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大型铁路站房内的GSM-R系统室内覆盖探究 摘要：随着我国经济迅速发展，近几年，高铁的建设速度也进入了快车道，伴随铁路大型枢纽的建成，大量适合高铁运营需要的客运站房也建立起来。GSM-R系统目前是铁路中信号覆盖的主要技术，它承载了铁路系统各功能部分间的信息交互工作，但是由于GSM-R系统往往为带状分布，大型铁路站房的室内应用面积大、功能区域多，基站选址比较困难，宏基站的独立信号覆盖能力受限，导致了站内存在大量的信号盲区和弱覆盖区域，需要进行覆盖补强。
关键词：室内覆盖系统；室内覆盖；频点；CDMA；扫频；高速铁路
引言
随着高速铁路的快速发展，铁路大型枢纽一般会相应的配套大型的客运站房。这些站房规模比较大，建筑材料均采用了新型材料，对无线电波有较强的吸收和屏蔽，造成室分系统中，GSM-R信号在室内空间的传输过程中，会产生非常明显的衰耗，在站房内角落、进出站通道、地下车库某些特殊区域形成弱覆盖区或者信号盲区，导致这些区域出现信号中断、单通、通话质量低等问题。除了内部GSM-R信号覆盖问题，外部运营商的室外信号对站房的影响也不容忽视，目前运营商由于建站成本的提高，为了改善覆盖，一般通过两种手段：扩容，即采用多频点覆盖；提高射频功率，利用增强无线信号的发射功率加强覆盖。这些宏站信号对GSM-R系统信号造成了干扰，实际通话中，可能因为载干比较低造成通话质量问题，有些站房甚至本身室内就布置了运营商室分系统，更容易导致异频干扰。
一、站房GSM-R系统的室内分布情况说明
车站在铁路枢纽中处在一个比较重要的位置，它是发车、到达的停泊点，还是连接旅客与列车的重要场所，另外，也是铁路上工作人员的主要的日常工作、休息场所。在站内，需要GSM-R系统提供无线信号保证生活工作所需。
传统的铁路无线通信系统根据使用人员的不同，人为的将系统分成了无线列车调度系统、无线平面调车系统、客运无线系统、货运无线系统、无线驼峰调度系统等许多子系统。这些无线子系统所覆盖的区域以及所使用的通信设备各有区别。传统的站房结构简单、空间不大，并且站台区域都暴露在室外，并没有专门讲无线列车调度系统引入站房内进行覆盖。现代化的站房有规模大、结构复杂、密封性好等特点，传统的宏站信号覆盖方案已经不能满足当前的需求。根据信号传播模型，无线信号在传播过程中，在不同的介质中损耗不等，而现有大型站房的墙壁大部分都是混凝土钢架结构，对信号的损耗更是明显；除了结构复杂，空间较大也是目前站房的一大特点，这就意味着信号传播的距离较以前远，远距离的传输，也必然导致信号的衰减，因此，必须采用新型的覆盖方案才能解决站房内的GSM-R系统信号问题。
在我国，目前GSM-R系统的频段为上行885-889MHz，下行方向为930-934MHz，总共才有4 MHz频率，合计19个频点可以利用，自身频率资源的有限性导致该系统受到同频或者异频的干扰可能性较大。信号的相互干扰会导致占用信号的载干比小，设备无法正确解调信号信息，用户在占用网络进行通话时，会遇到单通或者杂音明显等问题，数据传输业务也必然会受到影响。
GSM-R系统是作为铁路系统中各部门之间通信的专用通信通道，承载列车无线电通信、站内无线通信、无线电报警装置，以及其他铁路工作人员之间的通信等功能。因此，站房内的GSM-R覆盖系统的优化工作地位非常关键，它是铁路通信工作的重要组成部分，是实现保证行车安全、防止作业事故、提高运输效率、加速机车周转、改善服务质量等功能的前提。
二、GSM-R覆盖方案
室内覆盖系统是由信号源、馈线、信号分布系统组成，根据信号源的不同，可以将室分系统分作微蜂窝覆盖系统、光纤直放站覆盖系统。室分系统除了信号源的区别，覆盖、传输也是比较重要的因素（图1）。
