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1、 毕业论文题 目: GSM-R 无线通信系统在高速铁路中的应用 系 别: 信息科学与技术 专 业: 自动化 姓 名: 梁 勇 西南交通大学成人教育学院 西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文） 第24页院 系 成 教 院 专 业 自动化 年 级 2009 级 姓 名 梁 勇 题 目 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 诚信承诺一、 本设计是本人独立完成；二、 本设计没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩（评阅）资格。承诺人（钢笔填写）：年月日摘 要高速铁路的蓬勃发展给GSM-R带来了新
2、的机遇，但同时高速铁路的高可靠性要求对作为列控信息承载平台的GSM-R无线通信系统提出了严峻挑战。无线接入部分是GSM-R系统中的薄弱环节，因此无线部分的可靠性将决定整个系统的可靠性。同时，列车的高速运动会导致频繁的越区切换，严重影响列控通信业务的安全，需要对GSM-R系统进行合理的无线规划，以保证通信的持续性和可靠性。本文针对高速铁路的情况，分析对比了不同无线冗余覆盖方式的优劣。从满足列控需求的角度，对小区覆盖和基站间距进行了规划，并对列车速度与重叠区的关系进行了深入分析。针对在高速铁路中广泛应用的三种无线冗余覆盖方案进行了深入分析，就不同方式的系统可靠性、容灾性、频率利用效率、抗干扰能力和
3、对越区切换的影响进行了对比，为工程设计中无线冗余方案的选择提供了理论依据。本次设计共分为四章，第一章是绪论，第二章介绍高速对GSM-R无线网络的要求和影响，第三章主要介绍高速环境下的无线冗余覆盖，第四章介绍高速环境下的小区规划。关键词：无线通信； 高速铁路； 冗余覆盖目 录摘 要II第1章 绪 论11.1 国外高速铁路的发展11.2 国内高速铁路的发展11.3 GSM-R在高速铁路中的应用2第2章 高速对GSM-R无线网络的要求和影响32.1 高速对GSM-R无线网络的影响32.1.1 对无线网络规划的影响32.1.2 对小区重选和越区切换的影响32.1.3 对误码率的影响42.1.4 对GS
4、M-R网络同步性能的影响52.2 高速列控对GSM-R系统的要求5第3章 高速环境下的无线冗余覆盖73.1 无线子系统冗余覆盖方案73.2 不同冗余方案的频率分配73.2.1 规划原则73.2.2 同频复用距离83.2.3 不同方案的频率分配93.3不同冗余方案的对比103.3.1 无线子系统可靠性103.3.2 系统容灾能力123.3.3 频率复用度123.3.4 抗干扰能力133.3.5 对越区切换的影响133.3.6 工程造价13第4章 高速环境下的小区规划144.1 小区类型144.1.1 宏小区144.1.2 小区154.1.3 微小区154.2 路径损耗154.2.1 常用传播模型
5、154.2.2 路径损耗建模164.2.3 路径损耗计算174.3 小区覆盖规划184.4 重叠区规划184.4.1 重叠区定义184.4.2 决定重叠区长度的因素194.4.3 依据载干比计算重叠区长度204.5 基站间距规划204.5.1 列控QoS指标对最小基站间距的限定204.5.2 不同环境下的基站间距21结 论22致 谢23参考文献24第1章 绪 论根据国际铁路联盟(UIC)的定义，凡是新建线路运营速度超过250km/h或者既有改造线路运营速度超过200km/h的均可称为高速铁路。1.1 国外高速铁路的发展国外高速铁路发展较早，主要以日本、法国和德国为代表，下面分别予以介绍。196
