2007年5月铁道通信信号May.2007第43卷第5期RAILWAY SIGNALLING COMMUNICATIONVol.43 No.5青藏铁路GSM-R无线网络场强覆盖测试探讨郭跃林·摘要：从工程角度探讨青藏铁路GSM-R网络场强覆盖测试的重要性和必要性，着重从数据采集方法、采样间隔与同时采集的频点数之间的关系，以及数据处理方法等方面进行了阐述。关键词：铁路综合数字移动通信系统，场强覆盖，数据采集，采样间隔Abstract:This paper mainly discussed the importance and necessity of GSM-R coverage test inQinghai-Tibet Railway engineering.It focused on the explanation of the relation of test data ac-quisition method,the of sampling interval and maximum of frequency to be test simultaneously,and the processing and statistical algorithm of test data.Key words:GSM-R,Field Strength Coverage,Test data acquisition,Sampling interval举世瞩目的青藏铁路已于2006年7月1日正建成的网络进行评估和优化；验收阶段，场强测试式开通运营。青藏铁路无线通信采用GSM-R数字可以验证网络覆盖是否满足规范和设计要求；运营移动通信系统，信号系统采用基于GSMR的阶段，定期对网络场强覆盖进行测试，并与验收时ITCS列车控制系统。GSM-R系统在青藏线上用于的覆盖曲线进行综合对比，发现不同之处，查找原调度指挥、沿线维护语音通信，并在全路首次实现因，解决由于长时间运行天线俯仰角、倾角改变或了基于GSM-R的虚拟闭塞列车控制数据传输。良周围建筑物发生变化而引起的覆盖变化。好的通信服务质量直接关系到铁路运输安全和效青藏线GSM-R数字移动通信系统采用同站址率，无线覆盖是GSM-R提供良好服务质量的基冗余双网覆盖的组网方式。即相同站址设置2套基础，而场强测试是检验无线网络覆盖情况和进行评站控制器BTS设备，分属A、B网；西宁和拉萨估的主要手段，是通信网建设和运营维护中的一项设置2个移动业务交换中心MSC,西宁MSC连接重要内容。唐古拉以北的A层网和唐古拉以南的B层网；拉萨MSC连接唐古拉以南的A层网和唐古拉以北的1概述B层网。因此，对青藏线GSM-R系统无线场强覆青藏线自然条件恶劣，全线海拔高度2800~盖测试包括对A、B2层网络的测试。5072m,经过海拔4000m以上地段960km,沿线2场强覆盖指标要求地质复杂，连续多年冻土地段550km占全线长度的一半，气候多变，空气稀薄，温差变化范围大，UIC EIRENE系统需求规范(System Require-风速高，这些自然条件对GSM-R无线网络设备的ments Specification).中对场强覆盖作了如下规定：正常工作是一个非常严峻的挑战。因此，在设备投话音和非安全数据传输场强覆盖需满足一98dBm入运营后，必须定期对沿线的场强覆盖情况进行测(95%时间地点概率)：采用ETCS2/3级，且速度小试，及时发现弱场和过覆盖区，保证基于GSM-R于等于220km/h时，场强覆盖需满足一95dBm的列车控制系统可靠运行。(95%时间地点概率)：采用ETCS2/3级，且速度大场强测试贯穿于网络建设和维护的各个阶段。于220km/h、小于等于280km/h时，场强覆盖需满规划阶段，场强测试可以调查沿线的电波传播特足-95dBm~-92dBm(95%时间地点概率)；采用性，校正传播模型；优化阶段，场强测试可以对已ETCS2/3级，且速度大于280km/h时，场强覆盖需满足-92dBm(95%时间地点概率)。