关于ASSET软件在GSM-R系统工程设计中应用的研究

阎越明 刘盛尧

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

关于ASSET软件在GSM-R系统工程设计中应用的研究

阎越明 刘盛尧

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

规划软件在铁路GSM-R系统无线网络设计中已得到广泛的应用，熟练掌握规划软件的应用，对设计工作具有重要的指导意义，结合铁路GSM-R系统的特点，针对ASSET规划软件在铁路GSM-R系统工程设计的应用进行阐述。

GSM-R；规划软件；工程设计

1 概述

ASSET软件是英国Aircom公司的网络规划软件。利用ASSET软件可以在工程设计前期，通过对系统硬件参数、网络容量、频率分配方案的设置和分析完成对网络的设计（如覆盖预测、话务分析、频率计划、干扰分析等），模拟网络运行效果，从而指导工程设计。

随着近年来GSM-R网络的不断发展，手工规划的效率已无法满足工程建设的要求，需要功能强大的规划软件来辅助完成这一系列工作。ASSET使用微软的开放数据库互连接口，具有友好灵活的图像信息系统，支持开放格式的电子地图，运用全面的信息数据库，采用灵活的传播预测模型、连续波测量分析功能。运用ASSET软件可以方便的开始规划，直观的模拟网络状况，对于GSM-R系统工程设计工作可以起到强大的辅助作用。

2 数字地图简介

ASSET软件的网络规划是在电子地图的基础上进行的。用于GSM-R网络规划与管理的地理数据（20 m采样间隔）由以下4种基本数据组成。

1）数字高程模型（HEIGHTS数据）：HEIGHTS数据是按20 m采样间隔等间距表示的地面高程数据，数据格式采用国际上通用的栅格数据记录格式BIL，以16位整型数记录DEM栅格数据。数字地面高程模型用于描述该区域的基本地形情况，直接参与无线传播模型的计算。

2） 地 面覆 盖 模 型（CLUTTER数 据）：CLUTTER数据是按20 m采样间隔等间距表示的地面覆盖类型，如森林、湖泊、开阔地、工业区、市区、高层建筑区等，数据格式采用国际上通用的栅格数据记录格式BIL，以16位整型数记录DEM栅格数据。该数据在计算无线传播路径损耗时使用。

3）线状地物模型（VECTOR数据）：VECTOR数据是以弧段坐标表示的线状地物平面位置，描述线状地物的平面分布与空间关系，包括高速公路、街道、河流等，数据格式按Arcinfo的E00格式或MOSS格式记录。

4）重要地物文字标注（TEXT数据）：TEXT数据记录主要线状、面状及点状地物的名称，采用矢量数据结构。

所有这些电子地图数据都与相对应的投影方式和椭球方式有关。可以在任务中定义选择具体方式。

3 准备工作

开始规划之前，需作好如下准备工作：

1）合适精度的电子地图。

2）有关的数据信息：主要包括设备的配置、基站站点经纬度、天馈参数（型号、挂高、方向角、下倾角、合路功分损耗、馈线型号、馈线长度）等。

3）创建一个关于此次规划任务的文件夹，将地图商提供的地图数据存入其中。在该文件夹中创建名称为Heights、Clutter、Vector 3个子目录，分别存放电子地图的数字地面高程数据、地物分类数据、线性地物矢量数据。每类数据都包含menu.txt 和Index.txt两个TXT格式文件。创建Predict、Uservector子目录，用以存放预测结果数据、自定义线状矢量。

4）准备ASSET基站信息导入文件，将需规划的所有基站信息按模板形式生成基站信息表（包括基站类型、天线挂高、天线方位角、天线下倾角、基站经度、纬度、天线型号、基站名称等），然后另存为.TXT格式文件。只有TXT文件ASSET才能读取。

4 覆盖预测

4.1 传播模型编辑

覆盖预测是GSM-R系统网络优化的重要环节，网络规划中传播模型的准确性关乎到覆盖预测的效果，并直接影响到基站设置合理性。

ASET软件的“标准宏小区”传播模型以ETS 的Hata模型为基础，并在此基础之上添加了一些额外的功能，从而增强了模型的灵活性和精确性。这个模型适用于150 MHz～2 GHz的频率范围。

其中：Prx为接收功率（dBm）；Ptx为发射功率（EiRP）（dBm）；Ploss为路径损耗（dB）。并且 Ploss=k1+k2lg（d）+k3（Hms）+k4lg（Hms）+ k5lg（Heff）+k6lg（Heff）lg（d）+k7Diffn+ Clutter_Loss

