基于无线电传播模型的新旧铁路交汇处GSM-R信道分配方法

摘要

本发明公开了一种基于无线电传播模型的新旧铁路交汇处GSM‑R信道分配方法，首先对新旧铁道通信线路离散化处理，结合基站位置的地形特征以及收发设备的相关参数对离散点进行基站‑点的传播路径损耗计算，依据无线电传播模型确定接收场强与所有基站‑点的对应关系及计算值；然后根据计算值与GSM‑R通信中同邻频干扰的工程要求，标记干扰点并记录干扰类型；再根据干扰点分布和既有线路基站的信道分配方案，确认对新建线路的离散点造成干扰的既有线路基站，并结合离散点的干扰类型，得到新建线路上可使用的信道列表。本发明充分考虑了同频干扰、一阶邻频、二阶邻频及三阶邻频干扰，获得了特定新建基站的可用信道列表，同时保障既有线路的正常通信不受干扰。

说明书

技术领域

本发明属于铁路通信技术领域，尤其涉及一种基于无线电传播模型的新旧铁路交汇处GSM-R信道分配方法。

背景技术

铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)主要用于铁路通信，占用4MHz范围频段(900MHz-GSM)，该频段具备良好的传播性能，与其他频段相比，该频段在隧道、沟壑、山谷等恶劣电磁环境下的损耗要少，同时该频段具备较强的抗干扰能力。但是GSM-R所在频谱资源及其稀缺，国家分配给系统上下行各4M带宽(上行：885–889MHz，链路：930–934MHz)，可分为21个频道数，其数字编号为999-1019。在理想情况下，为了减少载频间对彼此的干扰，各载频之间需要足够的保护间隔，实际用于分配的频道只有19个，即1000-1018，两端的频道(999及1019)用于频率保护。

铁路在进行通信覆盖时一般采取冗余覆盖，主流的覆盖方有单网交织冗余覆盖、同站址无线双层网覆盖以及交织站址无线双层网覆盖三种。单网交织冗余覆盖基于单层网络覆盖，在两个基站之间插入冗余基站确保当某段小区域出现异常时系统可以切换到备用的相邻冗余基站。这种配置方案相比较单层网络覆盖方式要求基站建设数量多出了一倍，且相邻基站距离变小。同站址无线双层网覆盖是在单层网络覆盖的方案下，平行增加冗余基站，故同一条铁路线就有两层网络覆盖，并要求该线路分别使用两套不同的设备进行配置，大大提升网络的冗余性。交织站址无线双层网覆盖在单层网络覆盖的基础上，以另一种方式在两种基站之间增加冗余基站，同时新增加的基站单独使用另一层网络，使特定铁路线有两层网络覆盖，一层作为主用，一层作为备用。上述这三种通信覆盖方式常用于单一线路的信道分配过程中，当线路出现交叉或交汇时，现有的通信覆盖方式无法对交汇区域的信道进行有效的分配，影响列车的正常运行。

发明内容

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种基于无线电传播模型的新旧铁路交汇处GSM-R信道分配方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于无线电传播模型的新旧铁路交汇处GSM-R信道分配方法，该方法包括以下步骤：

(1)对新旧铁道通信线路进行离散化处理；

(2)结合新旧线路基站位置的地形特征以及收发设备的相关参数，对离散化处理得到的离散点进行基站-点的传播路径损耗计算，依据无线电传播模型确定接收场强的计算值及其与所有基站-点的对应关系；

(3)根据接收场强的计算值以及GSM-R通信中同邻频干扰的工程要求，标记出能产生干扰的离散点为干扰点，并记录干扰点的干扰类型；

(4)根据干扰点的分布和已知的既有线路基站的信道分配方案，通过铁路通信设备的相关参数结合无线电传播模型计算确定特定新建站点所能覆盖的新建线路的离散点，然后确认出对所述新建线路的离散点造成干扰的既有线路基站，再根据已知的既有线路基站的信道分配方案和所有离散点的干扰类型，得到新建线路上新建基站可使用的信道列表。

优选地，步骤(1)中，所述离散化处理方法采用距离离散化，具体为：在铁路通信线路上每间隔固定距离N作为一个离散点，记录各离散点的经纬度和高程信息，所述固定距离N的取值范围为5m﹤N﹤50m。

优选地，所述固定距离N＝20m。

优选地，步骤(2)中，所述无线电传播模型采用Okumura-Hata模型，结合离散点所在位置的地形特征计算得到基站到各个离散点的路径损耗Lp，将馈线损耗记为La，系统损耗记为Lb，接收天线增益记为Ga，发射天线增益记为Gb，发射端的发射功率记为Pt，则接收点的接收场强Pr表示为：

