基于前后端分离的铁路室内无线通信覆盖的可视化研究
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作者:王昕
【摘要】 本文从我国通信无线室内覆盖系统主流方案、组成结构、覆盖原则等基本原理出发，简单阐述了我国铁路移动通信系统室内覆盖的设计流程，针对实际的工程设计中个别环节存在的问题，基于动态配置设计参数及设计方案可视化等需求，提出基于前后端分离的铁路室内无线覆盖系统设计的可视化方案，以供铁路数字化、智能化建设行业相关工作人员参考。
【关键字】 铁路无线通信 室内无线覆盖设计 前后端分离 数据可视化
引言：
近年来，一大批新型现代化铁路客站陆续开通运营，此类客站的特点是占地面积大、功能划分精细、结构复杂，对无线通信信号在铁路客运站的室内覆盖工作提出了新的需求;同时在全球数字化、信息化飞速发展的大背景下，各行业对业务自动化、数据可视化的需求不断加强，提高生产效率成为企业发展自身市场竞争力的重要一环，因此，对于铁路工程设计单位来说，生产设计、经营管理等各类业务流程数字化升级势在必行。
本文提出基于web的铁路室内无线覆盖可视化设计平台的开发思路，应用前后端分离技术，设计人员可通过移动、PC端查看工程系统数据、并根据实际拓扑网络结构实时修改室内无线覆盖系统设备参数及信号频率分布方案，后端获取到前端数据进行处理计算存储后渲染到前端，可视化展现覆盖方案数据流动的同时，也可降低后期方案修改而产生的设计时间成本。
一、铁路移动通信室内覆盖
（一）室内无线覆盖系统
室内无线覆盖一种是保证室内区域实现理想信覆盖的移动通信子系统[1]，无线通信信号通过室外信源进入室内，会产生穿透损耗，一些大型的楼宇建筑通常采用室内分布系统将信源的反射功率信号按不同链路均匀地进行分配，实现室内区域的有效覆盖，室内无线覆盖系统通常包括信号源和室内分布系统两部分。
常见的信号源按移动通信系统划分主要有GSM系统[2]、CDMA系统、WCDMA系统、LTE系统等，按信源接入设备划分，可以分为宏蜂窝接入、微蜂窝接入及直放站接入等信源接入技术。室内分布系统按接入信源可以划分为传统分布系统（DAS）、新型分系统以及多源融合分布系统等类型，按目前我国室内无线覆盖仍以传统分布系统为主。
根据分布天线类型划分，传统室内分布系统可分为无源系统和有源系统。无源系统指系统由耦合器、功分器、合路器、POI等无源器件和馈线构成，系统各环节不加入有源设备和器件。其结构和性能相对平稳、系统建维简单、成本较低，但后期不易运维。有源结构指系统建设过程中，为了增加系统的覆盖能力，加入了有源器件和设备，但需要电源进行供电，建设难度高、系统稳定性较差。因此，传统的室分系统大部分为无源结构。
（二）铁路室内无线覆盖需求
目前大型铁路客运站由于区域功能划分精细、站房结构复杂，对各种系统的室内覆盖要求也不尽相同，一般要求提供GSM-R系统、450MHZ无线列调系统、移动GSM900M、移动TD-LTE、电信CDMA888M、联通WCDMA等的覆盖。
其中，GSM-R系统用于提供铁路通信、数据传输及特定专网业务的通信传输，需要实现车站附近区间及站房内的无线覆盖;450MHZ无线列调系统覆盖主要设于站台层;各类公网室内无线覆盖主要用于各类多媒体客运服务的数据传输和通信业务。本研究主要以铁路GSM-R系统的室内覆盖设计为例，进行室内覆盖系统设计过程中数据动态配置及前端展示研究。
（三） 铁路室内无线覆盖原则及设计参数
1.铁路无线室内覆盖的设计原则
铁路客站无线覆盖应遵循以下基本设计原则：
（1）保证信号覆盖质量的基础上，考虑经济成本，结合业务发展趋势，合理选择信号源;
（2）若非必要不新设基站，一般接入信号覆盖区域附近基站，以满足室内覆盖容量需求;
（3）根据覆盖区域特点，在保证无线覆盖质量的前提下，优化天线数量;
（4）保证室内覆盖信号严格控制在限定范围内，不能对沿线GSM-R网络产生干扰。
2.铁路无线室内覆盖相关设计参数
铁路客运站房GSM-R室内覆盖系统设计内容主要包括信号源设置、分布器件的安装以及天馈系统的布设。以直放站信源接入结合无源分布系统为例，需要根据各不同链路信号衰耗、无源器件性能参数、馈线参数、天线输出功率等，进行室内分布系统方案的确定。
（1）链路损耗计算
对铁路站房内各层站厅、候车厅、走道等室内区域进行GSM-R网络覆盖，其电波传播环境近似自由空间传播环境，按以下公式计算空间损耗。
LS（dB）=20lg（f）+20lg（d）-27.6
其中，d为传输距离，单位m;f为电波频率，单位MHz（取900MHz），由此得出不同距离的空间损耗如表1所示。
GSM-R移动手持台最终接收电平为天线口输出功率经过空间损耗、阻挡损耗、多经损耗后的剩余输出功率，一般不可小于-75dBm，带入上述参数计算，GSM-R室内覆盖工程设计室内全向天线覆盖半径按15m考虑，则天线口输出功率取之约10dBm，定向天线覆盖距离半径按100m考虑，则天线口输出功率按21dBm左右控制。
（2）无源器件
站房GSM-R室内覆盖系统无源器件选取常用的二功分器、三功分器、耦合器（5dB、6dB、7dB、10dB、15dB和20dB），将光纤直放站远端机的功率分配至各个天线，以满足各天线输出功率要求。无源器件频率适用范围包括885～889MHz和930～934MHz;阻抗为50Ω;功率容量不小千200W;无源互调及隔离度等性能指标满足分布系统要求。
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