摘 要：文章首先建立起GSM-R系统场强模型，而后进一步指明了需要深入做的工作，在GSM-R系统的信号传输研究方面有着一定的指导意义。
关键词：GSM-R；场强；模型
GSM-R（Global System of Mobile communication for Railways）系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，属于专用移动通信的一种，广泛参与在铁路的日常运营管理过程中，是铁路部门高效的调度指挥通信工具。
GSM-R系统本身在工作原理等方面与GSM公网系统并无太大差异，但是由于GSM-R网络系统应用于铁路，因此其覆盖区域以带状分布为特点。同时不同的地理位置、自然环境以及不同的地形特征，都让GSM-R系统在传播上与GSM系统有着很大区别。针对这种特殊性，应当对GSM-R系统进行深入研究，才能确保铁路通信的有效实施，保证铁路安全运行。
一、GSM-R系统场强模型的建立
目前我国GSM-R系统的工作频段为900MHz，上行频段在885 MHz 与889MHz之间，下行则控制在930 MHz与934MHz之间。通常基站的覆盖半径都在2km以上，模型建立过程中，以建筑密度较低的城市地区作为参考基准，电波传播路径的起伏假定在20m以内，其余地形情况以此为参考并设定相应的校正参数建立校正模型。
用Lp来表示在这种假定地形情况下的电波传播损耗，f表示载频工作频率，hb为基站天线高，hm为移动接收天线高度，并且用d表示发出信号的基站与接收信号的移动天线直接的距离，a(hm)为一个相关hm的修正因数。在市区平滑地形的前提下，电波传输的损耗Hata经验模型为：
Lp=69.55+26.16lgf-13.82lghb- a(hm)+(44.9-6.55 lghb) lgd （1）
按照假定模型的具体情况，上式中a(hm)的取值与hm的取值存在对应状况，当hm的取值分别为1.5m、2m、4.5m的时候，a(hm)的取值大概在0 dB、1.3 dB、7.6 dB左右浮动。
对于其他地形的电波损耗，可以在上述基础上增加常数修正值L1，并且将电波传播总损耗设定为：
L= Lp+ L1
对于比城市平滑地形更为开阔、更利于信号传输的地形而言，L1的取值应当是负值，而对于比城市平滑地形更为复杂、不利于信号传输的地形，L1的取值应当是正值，以增加总传播损耗L值。对于一般郊区而言，当d值为10km以内的时候，L1的取值约3dB，而对于丘陵地形，L1的取值为6dB左右，对于起伏比较严重的地区，L1的取值最多可以达到7~9dB。
而对于电波在传播路径上的场强则存在如下关系：
Pr=Pt +Gb+Gm-L -Lb-Lm-Ld （2）
其中Px为功率表达，Gx为增益表达，而Lx则为各种损耗。（2）式中，Pr为传播路径上某点接收到的功率，Pt为基站发信机输出功率；Gb为发射天线增益，Gm为接收天线增益；L为上文中提到的电波传输损耗，Lb为基站馈线损耗，Lm为接收天线损耗，Ld为发射共用器等损耗。
基于如上假设以及模型，可以对于我国目前主要几种地形的电波传播状况给出大概的趋势分析状况，当hm取值1.5m，a(hm)取值为0dB，f取值最为常用的930MHz，基站发射功率采用46dBm，发射天线以及接收天线增益分别为17dBi和0dBi，基站馈线损耗、接收天线损耗以及发射共用器等损耗分别为3dB、0dB以及3dB的时候，可以得出相关基站覆盖状况如表1。
注：上表中四种地形的L1的参照取值分别为-14、-8、-3、6。
二、实践中GSM-R系统场强分析的不足
对于上述GSM-R系统场强模型而言，还有很多需要改进的地方。
首先就是对于不同地形的研究不够精准。对于GSM-R系统而言，其覆盖地形同铁路铺设经过的地形完全保持一致，因此为了确保铁路通讯的顺畅，GSM-R系统应当能够做到对于铁路链路各个角落的有效覆盖。而目前虽然对于主要的几种地形都建立起了对应合理的模型，也有了比较可靠的参数，但是在某些山区，模型还是出现了很大的局限性。对于隧道内以及路堑、弯道等特殊路况地段的信号传输问题，应当着力对隧道内的电波传播特性进行分析，根据隧道断面特征、山体综合状态以及材质、隧道内线路状态以及天线架设方式等进行分析，并且评估出相应参数完善模型。此外，对于不同的发射以及接收设备自身的参数数据，也应当定期进行修正采集，并对相应设备进行必要的维护，确保模型有效性。
其次，对于高速行驶列车的接收状态，还应当进行进一步的考察并完善模型。目前对于行驶在200km/h以上速递的列车，模型测试数据明显不足，而由于高速运动又会导致电波传输衰减的加剧。因此对于GSM-R系统在高速行驶列车上的数据应当注重电波传输衰减的定量分析，并进一步完善模型。
综上，列车对于电波信号的接收状况和总体环境以及整个信号传输体系的方方面面都有着密切的联系，只有在充分了解认识有关设备参数的基础上，对传输环境进行必要和彻底的勘测，才能确保有关模型的有效性，才能保证铁路通信体系的畅通。
作者简介：谷卫峰（1961-），汉族，江苏金坛人，现任北京铁路局北京通信段工程师