Pr＝Pt-La-Lb-Lp+Ga+Gb；

式中，Pr和Pt的单位为dBm，La和Lb以及Lp的单位为dB，Ga和Gb单位为dBi或dBd。

优选地，步骤(3)中，所述GSM-R通信中同邻频干扰的判断以载干比为衡量参数，所述载干比C/I＝载波信号强度/干扰信号强度；同频干扰的判断条件为同频载干比不小于12dB；邻频干扰的判断根据以下公式计算：

C/A(dB)＝载波电平(dBm)-邻信道干扰电平(dBm)，则：

一阶邻频干扰(200kHz)：C/Ia1＝-9dB；

二阶邻频干扰(400kHz)：C/Ia2＝-41dB；

三阶邻频干扰(600kHz)：C/Ia3＝-49dB。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对新旧线路的离散化处理，能有效对新旧线路上每一个位置进行信道干扰分析，充分考虑到同频干扰、一阶邻频、二阶邻频以及三阶邻频干扰，能够在保障既有线路信道分配方法不变的前提下对新建线路进行分析，并结合新建线路的基站信息进行信道分配，给出特定新建基站的可用信道列表，同时保障既有线路的正常通信不受干扰。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

对于待分析区域的地形特征进行确定，地形特征包括山地、郊区或城区，之后按照如下步骤进行新旧铁路交汇处GSM-R的信道分配。

(1)对待分析区域的新旧铁道通信线路进行离散化处理，首先在铁路通信线路上每间隔固定距离N作为一个离散点，记录各离散点的经纬度和高程信息，此时固定距离N为对线路离散化的间隔大小，同时N也决定了分析的精细程度，N取值较大时会造成分析结果可信度下降，建议N最大值小于50m；当N取值较小时计算耗时长、数据采集工作量大，造成最终分析结果冗余较多，建议N最小值大于5m。因此，固定距离N的取值范围建议为5m﹤N﹤50m，N的预设值可设为N＝20m。

(2)结合新旧线路基站位置的地形特征以及收发设备的相关参数，对离散化处理得到的离散点进行基站-点的传播路径损耗计算，依据无线电传播模型确定接收场强的计算值以及其与所有基站-点的对应关系。

无线电传播的接收计算方法很多，本发明无线电传播模型采用Okumura-H ata模型，结合离散点所在位置的地形特征计算得到基站到各个离散点的路径损耗Lp，将馈线损耗记为La，系统损耗记为Lb，接收天线增益记为Ga，发射天线增益记为Gb，发射端的发射功率记为Pt，则接收点的接收场强Pr表示为：

Pr＝Pt-La-Lb-Lp+Ga+Gb；

式中，Pr和Pt的单位为dBm，La和Lb以及Lp的单位为dB，Ga和Gb单位为dBi或dBd。

(3)根据接收场强的计算值以及GSM-R通信中同邻频干扰的工程要求，标记可能产生干扰的离散点为干扰点，并记录干扰点的干扰类型。

本发明GSM-R通信中同邻频干扰的判断以载干比为衡量参数，载干比C/I＝载波信号强度/干扰信号强度；同频干扰的工程要求为同频载干比不小于12dB；邻频干扰的工程要求按以下公式计算：

C/A(dB)＝载波电平(dBm)-邻信道干扰电平(dBm)，则：

一阶邻频干扰(200kHz)：C/Ia1＝-9dB；

二阶邻频干扰(400kHz)：C/Ia2＝-41dB；

三阶邻频干扰(600kHz)：C/Ia3＝-49dB。

根据每一离散点和所有基站进行一对一的计算，确定可能产生的干扰类型，具体如下：

①由步骤(2)确认每个离散点和基站的路径损耗，基站包含已有线路的基站和新建线路的基站。

②计算所有离散点的接收场强。

③按照步骤(3)中同邻频干扰的计算方法确认对于某一个特定离散点是否存在同邻频干扰的可能性。

④对特定离散点，标识产生的干扰类型，若没有，则标记为无。

(4)根据干扰点的分布和已知的既有线路基站的信道分配方案，通过铁路通信设备的相关参数结合无线电传播模型计算确定特定新建站点所能覆盖的新建线路的离散点，然后确认对所述新建线路的离散点造成干扰的既有线路基站，再根据已知的既有线路基站的信道分配方案和所有离散点的干扰类型，得到新建线路上新建基站可使用的信道列表。

本发明能够在铁路建设的过程中有效的解决新旧铁路交汇处的信道分配问题，充分考虑铁路基站的建站客观条件和已有线路正常通信的要求，并在站点确定或不确定的情况下结合铁路交汇区域的地理地形特征，利用无线电传播模型对线路的通信覆盖情况进行衡量，充分考虑到通信过程中可能存在的各种类型干扰，给出特定新建基站的可用信道列表，同时保障既有线路的正常通信不受干扰，不影响铁路的正常运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。