交叉并線區段GSM-R網絡設計原則與系統優化

郭少磊

(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073)

交叉并線區段GSM-R網絡設計原則與系統優化

郭少磊

(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073)

依據工程實踐，針對GSM-R系統頻率資源有限、國內電磁環境差等情況，對鐵路交叉并線區段在基站設置、頻率配置、切換調整幾方面總結出設計原則和系統優化方法。

GSM-R；交叉并線區段；設計原則；系統優化

1 概述

隨著鐵路無線通信技術的發展,GSM-R鐵路數字移動通信系統已取代450 M無線列調系統,成為我國鐵路無線通信技術發展的方向。現階段,一些既有線路的無線通信系統已逐步由450 M無線列調系統升級為GSM-R系統,而新建線路的無線通信系統都采用的是GSM-R系統。隨著近幾年鐵路建設大發展,GSM-R網絡規模越來越大,無線覆蓋也越來越復雜。由于GSM-R系統頻率資源有限,加之國內整體電磁環境較差,還要滿足CTCS-3級列控信息傳送等重要業務的需求,這就給復雜的交叉并線區段無線規劃帶來很大的難度。本文依據工程實踐,通過對實際案例的分析,總結出交叉并線區段GSM-R系統的設計原則與系統的優化方法,以更好地避免上述問題的發生。

2 案例分析

2.1 案例一

案例說明:線路1為已運營的GSM-R普通單網覆蓋線路,基站間平均距離為6 km;線路2為正在建設的GSM-R交織單網覆蓋線路,從線路1叉出,基站間平均距離為3 km,基站C與線路1的基站A、B設置切換關系;線路3為待建設的普通線路,擬采用GSM-R普通單網覆蓋,兩個RU間為通過漏纜覆蓋的隧道區段,RU需接入近端機完成覆蓋,隧道之前的區段通過基站A覆蓋,線路3過基站B后與線路1平行,利用線路1的既有基站覆蓋。各線路基站載頻都為O2配置。

原設計方案:在線路3與線路2交叉位置新設一基站E,并接入直放站近端機連接線路3的兩個RU,完成對線路3的無線覆蓋,具體方案如圖1所示。

圖1 案例一原設計方案示意圖

此方案存在的問題:一方面此區段會存在5個基站的覆蓋信號,需要配置5(基站數)×2(載頻配置數)=10個不同的載頻(下同),還需要滿足400 k頻率配置間隔的要求,而GSM-R系統只有4 M頻段可用,造成了頻率規劃的困難;另一方面,新設基站E需與基站A、B設置切換關系,而信號會覆蓋到線路1和線路2上,會影響到線路1與線路2之間和線路1上基站B與基站A之間的GSM-R網絡用戶的正常切換。在線路交叉并線區段,基站信號覆蓋情況較為復雜,每增加一個基站的信號覆蓋,會引起相互線路間影響的連鎖反應。

優化方案:在此交叉區段利用既有線路的基站,通過增設基站C向線路3方向覆蓋的天線并把RU接入到基站C,完成對線路3的信號覆蓋,可避免新增基站引起的頻率資源不夠、線路間相互影響等問題,具體方案如圖2所示。

2.2 案例二

案例說明:線路1與線路2垂直交叉,先期建設的線路1為GSM-R普通單網覆蓋,基站間平均距離為6 km,沿線每個基站配置2個載頻;后期建設的線路2運行CTCS-3級列控系統,為GSM-R交織單網覆蓋,基站間平均距離為3 km,沿線每個基站配置2個載頻。

原設計方案:線路2基站位置如圖3所示。因為線路2運行CTCS-3級列控系統,GSM-R網絡為單網交織覆蓋,需滿足單個基站宕機的情況下GSM-R網絡正常可用,列車最高運行速度350 km/h,小區覆蓋重疊距離為1 km,故在線路交叉區段存在著線路1基站E、F和線路2基站A、B、C、D共6個基站的覆蓋信號,需要配置6(基站數)×2(載頻配置數)=12個不同的載頻,而GSM-R系統只有4 M頻段,無法滿足400 k頻率配置間隔的要求,造成了網內頻率干擾。

優化方案:在兩條線路的交叉點位置配置共用基站A,如圖4所示。根據兩條線路用戶數量配置3載頻或4載頻。為避免線路基站間的相互干擾,基站A、B、C、D、E使用窄波瓣天線,并嚴格控制基站的覆蓋范圍,使基站D、E的覆蓋不延伸到線路2上。這樣即使在基站A配置4載頻的情況下,也可滿足400 k頻率配置間隔的要求。

圖3 案例二原設計方案示意圖

圖4 案例二優化方案示意圖

2.3 案例三

案例說明:線路2與線路1斜交叉后并行,線路1為后期建設線路,GSM-R單網交織覆蓋,基站間平均距離為3 km;線路2為既有線路, GSM-R普通單網覆蓋,GSM-R網絡用戶需由基站C切入到線路1的GSM-R網絡。

原設計方案:線路2基站位置如圖5所示。此設計方案存在問題:線路2往基站C方向的較長區段存在著基站A、B與基站C 3個基站的信號覆蓋相差不大的情況,極易造成乒乓切換,而線路1則存在著GSM-R網絡用戶切換到基站C上再切換回來增加兩次切換的問題。為解決此問題,在保證線路2的GSM-R網絡用戶場強可用的情況下,增大基站C向基站B的切換門限,使切換點靠近基站B,同時,增大基站B向基站C的切換門限,使切換點靠近基站C。同時,需要增大基站A、B間的防回切時間以避免發生在基站A、B間的乒乓切換。此類調整較復雜,需設計簡單有效的優化方案。

圖5 案例三原設計方案示意圖

優化方案:線路1新設基站B位與線路1、2交叉點位置,基站B設置3面天線,覆蓋線路1和線路2,基站B與基站A和基站C分別設置切換關系。此方案可避免原方案存在的問題,保證線路1和線路2的GSM-R用戶順利切換,具體方案如圖6所示。

圖6 案例三優化方案示意圖

3 結論

通過對以上案例的分析可得到以下結論。

1)盡量減少在線路交叉區段有覆蓋范圍的基站個數。

2)后期建設線路應盡量利用既有線路的基站通過增加覆蓋天線、增設RU等方式進行網絡覆蓋,降低交叉區段基站覆蓋的復雜性,避免新增基站引起的線路間基站的相互干擾影響。

3)在線路交叉通過區段,在交叉點設置共用基站,基站使用窄波瓣天線并嚴格控制基站的覆蓋范圍,避免線路基站間的相互干擾影響。

4)兩條線路交叉后并行且共用基站的線路,基站間的切換門限應設置為較大值,盡量使切換點靠近目標小區,同時應增大基站間的防回切時間,避免乒乓切換及誤切換。

Based on engineering practice, the paper summarizes the design principles and system optimization methods in terms of base station setting, frequency allocation and network adjustment in railway crossing and parallel sections under the conditions of limited GSM-R system frequency resources and the poor domestic electromagnetic environment.

GSM-R; railway crossing and parallel section; design principle; system optimization

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.010

2013-06-27)