图1 室分覆盖系统
2.1 信号源
按照信号源的不同，解决室分覆盖问题主要有微蜂窝覆盖、光纤直放站、漏泄同轴电缆三种手段
微蜂窝室内覆盖系统有自身独立的信号源，利用基站的信号对室内区域进行覆盖，它拥有独立的频点，在无线环境复杂的基础下，采用微蜂窝覆盖系统是首选，另外，该系统因为拥有独立的信号源，在容量、通话质量方面也较直放站有优势。
光纤直放站室内覆盖系统，顾名思义，就是借用其他基站的信号，利用光纤将将信号引到需要覆盖的室内区域进行覆盖，在逻辑上，它并不是一个独立的系统。在资源有限的情况下，直放站系统实施起来比较方便快捷，节约频点资源，但是它的容量受限，无线环境下的生存能力较弱。因此，在大型站房内，在资源允许的情况下，优先使用微蜂窝室内分布系统。
漏泄同轴电缆是既具有信号传输作用，又具有天线功能，它通过对处导体开口的控制，可将受控的信号沿线路均匀的辐射出去及接收进来，实现对目标区域进行覆盖，达到正常通信的目标。这种覆盖方式适合狭长区域，比如隧道、底下通道等，具有信号波动范围小优点。但是漏泄同轴电缆的实施成本较高，安装时挂在覆盖区域的墙壁上对站房的整体环境影响比较大，有些区域由于情况特殊，甚至不具备悬挂电缆的条件，因此，在实际应用中，利用漏泄同轴电缆解决大型站房室分覆盖问题的情况比较少。
2.2 传输
在信号分布系统，信号传输主要有电分布和光纤分布两种传输方式。
2.2.1电分布系统
通过馈线和功分器/耦合器将信号传输到本系统中的各个室分天线进行无线覆盖。随着传输距离的变大，为了保证天线的发射功率，在电分布系统中可以用干线放大器等有源设备对信号损耗进行密布，称作有缘分布系统。
干线放大器等有缘设备的引入会造成基站噪声积累，不宜级联使用，而实际传输中，馈线传输损耗较大，因此，它的覆盖范围有限，不宜覆盖过大区域。另外，馈线的制造成本较高，随着覆盖范围的增大，整套系统的成本也会上升，因此电分布室分覆盖系统适合在一些中、小型场所。
2.2.2光分布系统
信号通过电/
光转换设备（光主机）将电信号转换为光信号，利用光纤将信号传输到系
统末端（光远端），这种方式称作光分布系统（图2）。
光分布系统克服了电分布系统不能远距离传输信号的弱点，同时也降低了施工成本，有如下优点：
减少设备数量,降低安装的难度
降低设备功耗,使运营商长期电费降低
系统为整套系统,利于监控和维护
节省馈线,用光纤替代铜缆是发展的方向
因此，在大型铁路站内，由于信号源与天线之间的传输距离可能比较长，选用光分布系统比较占有优势。
图2 光分布系统
2.3 信号覆盖
信号覆盖是通过天线实现的，天线是室内覆盖的最终环节，天线的选型直接影响无线信号的覆盖质量以及站房的整体环境。大型站房室内覆盖系统最常用的天线是全向吸顶天线，主要用于站房内办公区域的覆盖。对狭长通道或者电梯此类条形区域，一般采用定向吸顶天线。
对于部分不具备安装吸顶天线的区域也可以考虑壁挂天线。室内壁挂天线可以有效防止信号的外泄；八木天线、对数周期天线更适合用于电梯内的覆盖。对于新建的室内分布系统，一般在站房的进口处安装天线，用来确保室内覆盖系统的信号能够与室外宏基站的信号之间正常的切换，让切换区域能够有效得到控制，同时，也可以避免发生信号外泄，造成通信投诉。
随着人们的生活水平的提高，对电磁辐射的担忧越来越顾虑，因此，铁路站房的室内分布系统在设计的时候也要考虑到乘客感受，可以在行人角度的区域利用美化天线进行覆盖或者利用现有条件，请专业人士，运用伪装的设备挡住视线，以此来提高旅客对铁路部门的满意度。
从信号源、传输、信号覆盖三方面入手，在讨论大型铁路站点的室内信号覆盖时候，需要综合考虑各方面因素，如话务量、覆盖范围、机房位置等因素，规划合理方案进行实施。
三、站内室分系统覆盖遇到的问题
3.1 弱覆盖
