 5 ) 为获得郊区的路径损耗，标准h a f a 模型修正为： 北京交通大学硕士论文 第二章传播模型 l d b = 上( 市因一2 1 0 9 仉2 固 2 5 4 ( 2 6 ) 对于农村( 开阔地) 地区修正为： 三 船】- 三( 市区) 一47 8 i o g ( 二) 2 + 1 8 3 3 i o g 工4 09 8 ( 2 7 ) 对于农村( 准开阔地) 地区修正为： d b = 上( 市i 蜀_ 1 0 9 2 8 ) 2 2 3 9 ( 1 0 9 上) 2 + 9 1 7 1 0 9 工一2 3 1 7 ( 2 8 ) c o s t 2 3 1 一h a t a 电波传播模型是h a t a 模型的扩展版本，将频率上限从 1 5 0 0m h z 扩展到了2 0 0 0 m h z 。该模型通过对众多城市的小区域覆盖范围 内的电波损耗实测，修正了h a t a 模型的参数，使之能够预测城市基站的 小区域内覆盖，并适用于1 8 0 0 1 9 0 0 m h z 频段的信号覆盖预测。市区传 播损耗的基本公式变成： ( 市固【凸 = 4 6 3 + 3 3 9 i o g 五一1 3 ，8 2 l o g 一g c ) + ( 必9 6 5 5 1 0 9 琶) 1 0 9 d + o ( 2 9 ) c o s t 一2 3 1 一w a l f i s h - 皿e g a m i 广泛用于建筑物高度近似一致的郊区和城 区环境。在使用高基站天线时该模型采用理论的w j i f i s h b e r t o n i 模型计 算多屏绕射损耗；在使用低基站天线时采用测试数据。该模型的特点是： 从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模 式。这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗以及散射 损耗等，其适用范围为： 频率f 为8 0 0 2 0 0 0 m h z ； 距离d 为0 0 2 5 k m ； 基站天线高度h b 为4 5 0 m ： 移动台天线高度l n 为1 3 m 。 c o s t 2 3 l - w a m s h 一( e g a m i 模型分基站和移动台之间没有直射径和基 北京交通大学硕士论文 第一章传播模型 站和移动台之间有直射径的情况两种情况计算路径损耗 ( 1 ) 基站和移动台之问没有直射径的情况 厶= 岛+ k ，+ 厶。( 或厶= 厶，当，+ 瓦d o ) ( 2 1 0 ) 厶是自由空间损耗， l 0 2 3 2 4 + 2 0 l g d + 2 0 z 罟f ( 2 一u ) d 为移动台到基站的距离( m ) ，f 为工作频率( m h z ) 。 k ，为屋顶和街道之间的衍射和散射损耗( 对应慢衰落) ： 三。，= 一1 6 9 1 0 l o g ( w ) + 1 0 1 0 9 ( ，) + 2 0 i o g ( 。h 耐一日，) + 三田 ( 2 1 2 ) 其中： 。，= 一1 0 + o 3 5 4 p 矗f ( o 。p 矗 3 5 。) = 2 5 + o 0 7 5 x ( p i 一3 5 ) ( 3 5 。s p f h 叫) t = - 4 + o 7 ( 9 2 5 ) 一1 ) 适用于中等规模的城市和植被密度适中的郊区 = 一4 + 1 5 ( 9 2 5 ) 一1 ) 适用于大城市 其他基本参数说明： 建筑物高度：日。( m ) 路面宽度；w ( m ) 建筑物之间的距离：b ( m ) 道路方向与直射波路径的夹角：肼f 9 需要指出，当基站天线高度与其附近的屋顶高度相当时，其高度的 微小变化将引起路径损耗的急剧变化。此外当天线高度远小于屋顶高度 时误差也较大。 ( 2 ) 基站和移动台之间有直射径的情况： 微小区( 天线低于屋顶高度) 的路径损耗模型如下： 上6 = 4 2 6 + 2 6 1 0 9 ( d ) 十2 0 1 0 9 ( 厂)( d2o 0 2 0 ，t 掰) ( 2 一1 8 ) 电波在空间传播还受到其他因素的影响，比如植被覆盖和大气条件 等。 