6、4年，世界第一条高速铁路在日本东京至大贩建成通车，全长515.4公里，投入运营后，列车运行速度达210km/h。这条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路，代表了当时世界第一流的铁路高速技术水平，并标志着世界高速铁路试验阶段跨入了商业运营阶段。法国于1981年建成TGV巴黎东南线(巴黎至里昂，全长417公里)，其列车最高运行时速达270公里。法国东南线的成功运营，证明高速铁路也完全适合欧洲环境，高速列车是一种具有竞争力的现代交通工具。在2007年四月，TGV创造了当前轮轨列车所能达到的最高时速：574.8km/h。目前法国高速铁路总里程达到1700公里。德国高速铁路称为ICE(Inter C
7、ity Express)，其发展晚于法国TGV，起始于80年代，但是发展很快。1991年6月汉诺威至维尔茨堡线(长327公里)正式通车，成为德国第一条正式运营的高速铁路。此后于1992年6月建成了曼海姆至斯图加特线(长105公里)。1999年，德国的第三代ICE线路的实际运营速度己经可以达到330km/h。目前，法国已有科隆至法兰克福，汉诺威至柏林和卡尔斯鲁厄至巴塞尔等多条高速线路，总里程达1290公里。1.2 国内高速铁路的发展与国外相比，我国高速铁路起步较晚，但是近年发展迅速。我国于2004年三月在上海引进了磁悬浮列车，其最高时速达430 km/h；2007年四月开始了常规高速铁路运营，2
8、008年正式开通的京津城际时速可达350km/h，是目前世界上运营速度最快的城际高速铁路。2005年年初国务院常务会议讨论并原则通过了中长期铁路网规划，明确了我国铁路网中长期建设目标和任务，描绘了铁路网至2020年的宏伟蓝图，这标志着我国铁路新一轮大规模建设即将展开。根据规划，我国将修建全长达到12000公里的高速铁路网络，时速超过200km/h，成为世界上最大的高速铁路网络。1.3 GSM-R在高速铁路中的应用GSM-R是铁路行业的国际无线通信标准，同时也是ERTMS(欧洲铁路运输管理系统)的一部分，主要用于列车与地面控制中心的通信。根据EIRENE- MORANE规范，GSM-R可满足列车
9、在最高500km/h时速下的列控无线通信需求。伴随着高速铁路在世界范围内的蓬勃发展，GSM-R也必然在高速铁路环境中获得广泛应用。GSM-R基于GSM，充分利用GSM技术的规模效应和成熟性，来实现经济高效且具有高度互操作性的数字移动通信系统，从而取代现有的各种互不兼容的轨道电缆和模拟通信系统。作为一个具有高度独立性和互操作性的通信平台，GSM-R可将控制命令直接传输给列车驾驶员，从而允许列车以更高的速度行驶并具有更高的安全性。GSM-R是一个可靠的语音和数据通信平台，可以为铁路运营工作人员，司机，调度员和维护人员等提供通信服务。此外，它还可以提供像VGCS，VBS，基于位置寻址的呼叫以及增强多
10、优先级强拆等业务，可以充分满足铁路环境复杂多样的通信需求。由于GSM-R可实现跨国界的高速和一般列车之间的通信，能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用，而且GSM-R是由已标准化的设备改进而成，GSM平台上已经提供了大量的业务，因而引入铁路专用的功能时，只需最低限度地改动，就能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行。现在已经有38个国家和地区选择采用GSM-R标准，已广泛用于德国、瑞士、瑞典、意大利、西班牙、英国、比利时、荷兰和芬兰等国以及亚洲和非洲等地区。可见，GSM-R受到了世界各国高速铁路行业的青睐。我国从2005年起高速铁路客运专线GSM-R网络建设进入实施阶段。作为奥运重点建设项目的京津城际铁路已于2008年开通，采用的是GSM-R系统。正在建设的武广、郑西和京沪等长达7000km的高速线路都已决定采用GSM-R系统，GSM-R在中国高速铁路有巨大的发展空间。第2章 高速对GSM-R无线网络的要求和影响高速对无线通信系统提出了更高的要求，如何确保高速环境下无线通信的可持续性和可靠性是移动运营商和移动设备商需要共同面对的难题。在高速铁路的环境下，由于列车的高速行驶和环境变化，使得高速下的无线通信面临着更大的挑战。2.1 高速对GSM-R无线网络的影响2.1.1 对无线网络规划的影响高速铁路网络规划主要涉及到小区切换带、切换关