青鬟铁路公司电务部工程师，810007西宁青裁铁路信号系统采用美国GE公司的ITCS收稿日朔：2007-03-30列车控制系统，列车设计速度2hh由手RAILWAY SIGNALLING COMMUNICATION Vol.43 No.5 2007ITCS系统是基于GSM-R系统的虚拟闭塞列车控距离传感器与列车轮轴相连，列车每移动一定制系统，因此，场强覆盖标准按列控系统区段设距离，传感器就输出1个脉冲信号给场强测试仪，计，即机车天线处输人端最小接受电平不小于场强测试仪可以根据设置，每个脉冲数据采集一92dBm(95%时间地点概率)，该要求严于UIC1次。计算机可以根据脉冲的个数判断列车行进的标准。青藏线的无线网络覆盖设计和验收均按照该距离，通过距离校正获得距离信息与场强数据之间标准进行。的对应关系。3场强测试结构4数据采集方法根据青藏线场强覆盖和测试的要求，测试系统将测试设备置于测试车上，设备连接到位，测结构如图1所示。试车沿着预定路线前进。随着测试车的前进，与测试车轮轴相连的传感器每隔一定距离输出一个脉冲，可以根据频点采样的要求和输出脉冲的频度设MSCBSCBTS置采样距离间隔。场强测试仪进行数据采集时采用峰值检波的方式。为了保证采集的数据能够真实反映场强覆盖情GPS况，将地形、地物对信号的作用反映出来，同时考场强测试仪计算机虑快衰落对信号产生的影响，采集的数据必须包含距离传感器全部慢衰落和部分快衰落信息，在一定程度上消除快衰落的影响，得到场强分布曲线，且能反映快衰图1场强测试系统结构落情况。若采样点数太多，不同样本之间可能存在整个测试系统硬件部分由便携式计算机、场强一定的相关性，局部均值不能完全消除快衰落的变测试仪、距离传感器、GPS接收机、天馈线系统化；若采样点数太少，局部均值将会失去部分表征等组成。软件部分由运行于场强测试仪上的数据采地形、地物特征的信息，测得的数据可能都在波峰集模块、运行于计算机上的测试模块、数据接收与上或者都在波谷上。因此，对采样间隔提出了很高处理模块、数据显示模块、系统配置模块等组成。的要求。场强测试仪与测试计算机通过RS232接口或目前大多数运营商采用李氏采样定律：信号快网口相连，处于受控工作模式，接收计算机发出控衰落满足瑞利分布的条件下，在40个波长的取样制命令。这些命令主要是对场强测试仪进行参数设区间长度内抽取36个样本，求平均表示局部均值，置，包括检波方式（峰值检波、均值检波等）、采可获得90%置信度下的样本均值估计量，其偏差样间隔、被测频点等，同时将采集到的数据传送给小于1dB。这是一个指导性原则，很多时候需要考计算机。虑快衰落对场强的影响，因此采样间隔完全可以比计算机主要完成上述命令和参数的设置，接收李氏定律规定的小。场强测试仪和GPS模块发来的数据，并按照一定4.1同时测试频点数的计算的格式合成存储，同时进行初步处理，按照时间顺铁道部相关技术条件根据无线列调场强覆盖测序或距离顺序以图形方式显示于屏幕上，便于操作试的经验，要求在进行GSM-R场强测试时，每个人员实时观察。测试时，计算机可以载人电子地频点4cm采样一次。在列车速度一定和采集仪能图，将收到的GPS信息与电子地图相对应，实时力一定的情况下，要满足4cm采样一次的要求，显示列车当前的精确位置、速度和行车轨迹。另测试的频点数就要降低。由于测试的频点数受限于外，计算机可以在后期进行数据回放、分析和处场强测试仪与计算机之间的接口数据速率和场强测理，处理结果以图表方式导出，包含测试频率、试仪本身切换频点所需时间。对此，假设使用GPS、公里标、场强值等信息，方便维护人员进行Willtek Griffin8301场强测试仪，车速100km/h,对比、观察和分析。