在市区，树木的总量不是很大，其影响可以忽略不计，而在农村地 区，由树木引起的损耗占了很重要的一部分。树木引起的损耗量取决于 树木的高度、茂密程度、季节以及周围环境的湿度等。 电波在大气层中传播时的损耗主要是大气分子吸收和降雨、云、雾 等衰减。 降雨对电波传播的影响也是很明显的。一方面，雨滴吸收电波能量 北京交通大学硕士论文第二章传播模型 引起吸收衰落；另一方面，雨滴对电波又有散射作用。大气分子的吸收 引起的损耗一般是不变的，而降雨引起的衰减却波动很大。降雨引起的 损耗取决于降雨的密度和传输信号的频率。降雨引起的损耗在信号频率 高于1 5 g h z 时较明显。 北京交通人一硕士论文 第二章频率复t j 技术 第三章频率复用技术 在蜂窝系统中，系统会给每一个小区的基站分配一组信道，只要相 隔距离足够远，相同的信道可以在另一个小区重复使用，这就是频率复 用的思想。我们把由若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个簇， 把不同簇中使用相同频率的小区称为同频小区。 3 1 同频复用距离 为了提高频率利用率，在满足一定通信质量的条件下，允许使用相 同频道的无线区域之间的最小距离为同频道再用的最小安全距离，简称 同频复用距离或共道再用距离。所谓“安全”指接收机输入端的有用信 号与同频道干扰的比值大于射频防护比。为了避免同频小区之间的干扰， 必须选定一个合适的同频复用距离，使同频干扰抑制到允许的范围以内。 图3 1 给出了同频复用距离示意图。假设基站a 和b 使用相同的频 道，移动台m 正在接收基站a 发射的信号，由于基站天线高度大于移动 台天线高度， 图3 1 同频复用距离 因此当移动台m 处于小区的边沿时，易收到基站b 发射的同频干扰。假 若输入到移动台接收机的有用信号与同频干扰之比等于射频防护比，则 北京交通大学硕+ 论文 第三章频率复辱j 技术 a 、b 两基站之间的距离即为同频复用距离，记作d 。由图可见 d = d ，十d s = d ，+ ( 3 1 ) 式中q 为同频道干扰源至被干扰接收机的距离，见为有用信号的 传播距离，即为小区半径屹。 通常，定义同频复用系数为 由式( 3 一1 ) 可得同频复用系数 3 2 同频干扰 d a = 一 甜：里：l + 旦 ( 3 - 2 ) ( 3 3 ) 同频干扰是由于采用了频率复用，在同频小区之间产生的干扰。同 频干扰不能简单的通过增大发射机的功率来克服，因为这样会导致相邻 小区之间的干扰。我们用同频干扰信噪比c i 来衡量接受机的接收质量。 设同频干扰的小区数为i 。，那么移动台的接收信噪比就可以表示为： cs _ 2 i 一 。 ， f = i ( 3 4 ) 其中，c 是移动台接收到的基站载波信号的功率，i ，是第i 个同频小 区的基站信号对移动台的干扰功率。我们试图在c i 和同频复用距离之 间建立起联系，来对小区的覆盖进行规划。考虑到电磁波在无线信道中 的传输功率随着传输距离的增大而衰减，用下式来估算距离发射天线d 北京交通人学硕士论文 第兰章颁率复用技术 处的接收点接收到的平均信号功率： p ：r ( 导) ” d o ( 3 5 ) 式中r 是接收功率，p 。是距发射天线d o 处的参考点的功率，n 是路 径衰减指数。由式3 4 可建立起同频基站的干扰功率与同频复用距离的 关系。因此，假设每个同频基站的发射功率相等，路径衰减指数也相同， 则移动台的接收信噪比可以近似的表示为： c 尺叫 7 兰( d ，) _ “ f = i ( 3 6 ) 假设只考虑第一层的同频干扰小区，可以认为各n 的值相等，式3 6 可以进一步简化为 旦：幽：篮立 2 0b ( 3 7 ) 规则的频率复用就是将可用频率分成若干组，频率以组为基础分配 到每个小区，每小区的频道数等于系统可用的总频道数除以频率分组的 数值n ( n 称为频率的复用系数) 。