無線列調改GSM-R系統過渡方案的優化和探討

宗天博

(北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司, 北京 100043)

無線列調改GSM-R系統過渡方案的優化和探討

宗天博

(北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司, 北京 100043)

根據工業和信息化部(工信部無[2013]157號)關于無線電臺站規范化管理若干問題的通知，停止對含有450～470 MHz頻段無線電發射設備的型號核準，我國的普速鐵路的移動通信系統將逐步改造為GSM-R系統。以辛泰線為例，在改造過程中，由于施工組織進度問題，部分車站關閉，但GSM-R系統尚未啟用。如果不開展過渡設計，必然導致部分區段原有的無線列調呼叫方式發生改變，對行車安全帶來一定的影響。由于施工進度問題，應盡量在滿足要求的情況下，簡化過渡方案，節約過渡投資成本。在過渡方案的研究過程中，應盡量利用既有通信資源，減少對新設資源的依賴，避免因工程先后進度問題，既有無線列調設備已經關停，而過渡方案尚未實施。文章針對辛泰線口頭站的過渡設計，提出了無線列調操作臺射頻拉遠的方案，極大的降低了過渡成本和施工難度。

普速鐵路； GSM-R系統； 過渡設計； 優化

1 工程概況

辛泰鐵路北起膠濟鐵路的辛店站(現名臨淄站)，經黑旺、源遷、南博山等站出淄博境，在萊蕪東站與磁萊線 (津浦線磁窯站至萊蕪東站)相接后，再折向西行到泰山站，與津浦鐵路接軌，全長161.75 km。

工業和信息化部(工信部無[2013]157號)關于無線電臺站規范化管理若干問題的通知，“……停止對含有450～470 MHz頻段無線電發射設備的型號核準，不再辦理已取得含有該頻段無線電發射設備型號核準證書的延期手續……”。辛泰線既有移動通信系統為450 MHz C制式無線列調系統。電氣化改造后，將改為GSM-R系統。

由于現場施工組織安排等原因，辛泰線將大封鎖施工。大封鎖結束后，GSM-R系統尚需半年左右時間才能開通。但大封鎖過程中，存在部分車站(口頭站、萊蕪西站等)關閉的情況。車站關閉后，既有的無線列調呼叫方式無法延續使用，必須進行過渡設計。

本線所遇到的情況，在其他普速鐵路電氣化改造過程中，極有可能再次遇到。因此，通過對本次過渡設計方案優化的探討，對助力我國普速鐵路逐步電氣化改造為GSM-R系統，節約過渡成本具有積極、重大的意義。

2 我國鐵路常用的無線通信方式

我國鐵路目前常用的無線通信方式主要有450 MHz無線列調和GSM-R移動通信系統。450 MHz無線列調主要在普速鐵路運用比較多，GSM-R移動通信系統則在客運專線等較高級別線路或長大干線上廣泛運用。

2.1 450 MHz無線列調

450 MHz無線列調通信系統(以下簡稱“無線列調”)是組織運輸、保障安全、提高生產效率的重要通信設施。無線列調在提高列車運營效率，保障列車行駛安全等方面都具有非常重要的作用。在鐵路日常使用中，無線列調負責通報列車所在位置和其運行方向，其工作成員包括列車調度員、車站值班員、車站助理值班員、司機和運轉車長等。

無線列調系統的主要用途是解決其工作成員之間的通信問題。根據組網方式及設備功能的不同，鐵路現有無線列調又分為A、B、C三種制式。三種制式均采用有線、無線相結合的組網方式，調度臺至車站臺之間采用有線方式(利用傳輸設備提供的通道)；車站臺和機車臺、便攜臺之間的通信采用無線方式。各制式的區別主要在于組網方式、系統功能、通信方式、頻率配置等幾個方面。

