两种适用于GSM—R系统的无线传播损耗模型的分析与比较

两种适用于GSM—R系统的无线传播损耗模型的分析与比较

随着相关单位对我国铁路GSM-R系统的深入研究，提出两种新的适用于GSM-R系统的无线传播损耗模型。文章首先介绍了这两种新模型；其次对这两种模型进行分析，提出对两种模型的解释，指出应用中需要特别注意的问题；最后对两种模型在相同电波传播场景下的预测结果进行比较，指出差异。

标签：无线传播损耗模型；传播环境；GSM-R；对数距离损耗模型；Okumura-Hata损耗模型

引言

在我国铁路GSM-R系统设计中，既有宏蜂窝传播预测模型的预测结果与实际测量结果存在较大的差异。国内两家铁路科研单位，对我国多条已开通的客运专线进行实地无线电波传播损耗测量，各自提出适合我国铁路GSM-R系统设计的无线传播损耗模型。文章针对这两种模型进行分析与比较。

1 模型简介

1.1 B单位模型

B单位将我国铁路电波传播环境分为9大类，见后续。其中隧道一般利用漏泄同轴电缆覆盖，不需要进行场强预测。其他的8类环境，B单位以Okumura-Hata模型[1]为基础，经扩展后形成每种场景下的电波传播模型。B单位对8种典型场景的地貌特征定义如下：城区特指典型的大、中型市区；郊区特指典型的小型城市，乡、镇、村落，以及非平坦、非开阔区域的郊野；乡村特指典型平坦地表上开阔的郊野区域；平原高架桥特指在平原地带轨面置于10～30m高的高架桥之上的区域；路堑特指在不平坦地带为保证轨面平整所开凿的U型槽区域；车站特指铁路线中出现的大、中、小型客运站；山区特指高速铁路途经的铁轨两侧存在起伏山丘的区域；河流特指在铁轨两侧径向有效区域内有大片湖泊水域，或有河流。

2 模型分析

2.1 B单位模型分析

B单位模型中具体传播环境对电波传播损耗的影响集中于不同场景中的与参数。该模型应用于工程计算中稍显复杂，但具有匹配典型传播场景的特点。公式1在各变量的取值范围内以及？驻1与？驻2的各类组合中，均为单调递增函数，表示无线电波随距离的增加其路径损耗不断增大，符合电波传播的物理特征。经数值计算，各场景下电波传输损耗之间的差异是显著的。传输损耗最小的为车站场景，传输损耗最大的为山区场景，两者在5km处的传输损耗差异可以达到约20dB。

2.2 T单位模型分析

T单位模型使用较为简便，但模型自由度不够丰富。公式（2）、（3）在变量的取值范围内为单调递增函数，在表达式上，与对数距离路径损耗模型[2]吻合。经数值计算，假定系统能够承受130dB的传输损耗，T单位乡村场景模型下，传输距离约为5km左右，接收电平可以存在约3.46dB的方差；高架桥场景模型下，传输距离约为7.5km左右，可以存在约3.83dB的方差。

3两个模型的比较

图1中对比了B单位与T单位乡村及高架桥两个场景的传输模型曲线。从图中可以看出，T单位模型预测的曲线，整体传输损耗明显高于B单位模型，但两条曲线的形态基本一致。从图中可以看出，T单位模型对场强的预测较为保守，B单位更为乐观。但两者哪个更贴近实际还需要实测数据的支持。

4 结束语

B单位模型自由度较高，将地形分为八个不同典型场景后，除山区场景特殊外，其他七个场景的模型都较为合理。T单位模型自由度较少，但其应用更方便。两种模型均从铁路的实际测量数据中总结，各自也都有对应的原始模型做理论支撑，两个模型各具特点。至于哪个模型可以更好的预测具体某条铁路的实际情况，还需要更多的测试数据的支撑。我国幅员辽阔，或许存在在不同地域，两个模型各有针对性的情况发生。

参考文献

[1]Hata，Masaharu. Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology.Vol.VT-29.No.3.pp.317-325，1980，8.

[2]杨大成.移动传播环境-理论基础、分析方法和建模技术[M].北京：机械工业出版社，2003.