由式3 - 7 知，簇的大小n 决定了移动 台的接收信噪比，同时也决定了系统的容量。n 愈大，整个系统内的同 频小区的间隔就愈大，c i 值就愈大，但是，每组可用的频道就愈少，频 率利用率就愈低。相反，n 愈小，c i 值就愈小。由此可知，只要指定一 个能够保证话音质量的接收门限电平，就可以确定簇的大小和频率复用 的方案了。在g s m r 中，满足最小服务质量的c i 门限值为9 d b ，包括 2 d b 的边缘效应的影响。 在实际设计中由于移动台在小区中位置的变化，基站位置偏差，传 播环境的起伏，小区形状的扭曲，实际得到的c i 值要比理论计算的结 北京交通大学硕士论文 第三章频率复用技术 果差，因此要以最差的c i 为依据进行系统设计。以上的讨论仅基于基 站使用全向天线的情况，当使用定向天线时，同频于扰的小区数会减少， 计算c 1 是要充分考虑i o 的取值和基站的位置。 解决同频干扰可以采取以下几种措施： 定向天线覆盖。使用定向天线可以减少同频干扰的小区数i o ，从而 提高接收信噪比，减小同频干扰。 优化同频复用距离和频率分配方案。根据传播环境和业务量的变化 情况，调整同频复用距离和频率分配方案，以适应不同的c i 。 天线高度和倾角的调整。调整天线高度和倾角可以改变小区的覆盖 范围和小区形状，减小同频干扰。 3 3 邻频干扰 与所使用频率相邻的频率信号产生的干扰称为邻道干扰。邻道干扰 的产生主要是因为接收滤波器的阻带衰减不够陡峭引起了相邻频带信号 的泄漏。只有当两个相邻频率的接收机距离很近，干扰信号的强度超过 了接收机灵敏度时，邻道干扰会对接收机的正常工作造成影响。 邻道干扰的抑制用邻道抑制增益( a c s ) 这一参数来衡量，a c s 可 由下式计算： a c s2 c | ic c | i n l 3 怠) 其中，c 是基站的载波功率，l 是同频干扰的噪声功率，i a 是邻道 干扰的噪声功率。在g s m r 中，典型的a c s 值是1 8 d b 。与当前使用信 道频率相隔最近的信道叫做1 s ta c s ，次近的叫做2 n da c s ，以此类推。 l s ta c sa 8 d b 表明可以在相邻小区使用这一频率的邻近信道，它保证了 切换的边缘电平大于等于6 d b 。2 n d a c s 苎0 d b 表明移动台在上行链路进 北京交通大学硕七论文第三章频率复”；：| 技术 行了功率控制和在小区内进行切换，相隔次近的信道可以在当前小区内 使用。 邻道干扰可以通过提高滤波器的精度和合理的信道分配而减到最 小程度。通常用接收机的邻道选择性来表示抗邻道干扰的能力，它主要 由接收中频滤波器的阻带衰减特性决定。因为每个小区只是分给所有可 用信道中的一部分，因此可以通过避免在相邻小区之i 剐分配连续的频率， 同时使相邻小区之间的频率间隔最大来减小邻道干扰。 3 4 常用的频率复用技术 目前，g s m 常用的频率复用技术有4 3 、3 3 、2 6 、1x 3 、l 1 、 m r p 、同心圆等。这些频率复用技术在实际的使用过程中各有优缺点。 3 4 14 3 频率复用方式 最常用基本频率复用方式是4 3 的方式。4 代表4 个基站，3 代表每 个基站由三个小区组成。1 2 个扇区组成一个频率复用簇，同一簇中频率 不能被复用。复用方式如图3 2 所示： 图3 24 3 频率复用方式 北京交通大学硕士论文第三章额率复崩技术 此时n = 4 则其q = 3 = 3 4 = 3 4 6 在4 3 的复用方式下，每个小区为1 2 0 度的定向小区，此时干扰源 减少为2 个，有公式( 3 7 ) ，理论上载干比为： c i ( 最差情况) = _ _ i 妄五- 了= 2 0 d b ( 口+ 0 7 ) 叫+ 目叫 这种频率复用方式由于同频复用距离大，能够可靠地满足g s m 体制 对同频干扰防护比和邻频干扰保护比的指标要求。实际情况下，由于基 站布局的不规则，天线挂高的差别，以及实际无线的环境的影响，载于 比c i 不可能达到这么高。 