【正文】 畢業(yè)論文題 目: GSMR 無線通信系統(tǒng)在高速鐵路中的應(yīng)用 系 別: 信息科學與技術(shù) 摘 要高速鐵路的蓬勃發(fā)展給GSMR帶來了新的機遇，但同時高速鐵路的高可靠性要求對作為列控信息承載平臺的GSMR無線通信系統(tǒng)提出了嚴峻挑戰(zhàn)。無線接入部分是GSMR系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，因此無線部分的可靠性將決定整個系統(tǒng)的可靠性。同時，列車的高速運動會導(dǎo)致頻繁的越區(qū)切換，嚴重影響列控通信業(yè)務(wù)的安全，需要對GSMR系統(tǒng)進行合理的無線規(guī)劃，以保證通信的持續(xù)性和可靠性。本文針對高速鐵路的情況，分析對比了不同無線冗余覆蓋方式的優(yōu)劣。從滿足列控需求的角度，對小區(qū)覆蓋和基站間距進行了規(guī)劃，并對列車速度與重疊區(qū)的關(guān)系進行了深入分析。針對在高速鐵路中廣泛應(yīng)用的三種無線冗余覆蓋方案進行了深入分析，就不同方式的系統(tǒng)可靠性、容災(zāi)性、頻率利用效率、抗干擾能力和對越區(qū)切換的影響進行了對比，為工程設(shè)計中無線冗余方案的選擇提供了理論依據(jù)。本次設(shè)計共分為四章，第一章是緒論，第二章介紹高速對GSMR無線網(wǎng)絡(luò)的要求和影響，第三章主要介紹高速環(huán)境下的無線冗余覆蓋，第四章介紹高速環(huán)境下的小區(qū)規(guī)劃。關(guān)鍵詞：無線通信； 高速鐵路； 冗余覆蓋目 錄摘 要 II第1章 緒 論 1 國外高速鐵路的發(fā)展 1 國內(nèi)高速鐵路的發(fā)展 1 GSMR在高速鐵路中的應(yīng)用 2第2章 高速對GSMR無線網(wǎng)絡(luò)的要求和影響 3 高速對GSMR無線網(wǎng)絡(luò)的影響 3 對無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響 3 對小區(qū)重選和越區(qū)切換的影響 3 對誤碼率的影響 4 對GSMR網(wǎng)絡(luò)同步性能的影響 5 高速列控對GSMR系統(tǒng)的要求 5第3章 高速環(huán)境下的無線冗余覆蓋 7 無線子系統(tǒng)冗余覆蓋方案 7 不同冗余方案的頻率分配 7 規(guī)劃原則 7 同頻復(fù)用距離 8 不同方案的頻率分配 9 10 無線子系統(tǒng)可靠性 10 系統(tǒng)容災(zāi)能力 12 頻率復(fù)用度 12 抗干擾能力 13 對越區(qū)切換的影響 13 工程造價 13第4章 高速環(huán)境下的小區(qū)規(guī)劃 14 小區(qū)類型 14 宏小區(qū) 14 小區(qū) 15 微小區(qū) 15 路徑損耗 15 常用傳播模型 15 路徑損耗建模 16 路徑損耗計算 17 小區(qū)覆蓋規(guī)劃 18 重疊區(qū)規(guī)劃 18 重疊區(qū)定義 18 決定重疊區(qū)長度的因素 19 依據(jù)載干比計算重疊區(qū)長度 20 基站間距規(guī)劃 20 列控QoS指標對最小基站間距的限定 20 不同環(huán)境下的基站間距 21結(jié) 論 22致 謝 23參考文獻 24第1章 緒 論根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟(UIC)的定義，凡是新建線路運營速度超過250km/h或者既有改造線路運營速度超過200km/h的均可稱為高速鐵路。 國外高速鐵路的發(fā)展國外高速鐵路發(fā)展較早，主要以日本、法國和德國為代表，下面分別予以介紹。1964年，世界第一條高速鐵路在日本東京至大販建成通車，投入運營后，列車運行速度達210km/h。這條專門用于客運的電氣化、標準軌距的雙線鐵路，代表了當時世界第一流的鐵路高速技術(shù)水平，并標志著世界高速鐵路試驗階段跨入了商業(yè)運營階段。法國于1981年建成TGV巴黎東南線(巴黎至里昂，全長417公里)，其列車最高運行時速達270公里。法國東南線的成功運營，證明高速鐵路也完全適合歐洲環(huán)境，高速列車是一種具有競爭力的現(xiàn)代交通工具。在2007年四月，TGV創(chuàng)造了當前輪軌列車所能達到的最高時速：。目前法國高速鐵路總里程達到1700公里。德國高速鐵路稱為ICE(Inter City Express)，其發(fā)展晚于法國TGV，起始于80年代，但是發(fā)展很快。1991年6月漢諾威至維爾茨堡線(長327公里)正式通車，成為德國第一條正式運營的高速鐵路。此后于1992年6月建成了曼海姆至斯圖加特線(長105公里)。1999年，德國的第三代ICE線路的實際運營速度己經(jīng)可以達到330km/h。目前，法國已有科隆至法蘭克福，漢諾威至柏林和卡爾斯魯厄至巴塞爾等多條高速線路，總里程達1290公里。 國內(nèi)高速鐵路的發(fā)展與國外相比，我國高速鐵路起步較晚，但是近年發(fā)展迅速。我國于2004年三月在上海引進了磁懸浮列車，其最高時速達430 km/h；2007年四月開始了常規(guī)高速鐵路運營，2008年正式開通的京津城際時速可達350km/h，是目前世界上運營速度最快的城際高速鐵路。