2.2 GSM-R移動通信系統

GSM-R(Global System for Mobile- Railway)移動通信系統是基于公網GSM系統衍生出來的鐵路專用移動通信系統，用于鐵路的日常運營管理。GSM-R系統在實現基本的呼叫功能(如組呼、廣播呼叫、多優先級搶占和強拆業務)的基礎上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信的特殊需要。GSM-R移動通信系統主要為鐵路提供編組調車通信、無線列車調度、日常工區養護維修作業通信、應急搶險通信、隧道通信等語音通信功能，并可為列車自動控制與檢測信息提供數據傳輸通道，以及提供列車自動尋址和旅客服務。

3 常用無線列調改造方案

針對關閉站的改造方案，一般可參考目前我國常用的無線列調弱場強區解決方案。常用方案主要包括以下幾種：

3.1 漏泄同軸電纜加中繼器方式

優點：場強覆蓋均勻、場強易于控制、傳輸帶寬寬。

缺點：漏泄同軸電纜性價比低、維護困難、設備造價高、較易自激。

應用場景：作為最早弱場強區解決方案在多條鐵路項目中應用，但效果均不理想。

3.2 光纖直放站方式

優點：采用光纖作為傳輸媒介，能夠提高長距離的信號傳輸，且不受電氣化鐵路或電力網的干擾。

缺點：設備造價相對較高，需要沿線解決房建和供電問題。

應用場景：作為弱場強區解決方案已在各長大干線鐵路中廣泛應用。如圖1所示。

圖1 口頭站光纖直放站過渡方案

3.3 區間中繼臺方式

優點：采用數字編碼信令、數字化通道，遠程集中供電等新技術。特別實現全區間呼叫功能。不需解決沿線房建和供電問題，集中監控、統一網管。

缺點：與漏纜相比采用空間波覆蓋場強不易控制，必須和配套廠家的車站臺共同使用、對長途通信電纜具有較高要求。

應用場景：作為山區鐵路無線弱場強區重要的解決手段，已在許多長大干線中使用，效果良好。

由上述分析可知，漏泄同軸電纜加中繼器方式，漏泄同軸電纜性價比較低、容易自激；區間中繼臺方式，則必須有與其配套廠家的車站臺共同使用，且對長途通信電纜具有較高要求。故現在一般廣泛應用的是采取新設光纖直放站的方式。光纖直放站的缺點是需要解決房建和供電問題，否則造價較高。但在本項目的應用場景中，口頭站雖然關閉，但既有通信機房可滿足光纖直放站設備安裝要求，無需新增房建和供電的投資。

口頭站(本文以口頭站為例)關閉后，為保障行車安全，需完成對原口頭站無線列調覆蓋區間的過渡設計。通常情況可參照無線列調改造時，滿足區間困難地段覆蓋的方案，既采用光纖直放站進行覆蓋。

常用的無線列調改造方案，是利用設備將相鄰站北牟和源遷的450 MHz無線列調信號引至區間保障覆蓋。但這些方案需要在過渡期間完成關閉站所處的上、下行區間的干線光纜敷設，以提供通道；需要在區間新設安裝設備的位置，新設電力箱變供電；需要新設鐵塔或電桿，架設區間遠端設備及天線。而這些為了滿足過渡而新設的通信、電力等設備，在GSM-R系統開通后，即全部廢棄，極易造成浪費。

4 無線列調過渡優化方案

首先，需要與業主探討過渡后達到的無線覆蓋效果。如果必須達到區間全覆蓋效果。那采用上文提到的直放站加漏纜的技術方案較為合適。如果對過渡的要求可以是口頭站關閉后，依然能維持既有的無線場強覆蓋效果。那么，可以結合實際情況，考慮更優化，更節約成本的設計方案。本設計中通過和業主的溝通，最終確定了維持既有無線場強覆蓋的效果要求。

由于通信屬于站后專業，在現場受制約和影響的因素較多。故在很多項目中，過渡開通期間，通信專業尚未完成全線的光、電纜敷設和傳輸設備調試。在這種情況下，也就不具備利用新設的傳輸網絡提供通道和接口的能力。而既有的傳輸設備通常使用年限長，剩余的板卡接口和槽位也很難保障。