4 3 频率复用虽然能获得较高的载千比，良好的话音质量：但是其 频率利用率较低。对于业务量较大的地区，可以采用其他方式增加网络 的容量。 继续增加网络容量的措施有： ( 1 ) 小区分裂。将拥塞小区分成更小小区的方法，每个小区都有自 己的基站并相应的降低天线高度和减小发射机功率。小区分裂通过增加 基站的数量来增加系统容量。 ( 2 ) 利用新的频率资源。如引进1 8 0 0 m h z 的频率资源，建立 d c s l 8 0 0 网络。 ( 3 ) 在现有的频率资源情况下，采用紧密频率复用技术，提高网络 容量。 其中采用紧密频率复用技术提高网络容量是最经济、最快捷的手段。 比较典型的紧密频率复用技术主要有3 3 、2 6 、2 3 、1 3 和1 1 复用技术。 北京交通大学硕士论文第三章频率复用技术 3 4 23 3 频率复用方式 在业务量较大的地区可以采用3 3 的复用模式，即以3 个基站为一 组，每个基站3 个小区，这9 个小区为一个频率复用簇，如下图所示， 同簇中的各小区使用不同的频率。这种复用方式相对于4 3 方式，同 频复用距离减少，所以同频干扰会有增加。3 3 复用方式如图3 3 所示： 幽3 33 3 频率复用方式 此时n = 3 ，q = 3 ：第一层的同频干扰源为2 个：若r = 4 ，则理论载 干比为： 1 5 寺。1 6 0 知b 实际情况下，由于基站布局的不规则，天线挂高的差别，以及实际 无线的环境的影响，载干比c i 不可能达到这么高。 主要特点是： 频率分组简单，系统容量得到一定的提高。 北京交通大学硕士论文第三章频率复用技术 相对4 3 方式，干扰有所增加，但总体上干扰可控制的很好。 3 4 _ 32 3 频率复用方式 这种复用方式就是2 个基站，每基站3 个小区，共6 个小区为一个 频率复用簇，同一簇内的小区使用不同的频率，不同簇使用相同的频率 组，这种复用方式就称为2 3 频率复用，如图3 4 所示： 图3 - 42 3 频率复用方式 在这种复用方式下 q = 也万= 丽：2 。4 5 由于使用的是6 0 度的定向小区，所以每个小区所受到的第一层干扰 源减少为一个，于是理论载干比为： c 仁。1 n 8 d b 在理想的规划小区的结构下，此种频率复用方式也不能达到网络的 载干比要求，必须依靠跳频、功率控制、d t x 等技术进行补偿，才能满 足系统的通信要求。 2 3 复用方式的容量有很大的提高，但由于同频复用距离的减小， 干扰增大，小区的话务量很难i o o 达到设计值。不能在最大站型的情 北京交通大学硕士论文 第二章频率复用技术 况下满负荷工作。实际使用时，b c c h 可使用较宽松的4 3 复用方式， t c h 使用2 3 复用方式。这种复用方式的主要特点如下 容量提高较大； 不需要很宽的频率带宽就可以增大网络容量： 由于同频复用距离的进一步缩小，干扰会加剧，需要使用有效的抗 干扰技术，以保证网络质量； 需要使用射频跳频技术； 对天线的安装要求较高，要求各基站天线方向角一致。 北京交通大学硕士论文第四章编组站地区的频率规划方案 第四毫编组站地区的频率规划方案 4 1 编组站的定义 编组站是铁路网上集中办理大量货物列车到达、解体、编组出发、 直通和其它列车作业，并为此设有比较完善的调车作业的车站。 编组站般设有专用的到达、发车场和调车场，以及驼峰调车设备、 机车整备和车辆检修设备。通常设在有3 条及以上的铁路交汇点，或有 大量车流集散的工矿企业、港l ，大城市所在地区。位于工业区或港口 附近并专为工业区或港口服务的编组站，又称工业编组站或港湾编组站。 编组站的基本布置形式有到发场与调车场并列布置的横列式、到达 场和调车场与出发场顺序布置的纵列式，以及二者捏合布置的形式，即 到达场和调车场纵列布霞，而出发场和调车场并列布置。若e 下行方向 共用一套调车设备，称单向编组站；若上下行方向各自配备调车设备， 称双向编组站。 编组站的主要任务是根据列车编组计划的要求，大量办理货物列车 的解体和编组作业。