其中：

d——基站到移动站之间的距离（km）；

Hms——移动站地面上的高度（m）；

Heff——基站天线的有效高度（m）；

Diffn——使用Epstein Peterson、Deygout或Bullington的等效刃形绕射方法计算的绕射损耗；

k1& k2——截距和斜率；

k3——移动天线的高度因数；

k4——Hms的Okumura Hata的增值因数；

k5——有效天线高度增益；

k6=lg（Heff）lg（d），这是lg（Heff）lg（d）值的Okumura Hata类型的增值因数；

K7——绕射计算的增值因数；

Clutter_Loss——地物规格。

利用用户可定义的增值系数，传播模型完全可以进行定制。900 MHz（GSM）模型的典型建议值是：k1=147；k2=45；k3=1；k4=0；k5=-13.82；k6=-6.55；k7=0.8。根据以往工程经验，主要的Clutter_Loss（地物规格）参考值如表1所示。

表1 地物规格参考值

4.2 覆盖优化

根据工程需要调整好传播模型后进行仿真模拟，并根据仿真结果进行优化工作，进一步使方案合理化。以下为优化案例：

4.2.1 案例一，调整基站天线挂高

如图1所示，根据仿真结果两基站间切换区的电平值偏低，此处地形平坦，因此可通过调整基站塔高的方式进行优化。

图1 调整天线挂高前覆盖效果图

如图2所示，将DK531处基站北向天线挂高调整为45 m（原高度为35 m）后，两基站间的覆盖效果良好。

图2 调整天线挂高后覆盖效果图

4.2.2 案例二，中继设备补强

如图3所示，DK479与DK485两处基站中间由于有山包阻挡存在着弱场区段，通过增加天线挂高无明显效果，需在此处增设中继设备进行补强。在DK482处设置一套直放站，DK479处基站为信源基站，在DK483+500处设置一套直放站，DK485处基站为信源基站，仿真结果如图4所示，覆盖效果良好。

图3 加直放站前覆盖效果图

4.2.3 案例三，无需调整

优化过程中还要考虑到铁路自身特点，高架桥、路堑等特殊地形在数字电子地图中是没有具体体现的，各别地点虽出现弱场，但并不是“真正”弱场，例如沟、堑等低洼地在铁路建设中都架设了桥梁，考虑桥的高度此处是没有弱场的，因此优化需结合纵断面图纸及现场勘查情况综合分析。如图5所示，DK609附近存在着“疑似”覆盖弱场，结合纵断面图（如图6所示），在DK605与DK611基站之间存在低洼区段，但该低洼区段为高架桥，线路高度高于最低处约20 m以上，经过现场勘查DK605 与DK611基站在DK609附近的覆盖可以满足要求，无需进行补强。

图4 加直放站后覆盖效果图

图5 疑似弱场覆盖示意图

图6 纵断面示意图

5 话务预测

ASSET软件的话务分配有如下几种方式：

1）给定各基站覆盖范围内的话务总量，根据不同业务话务量权重的不同，将话务分配到各个小区，软件再由Erlang B表计算出每个小区应分配的载频数。

2）指定小区载频数，根据Erlang B表，查出每个小区承载的话务，填入数据列表。

3）直接指定各基站覆盖范围内的话务量，软件根据话务量得到小区载频数。根据铁路业务，不同站点话务量主要分为特大型车站（如编组场）、大型车站（如直辖市、省会城市、交通枢纽等）、一般车站（如地级市）、区间基站4类，因此，铁路GSM-R系统的话务预测多采用此种方法。

6 频率规划

频率规划要求避免在（地理意义上）比较接近的两个小区不要使用相同的频率，以减少相互间的干扰。使用不同频率的小区数目被称为“复用因子（reuse factor）”。对于一定的频率而言，如果复用因子越小，则每个小区可用的频率数目越多，同时也意味将会产生更多的干扰。

在ASET规划软件中提供了手动频率规划和自动频率规划两种方式，但是结合铁路GSM-R系统的特殊性，尤其是可用频点少（19个频点）、枢纽地区频率复杂，因此，频率规划建议采用手动方式。

7 结束语

综上所述，规划软件可以帮助设计人员很好模拟出GSM-R系统网络覆盖状况，但规划软件不是万能的，需要设计人员结合实际情况及工程经验进行合理的修正，并不断的完善模型参数。

[1]中华人民共和国铁道部.铁路数字移动通信系统（GSM-R）总体技术要求[S].北京：中国铁道出版社，2013.

[2]中华人民共和国铁道部.铁路GSM-R数字移动通信工程设计暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[3]王芳.数字地图和规划软件在GSM-R网络规划及优化中的应用[J].铁路通信信号工程技术，2005，2（1）：20-22.

[4]钟章队.铁路数字移动通信系统应用基础理论（GSM-R）[M].北京：清华大学出版社，2009.

Programming software has been widely used in wireless network design of GSM-R system. So mastering skillfully programming software is very important for designing. The paper introduces the application of ASSET programming software in GSM-R system engineering design.

GSM-R system; programming software; engineering design

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.013

2015-01-19）