考慮到充分利用既有可用資源，盡可能的減少新增工程，本次無線列調過渡優化方案決定采用無線列調操作臺拉遠方案。無線列調操作臺拉遠是利用傳輸設備提供的2 M傳輸通道，在關閉站設置無線列調車站設備，但將操作臺拉遠至相鄰車站進行操作。該方案如圖2所示。

本方案可以讓列車司機維持既有調度區段和方式進行呼叫，減少對行車調度的調整。同時，還可以達到既有無線列調場強覆蓋的效果。本方案的全部新增設備、材料只有一對光端機，一對控制盒拉遠設備，以及部分短段的連接光、電纜，可以很好的控制過渡成本。而在關閉取消有人值守后，司機在原關閉站覆蓋范圍一樣可以完成呼叫，只是呼叫對象調整為臨站。這樣對路局而言，在運營管理上的調整也相對簡單。

圖2 無線列調操作臺拉遠方案

車站控制盒遠程傳輸設備分為主設備和從設備，是將電臺信號轉換成E1信號進行遠程傳輸的小型設備。其核心是由DSP數字處理器和FPGA兩個部分來實現其主要功能。該設備的主要結構如圖3所示。

圖3 車站臺控制盒遠程傳輸設備內部結構

根據現場情況，如有需要，車站控制盒遠程傳輸設備還可與分支器配合使用，實現多控制盒共用同一車站電臺的功能。具體實現方式由如下兩種。

方式一：分支器通過控制電纜分別與車站電臺、主設備連接，主設備通過E1接口與傳輸設備連接。從設備在鄰站機房，通過控制電纜與控制盒連接，再通過E1接口與傳輸設備連接。車站臺控制盒遠程傳輸設備的主設備可以接在與分支器連接的任意一個控制盒的連接口上，也可以在分支器上同時連接多組車站臺控制盒遠程傳輸設備。連接方式如圖4所示。

方式二：車站控制盒遠程傳輸設備，從設備通過控制電纜與分支器連接，其他連接方式同方式一。連接方式如圖5所示。

圖4 車站臺控制盒遠程傳輸設備連接方式一

圖5 車站臺控制盒遠程傳輸設備連接方式二

上述的方式一和方式二，是對無線列調操作臺拉遠設計方案的衍生設計，用以滿足更多的現場需要。無線列調操作臺拉遠設計方案實現成本低，對行車組織造成的影響小。列車司機對地呼叫時，與既有操作情況完全一致，只是呼叫對象改為了鄰站的值班員。而地對車呼叫時，由原關閉站的值班員呼叫的區段，改為了鄰站的值班員對機車司機呼叫。利用車站控制盒遠程傳輸設備及分支器，將車站電臺的操作臺拉遠的設計方案，可以在既有線改造設計中靈活運用。

5 結束語

GSM-R無線通信系統已經在普速鐵路的改造中被廣泛應用，當結合電氣化改造工程時，難免因為各種原因引起過渡工程。本文僅就辛泰線的口頭站過渡工程提出了設計思路及成果總結，不足之處共同商榷。

[1] 侯曉俊.鄭西客專先行段GSM-R網絡優化技術分析[J].鐵道建筑技術，2010，27(6)：99-103. HOU Xiaojun. Technical Analysis of GSM-R network optimization for first section of Zhengzhou-Xi’an passenger dedicated line [J]. Railway Construction Technology, 2010,27(6): 99-103.

[2] 曹占奮.宜萬鐵路GSM-R網絡優化測試[J].鐵道建筑技術，2012,29(S1)：211-213. CAO Zhanfen. GSM-R Network optimization test of YiWan Railway [J]. Railway Construction Technology, 2012,29(S1): 211-213.