对货物列车中的车辆进行技术检修和货运检查整理 工作，并且按照运行图规定的时刻，正点接发列车。所丝，往往称编组 站为编组列车的工厂。 编组站的主要任务和作用可以归纳为： l 解编各种类型的货物列车； 2 组织和取送本地区的车流，即小运转列车； 3 设在编组站的机务段还需供应列车动力，以及整各、检修机车； 4 设在编组站的车辆段及其下属单位( 站修所、列检所) 还要对 4 设在编组站的车辆段及其下属单位( 站修所、列检所) 还要列 北京交通火学硕士论文第四章编组站地区的频率规划方案 车辆进行日常维修和定期检修等。 成都北编组站连接宝成、成昆、成渝和达成铁路，北起宝成线青白 江站，南至成昆线沙河堡站，东起成渝线石板滩站，西至成渝线龙潭寺 站。是国家和四川省重点建设项目，是全国铁路投资最大、科技含量最 高、技术最先进、一次性建成的路网性重要编组站。成都北编组站拟在 现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术等技 术手段的基础上实现具有高技术含量的编组站综合集成自动化系统，达 到集中控制、集中指挥、数据集成、信息共享、减少作业环节，使运输 作业管理更加现代化、信息化，同时减轻生产人员的劳动强度，缩短列 车车辆在本编组站的停留时间，加速车辆周转，减少行车及其他工作人 员的总体目标。 4 2 编组站的组织机构 编组站的基本组织机构包括调车组、车号组、列检组、商检组，除 了这四个基本组之外，还有公安、清扫等。成都北编组站是双向三级六 场的编组站，包括两个到达场、两个出发场和两个编组场。一个编组场 有两个驼峰，采用双机推峰共同作业机制。这样，两个到发场有四个车 号组、四个列检组、四个商检组，两个编组场有八个调车组，八个调车 组又分为四个驼峰调车组和四个平面调车组。公安、清扫等组织机构也 要纳入g s m - r 系统。 编组站的组织机构如图4 1 所示。 编组站中各操作人员分别负责不同的工作，有不同的职责，各操作 人员的职责如下： 调车长：调车组领导。 北京交通大学硕士论文第四章编组站地区的频率规划方案 据作业区域与作业分工不同，可分为到达外勤车号员( 驻到达场) 与出 发外勤车号员( 驻出发场) 。每个场外勤车号员卜4 人每班，主要职责 是交接货票，核对车号，部分编组站外勤车号还兼看关车门与查看篷布 的工作。 货检人员：受货调或货检车间领导，紧密联系对象是外勤助理值班 员及助理调度员。根据作业区域与作业分工不同，可分为到达货检员( 驻 到达场及到发场) 与出发货检员( 驻出发场) 。货检人员的主要职责是： 负责检查货物装载状态，车门关闭情况，组织现场加固捆绑，检查施封， 抄录施封号，缺失补封，抄录路用篷布号，按规定与押运人员办理签到 手续。每个场配备4 8 人( 不含雇用民工) 。 列尾人员：受值班员领导，紧密联系对象是助理值班员。根据作业 区域与作业分工不同，可分为到达列尾员( 驻到达场及到发场) 与出发 列尾员( 驻出发场) 。主要职责是卸装列尾，出发列尾安装后状态检验， 搬运列尾装置。每个场配备外勤列尾人员1 名( 不含雇用民工) 。 列检人员：受内勤列检值班员的领导，紧密联系对象是列检值班员。 根据作业区域与作业分工不同，可分为到达列检员( 驻到达场及到发场) 与出发列检员( 驻出发场) 。每个场的列检员分工负责每个列车前部、中 部、后部三个段，每场配置2 3 个组，每组1 0 多人每班，可平行对多 列车进行列检作业。列检人员的主要职责是检查车辆状态，扣留故障车、 定检车，出发列检负责连结风管，冲风与试验风压。可能的岗位如下： 列检工长：领导每个场的各个列检组，处理特殊车辆； 列检组长：领导每个列检组； 列检员：具体列检工作； 其他外勤人员：除此之外，编组站通常还包括分稀在各个地点的道 北京交通大学硕士论文第四章编组站地区的频率规划方案 岔清扫员，减速顶检修人员，电务维护人员、工务养护人员等外勤人员。 