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研究典型地形地貌环境下相邻线路GSM-R场强覆盖

来源:UC论文网2015-12-01 18:11

摘要:

摘要:我国铁路普遍采用GSM-R技术体制,线路地理位置上存在相隔较近、并行或相互跨越的情况,对于进出车站、大型枢纽站时存在多条铁路线汇合和分叉等情况,线路位置关系以及地

  摘要:我国铁路普遍采用GSM-R技术体制,线路地理位置上存在相隔较近、并行或相互跨越的情况,对于进出车站、大型枢纽站时存在多条铁路线汇合和分叉等情况,线路位置关系以及地形地貌具备多样性,增加了该区域GSM-R覆盖方案的难度,为有效解决该问题,本文通过ARICOM规划软件针对典型地貌进行场强预测,以便了解多种地形环境下GSM-R的场强覆盖特性,从而有效指导不同地形地貌环境下相邻位置关系的GSM-R场强覆盖设计。
  关键词:GSM-R;场强覆盖;相邻线路;网络规划;
  
  
  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-80dBm。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-74dBm。
  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-74dBm,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。

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