由于大型铁路站房的室内空间较大，各个功能区相互隔离，室内混凝土墙壁、特殊隔板比较多，造成整个室内的物理环境比较复杂。室内信号覆盖时，由于会受实际情况的制约，并不是天线数量随心所欲的安装，必然造成某些区域存在物体阻挡存在信号的弱覆盖，甚至
某些楼梯口、地下室存在无信号情况。
3.2 干扰
在GSM-R系统因为与公网的G网、C网系统的频点相近，具有受干扰的可能性。根据造成的后果，干扰一般被分为杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰。
互调干扰：指当两个以上不同频率作用于非线性电路或器件因互相调制而产生的频率落到其他系统频段形成的干扰。
杂散干扰：指必要宽带之处的某个或者某些频率的发射，对频谱的其他系统造成干扰；杂散干扰主要是指由于发射机的滤波特性不好，而使一些二次或者三次谐波分量在发射机输出级输出，产生杂波辐射信号。
阻塞干扰：阻塞干扰的产生是由于干扰信号功率较大，接收机滤波器的非线性，导致接收机通带外抑制，产生饱和而无法正常工作。
在上述三种的干扰中，杂散干扰是最频繁发生的，当满足杂散干扰的隔离度要求时，其他两个干扰均能够解决。CDMA是一个扩频系统，自身抗干扰能力强，受干扰可能小，但由于CDMA的频点与GSM-R频点较接近，而GSM的抗干扰能力较弱，非常容易受CDMA信号的干扰。公网GSM系统与GSM-R系统的频点也相近，相互之间的干扰也非常明显，尤其是公网在铁路站附近的站点基站小区频点接近GSM-R的频点，干扰情况更容易发生。
四、站内室分系统问题解决方案
4.1 问题分析流程
数据采集：对GSM-R系统进行优化时，需要采集数据，包括：无线话统数据、GSM-R接口数据、室内DT测试数据、扫频数据、用户信息等。
数据分析：利用室内DT测试数据生成室内信号分布图，从图当中能够直观的看出哪些区域存在信号弱覆盖；干扰测试主要通过扫频数据分析，扫频数据主要通过硬件设备SCANNER进行采集，能够分析出在室内具体频点的信号比较强。
4.2 解决方案
4.2.1 弱覆盖或者无覆盖
利用测试软件，进行室内DT打点测试，利用分析软件，定位弱覆盖区域，分析出弱覆盖区的主覆盖小区信号，首先考虑通过加强信号功率，如果是定向天线，尝试调整天线方向改善弱覆盖。若采取了上述措施，未能解决问题，根据现场情况，选择合适安装天线位置，安装天线进行覆盖。对于无覆盖小区，单靠增强信号发射功率，解决问题效果不明显，只有通过增加天线，才能真正改善覆盖。
4.2.2 干扰
通过AOA干扰定位方法，结合扫频数据，找出干扰源。通常情况下，干扰源主要来运营商的公网信号，定位好干扰源后，分析出干扰信号频点落在范围，首先尝试通过自身修改频点的方式与干扰信号的频点错开，如果这样解决不了，与运营商进行沟通，通过两种途径进行解决：1，削弱干扰信号的源信号，一般通过降低功率、调整公网天馈的方位角、下倾角、高度等方式实现；2，改变站房附近公网基站小区的频点，间接修改了干扰信号的频点，与站内实际覆盖的GSM-R系统信号的频点错开。在实际中，自身系统的干扰也常有发生，因此在规划室内信号频点时，物理上相邻小区的频点隔离度尽量控制在较大范围。
五、总结
随着铁路的迅速发展，需要做室内分布系统的站房越来越多，带来的问题也将随之增长。室内覆盖系统是否正常将直接影响到铁路系统的运营安全，尤其对于那些要求高安全性和高
可靠性的高铁通信网更是如此。铁路大型站点所处的枢纽区域环境比较复杂，室内分布系统的规划工作也相对难度较高，在满足铁路需求的情况下，可以借鉴公网室分优化的经验，取长补短，既能达到覆盖站内的要求，又能不影响行车的安全。
参考文献
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