每4cm采样一次数据(N个频点)，每次采样N个铁道通信信号2007年第43卷第5期频点，输出一条完整的数据有(3XN+1)个字如图2所示：假设沿线有k个基站，在统计基节，采集频点数计算如下。站n与n十1之间的覆盖时，还要得到基站n一1和1.按照串口速率的限制来计算。n十2在基站n与n+1之间的覆盖情况，以便分析假设Griffin与测试计算机的串口速率为有无过覆盖情况出现。因此，场强测试方法如下。1.第1次进程，从基站1开始，测试车到达4cm/100km/h基站2n一1(n=1,2,3…)时，场强测试系统自动将频率调谐到基站2n一1的BCCH载频f2。-1进假设Griffin与测试计算机的申口速率为行测试，直到测试车到达基站2十1后，场强测试57600b/s,有3×N+D×10b≤57600b/5,得系统自动将频率调谐到基站2n十1的BCCH载频4cm/100km/h出N≤2；如果场强测试仪与计算机之间采用100Mb/s停止测试。网口相连，可以发现接口速率并不是瓶颈。2.返程时，从基站k开始，测试车到达基站2n十1(n=1,2,3…)时，场强测试系统自动将2.按照切换频点的时间限制来计算。频率调谐到基站2n+1的BCCH载频f2a+:进行测Griffin8301场强测试仪切换1次频点的时间试，直到测试车到达基站2一1后，场强测试系统为：1.01+0.01=1.02ms,切换1次频点列车行自动将频率调谐到基站2n一1的BCCH载频fm-,进的距离为100km/h×1.02ms=0.00283m,即进行测试，依次类推，到达第1个基站1时停止测2.83cm,每次采集2个频点，需要切换频点2次，试。去程数据与返程数据合并，就完成了对编号为列车行进的距离为5.66cm,已经超过4cm。奇数的基站覆盖场强测试。3.按照Griffin能够接受的最大脉冲频率来3.第2次进程，从基站2开始，测试车到达基计算。站2n(n=1,2,3…)时，场强测试系统自动将频率调Griffin最高允许的脉冲数为500个/m谐到基站2n的BCCH载颜f2n进行测试，直到测试(35m/s=130km/h的行驶速度)，即Griffin每秒车到达基站2十2后，场强测试系统自动将频率调能够接受的脉冲数为：谐到基站2n十2的BCCH载频f2a+2进行测试，依次500个/m×35m/s=17500个/5。类推，到达最后一个基站k时停止测试。单个脉冲的间隔为0.2cm,如果1个脉冲采样4,返程时，从基站k开始，测试车到达基站1个颜点，4cm内最多可以采样20个频点。2n十2(n=1,2,3…)时，场强测试系统自动将综合以上3点可以看出，频点切换时间是采集频率调谐到基站2n十2的BCCH载频fa+z进行测多个频点的瓶颈，要满足4cm的要求，车速为试，直到测试车到达基站2后，场强测试系统自100km/h时，1次采样只能采集1个频点。此时，动将频率调谐到基站2n的BCCH载频fm进行测距离传感器的脉冲设置如下：先考虑1个脉冲采样试，依次类推，到达第1个基站1时停止测试。去1次的情况，即每隔4cm上来1个距离脉冲，要求程数据与返程数据进行合并，就完成了编号为偶数传感器脉冲最低为25个/m,可以根据传感器的情的基站覆盖场强测试。况灵活设定为每隔几个脉冲采样1次，因此，传感器的脉冲频率为n×25个/m(1≤n≤20)。4.2数据采集方法改进一次采集1个频点，测试效率将大大降低，一趟单程测试将有一大半的无效数据，而且测试强度也将大大增加。在进行场强测试时，通常关心的是当前服务小区和其相邻小区频点对应的场强值，场图2沿线基站分布图强测试仪只要能对这些频点进行扫描，在小区交界位置自动切换到下一组频点，就可以在不影响测试上述测试方法需要对被测试线路的所有小区信数据有效性的前提下最大限度地提高测试效率。息建库，包括基站经纬度/公里标信息（用手接制