[3] 胡華. 450MHz無線列調弱場強區解決方案研究[D].成都:西南交通大學，2008. HU Hua. Research on the settlement program of weak field strength area of 450MHz train radio dispatching system[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University，2008.

[4] 李閏生.列車無線調度通信和站場無線通信設計[M].北京:中國鐵道出版社，2011. LI Runsheng. Design of train radio dispatching communication and station wireless communication [M].Beijing: China Railway Publishing House, 2011.

[5] 王邠.數字調度通信系統[M].北京:中國鐵道出版社，2011. WANG Bin. Digital dispatching communication system [M]. Beijing: China Railway Publishing House，2011.

[6] 劉鵬.高速鐵路GSM-R網絡現場開通調試研究[J].鐵道建筑技術，2014,31(6):98-101. Liu Peng. Research of the on-site commissioning of high-speed railway GSM-R net [J]. Railway Construction Technology，2014, 31(6): 98-101.

[7] 唐文可.控制無線列調場強覆蓋，提高無線列調系統運用質量[J].鐵道通信信號，2011，47(9)：65-66. TANG Wenke. Control the coverage of radio train dispatching field strength to improve the operation quality of system transmission [J]. Railway Signalling & Communication, 2011,47(9): 65-66.

[8] Xiaodong Wang，H.Vincent Poor[美].無線通信系統[M].北京:電子工業出版社，2005. Xiaodong Wang, H.Vincent Poor. Wireless Communication System [M]. Beijing: Electronic Industry Press，2005.

[9] 張玉艷.數字移動通信系統[M]. 北京:人民郵電出版社，2009. Zhang Yuyan. Digital mobile communication system [M]. Beijing: The People’s Posts and Telecommunications Press，2009.

[10]萬寶華.利用中繼器解決山區無線列調區間弱場問題[J].鐵道通信信號，2006，42(6)：45-47. WAN Baohua. Using repeater to solve the weak field problem of train radio dispatching section in mountain areas [J]. Railway Signalling & Communication, 2006,42(6): 45-47.

[11]李論平.無線列調弱場區補強方案及其應用[J].鐵道通信信號，2006,42(11)：35-36. LI Lunpin. Reinforcement program and applications of the weak field area of the train radio dispatching system [J]. Railway Signalling & Communication，2006,42(11): 35-36.

[12]方聲志.光纖直放站在無線列調中的應用[J].中國西部科技，2006,49(13)：7. FANG Shengzhi. Application of fiber optic repeater in the train radio dispatching system [J]. Science and Technology of West China, 2006,49(13): 7.

(編輯：趙立紅 張紅英)

Optimization and discussion of the transition program for the transformation from the train radio dispatching system into the GSM-R system

ZONG Tianbo

(China Railway Construction Electrification Design&Research Institute, Beijing 100043, China)

According to the Notice on Issues about the Standardized Management of the Radio Equipments of the Ministry of Industry and Information Technology (MIIT Radio [2013] No.157), the approval of radio transmitting equipments containing band from 450 MHz to 470 MHz will be called off, and the mobile communication system for common speed railway in China will be gradually transformed into the GSM-R system. Taking XinTai Railway for example, because of the progress of construction organization, some stations were closed during the reconstruction, but the GSM-R system was not yet enabled. Without an effective transition design, the call mode of the original train radio dispatching system in some sections would be inevitably changed, which will impact the traffic safety in a certain extent. The transition program should be simplified to save the investment costs of transition under the conditions of meeting the requirements. During the research on the transition program, the existing communication resources should be fully used to reduce dependence on the newly-built resources and avoid the situation that the transition program has not yet been put into effect when the existing train radio dispatching system is shut down due to progress of construction. For the transition design of Koutou Station of XinTai Railway, the program of the train radio dispatching system remote radio-head is proposed in this paper, which reduces greatly the transition cost and the difficulty of construction.

common speed railway; GSM-R system; transition design; optimization

2016-08-17

宗天博(1984-)，男，工程師。

1674—8247(2016)06—0060—04

U285.21

A