4 3 编组站地区的功能要求 成都北编组站站场无线系统的主要功能是为编组站内调机和所有相 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，提供 调度语音通信、数据通信业务，并提供和其它系统之间的高效接口，实 现与其它子系统的信息交换。根据成都北编组站综合集成自动化系统的 构成，系统必须可实现地面与机车之间，地面与移动终端之间的数据传 输，站场无线系统主要解决移动终端和平面调车应用。 按作业流程主要包括以下各种具体作业： 1 、到达作业处理 1 ) 根据商检、列检和车号要求分别提供提前通知( 业务提醒) 功能； 2 ) 按不同工种要求显示相关数据表格。针对商检组、列检组和 车号组的需要分发不同的车次列表和列车编组顺序表； 3 ) 支持信息核对和修改功能。如商检、列检的剔除( 扣车) 操 作；车号的顺序调整、关门车标注操作； 4 ) 提供最终确认功能，将晟终确认数据发送到综合信息管理中 心； 5 ) 各无线用户之间的个别呼叫； 6 ) 同一用户组内用户的组呼； 7 ) 重要用户之间的紧急呼叫； 8 ) 主要用户对系统内所有用户的群呼或通播； 9 ) 无线用户与有线电话之间的呼叫。 北京交通人学硕士论文 第四章编组站地区的频率规划方案 2 、解体调车作! 处理 1 ) 支持提前通知( 业务提醒) 功能； 2 ) 支持用户选择所需的调车计划： 3 ) 显示与不同调车组相关的调车计划： 4 ) 提供最终确认功能，业务完成后将确认信息发送到综合信息 管理中心： 5 ) 调车指令传输； 6 ) 各无线用户之间的个别呼叫； 7 ) 同一用户组内用户的组呼； 8 ) 重要用户之间的紧急呼叫； 9 ) 主要用户对系统内所有用户的群呼或通播； 10 ) 无线用户与有线电话之间的呼叫； 3 、编组调车作业处理 1 ) 支持提前通知( 业务提醒) 功能； 2 ) 支持用户选择所需的调车计划： 3 ) 显示与不同调车组相关的调车计划： 4 ) 提供最终确认功能，业务完成后将确认信息发送到综合信息 管理中心： 5 ) 调车指令传输； 6 ) 各无线用户之间的个别呼叫； 7 ) 同一用户组内用户的组呼： 8 ) 重要用户之间的紧急呼叫； 9 ) 主要用户对系统内所有用户的群呼或通播； 1 0 ) 无线用户与有线电话之间的呼叫； 北京交通大学硕l 论文第明章编组站地区的频率规划方案 11 1 各无线用户之间的个别呼叫； 1 2 ) 同一用户组内用户的组呼； 1 3 ) 重要用户之间的紧急呼叫； 1 4 1 主要用户对系统内所有用户的群呼或通播； 1 5 ) 无线用户与有线电话之阳j 的呼叫。 4 、出发作业处理 1 ) 根据商检、列检和车号要求分别提供提前通知( 业务提醒) 功能； 2 ) 针对商检组、列检组和车号组分发不同的列车编组顺序表； 3 ) 按不同工种要求显示相关数据表格； 4 1 支持信息修改功能。如商检、列检的剔除( 扣车) 操作；车 号的顺序调整、关门车标注操作： 5 ) 提供最终确认功能，将最终确认数据发送到综合信息管理中 心： 6 ) 各无线用户之间的个别呼叫； 7 ) 同一用户组内用户的组呼： 8 ) 重要用户之间的紧急呼叫； 9 ) 主要用户对系统内所有用户的群呼或通播； 1 0 1 无线用户与有线电话之间的呼叫。 5 、其它功能 1 ) 系统应具有呼叫、通话、故障、占线信息存储、打印、显示 功能及多信道数字录音功能； 2 ) 网络管理同样应具有性能管理、配置管理、用户管理、安全 管理、故障管理等的基本功能； 北京交通大学硕士论文 笫四章编组站地区的频率规划方案 3 1 系统的扩展功能：采用积木式、模块化的结构，便于扩容。 4 4 编组站地区的业务需求 成都北综合业务数字无线通信系统( g s m r g p r s ) 将为编组场外 勤人员与相关的固定人员及外勤人员之间提供可靠、实时的语音通信、 电路数据通信和分组数据通信，并通过系统中心控制设备与编组站综合 集成自动化中心( c 口s ) 实现各种数据信息的传输交换。