2005年年初國務(wù)院常務(wù)會議討論并原則通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，明確了我國鐵路網(wǎng)中長期建設(shè)目標和任務(wù)，描繪了鐵路網(wǎng)至2020年的宏偉藍圖，這標志著我國鐵路新一輪大規(guī)模建設(shè)即將展開。根據(jù)《規(guī)劃》，我國將修建全長達到12000公里的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，時速超過200km/h，成為世界上最大的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。 GSMR在高速鐵路中的應(yīng)用GSMR是鐵路行業(yè)的國際無線通信標準，同時也是ERTMS(歐洲鐵路運輸管理系統(tǒng))的一部分，主要用于列車與地面控制中心的通信。根據(jù)EIRENE MORANE規(guī)范，GSMR可滿足列車在最高500km/h時速下的列控無線通信需求。伴隨著高速鐵路在世界范圍內(nèi)的蓬勃發(fā)展，GSMR也必然在高速鐵路環(huán)境中獲得廣泛應(yīng)用。GSMR基于GSM，充分利用GSM技術(shù)的規(guī)模效應(yīng)和成熟性，來實現(xiàn)經(jīng)濟高效且具有高度互操作性的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，從而取代現(xiàn)有的各種互不兼容的軌道電纜和模擬通信系統(tǒng)。作為一個具有高度獨立性和互操作性的通信平臺，GSMR可將控制命令直接傳輸給列車駕駛員，從而允許列車以更高的速度行駛并具有更高的安全性。GSMR是一個可靠的語音和數(shù)據(jù)通信平臺，可以為鐵路運營工作人員，司機，調(diào)度員和維護人員等提供通信服務(wù)。此外，它還可以提供像VGCS，VBS，基于位置尋址的呼叫以及增強多優(yōu)先級強拆等業(yè)務(wù)，可以充分滿足鐵路環(huán)境復(fù)雜多樣的通信需求。由于GSMR可實現(xiàn)跨國界的高速和一般列車之間的通信，能將現(xiàn)有的鐵路通信應(yīng)用融合到單一網(wǎng)絡(luò)平臺中，以減少集成和運行費用，而且GSMR是由已標準化的設(shè)備改進而成，GSM平臺上已經(jīng)提供了大量的業(yè)務(wù)，因而引入鐵路專用的功能時，只需最低限度地改動，就能保證價格低廉、性能可靠地實現(xiàn)和運行?，F(xiàn)在已經(jīng)有38個國家和地區(qū)選擇采用GSMR標準，已廣泛用于德國、瑞士、瑞典、意大利、西班牙、英國、比利時、荷蘭和芬蘭等國以及亞洲和非洲等地區(qū)?？梢?，GSMR受到了世界各國高速鐵路行業(yè)的青睞。我國從2005年起高速鐵路客運專線GSMR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進入實施階段。作為奧運重點建設(shè)項目的京津城際鐵路已于2008年開通，采用的是GSMR系統(tǒng)。正在建設(shè)的武廣、鄭西和京滬等長達7000km的高速線路都已決定采用GSMR系統(tǒng)，GSMR在中國高速鐵路有巨大的發(fā)展空間。第2章 高速對GSMR無線網(wǎng)絡(luò)的要求和影響高速對無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求，如何確保高速環(huán)境下無線通信的可持續(xù)性和可靠性是移動運營商和移動設(shè)備商需要共同面對的難題。在高速鐵路的環(huán)境下，由于列車的高速行駛和環(huán)境變化，使得高速下的無線通信面臨著更大的挑戰(zhàn)。 高速對GSMR無線網(wǎng)絡(luò)的影響 對無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響高速鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要涉及到小區(qū)切換帶、切換關(guān)系、重疊區(qū)規(guī)劃、容量估算、冗余設(shè)計、隧道覆蓋和位置區(qū)規(guī)劃等?？偟膩碚f，高鐵無線規(guī)劃最終要達到比公用GSM更好的覆蓋和信號接收概率。對于越區(qū)切換的規(guī)劃要尤其注意。為了減少在小區(qū)邊界的切換次數(shù)，可以使用兩根180度覆蓋天線對一個小區(qū)進行覆蓋，相比全向天線來說，這樣將使得切換次數(shù)減少一半左右，并且能夠擴大覆蓋范圍。由于列車的高速運動，對于切換帶和重疊區(qū)的設(shè)計要尤其仔細，重疊區(qū)域的設(shè)置會對越區(qū)切換的影響很大。如果重疊區(qū)太小，可能會出現(xiàn)弱場，導(dǎo)致切換中接收不到信息而通信中斷；如果重疊區(qū)太大，同頻干擾增大，切換時間會很長，不易控制，因此要想解決好鐵路沿線的切換問題，需要合理設(shè)計重疊區(qū)域的大小。同時無線基站的選址也要與地面應(yīng)答器等信號設(shè)備以及無線閉塞中心等設(shè)備協(xié)調(diào)考慮，比如不能讓切換發(fā)生在RBC交接處等，這就更增加了無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的難