g s m r 系统的 需求如下： 1 、g s m _ r 网络负责值班员往下的运输组织成员之间的通信，值班 员往上的运输组织成员之间的通信，例如调度员和值班员之间的 通信，不纳入到g s m r 系统中。 2 、在编组站现场，组之间的通信是没有的，个呼也比较少，而且各 个组没有重新重组的需求。 3 、在编组站没有功能寻址和基于位置的寻址的需求。 4 、0 p r s 网络是必须要的。 5 、g s m - r 网络本身不产生任何数据信息。所有的作业计划都来源 于c 口s 系统。 成都北编组站的业务需求中的一些文本数据，例如运统、列车编组 顺序表的传输是没有实时要求的，所以在列检、商检和车号组采用了分 组数据的通信方式，而编组场的调车指令的传输对实时性要求很高，所 以采用了电路数据的通信方式。具体业务需求如表4 1 所示。 表格争1 业务需求撅要 i 应用业务 话音承载业务数据承载业务 【列检 语音组呼 g p r s i 商检 语音组呼 g p r s 北京交通大学硕士论文第四章编组站地区的频率规划方案 车号语音组呼 g p r s 驼峰调车 语音组呼 电路数据 平面调车语音盟上呼 电路数据 公安 清扫 列检的作业范围为到达场和出发场。语音业务为组呼，上行方向上 需要两个组呼。数据业务对实时性要求不高，采用g p r s 的传输方式。 到发场分别有列检人员3 0 人，所以总的g p r s 用户有6 0 人。下行方向 与上行相同。 商检的作业范围为到达场和出发场。语音业务为组呼，上行方向上 需要两卜组呼。数据业务对实时性要求不高，采用g p r s 的传输方式。 到发场分别有列检人员4 人，所以总的g p r s 用户有8 人。下行方向与 上行相同。 车号的作业范围为到达场和出发场。语音业务为组呼，上行方向上 需要两个组呼。数据业务对实时性要求不高，采用g p r s 的传输方式。 到发场分别有列检人员2 人，所以总的g p r s 用户有4 人。下行方向与 上行相同。 驼峰调车的作业范围为到达场和驼峰调车场，在上行方向上有两个 驼峰调车组，语音业务需要两个组呼，因为调车命令对实时性要求很高， 所以采用电路交换的传输方式，每个驼峰调车组有4 个人，所以上行方 向需要8 个电路。下行方向与上行相同。 平面调车的主要作业范围为平面调车场和出发场，但是遇到一些装 载特殊货物的货车，不能经过驼峰编组的，平面调车组需要到到达场去 推货车，所以平面调车组的作业范围是整个编组场。在上行方向上有两 个驼峰调车组，语音业务需要两个组呼，因为调车命令对实时性要求很 北京交通大学硕士沧文第四章编组站地区的频率规划方案 高，所以采用电路交换的传输方式，每个驼峰调车组有8 个人，所以上 行方向需要1 6 个电路。下行方向与上行相同。 按照上面的叙述成都北编组站的业务需求统计如表4 2 所示。 表4 2 业务需求明细表 下行上行 话音范围数据范围话音范围 数据 范围 组组 列 2 个组 到发场( 到发 6 0 人当前 2 个组到发场( 到发6 0 人当前 检场各一个组)g p r s小区场各一个组)g p r s小区 商 2 个纽 到发场( 到发8 人当前2 个组到发场( 到发8 人当前 检 场各一个组)g p r s小区 场各一个组)g p r s小区 车 2 个组 到发场( 到发4 人当前 2 个组到发场( 到发4 人当前 号场各一个组) g p r s小区 场各一个组)g p r s小区 驼 到达场8 个 当前2 个组到达场8 个当前 瞧 2 个组 调车( 两个组电路小区调车( 两个组 电路 小区 调 同时作业)同时作业) 查 平到发场 1 6 个 当前2 个组到发场1 6 个当前 面 2 个组 调车( 两个组电路小区 调车( 两个组电路小区 调同时作业)同时作业) 生 4 5 频率预算 在做完了功能需求和业务需求之后，就要在此基础上对整个编组站 无线网络所需要的频率资源做出预算。下面按照编组站编组作业流程的 各个区域做频率预算： 到达场：商检、列检、车号、驼峰调车和平面调车都会出现在这个 区域，语音业务主要为组呼，数据业务采用电路传输和分组传输两种方