大型鐵路樞紐GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃的探討

吳浠橋 向志華 梁 瑩

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

大型鐵路樞紐GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃的探討

吳浠橋 向志華 梁 瑩

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

GSM-R系統(tǒng)是保障調(diào)度指揮和行車安全的重要手段。在大型鐵路樞紐內(nèi)，線路眾多，地形復雜，且樞紐內(nèi)各線的建設(shè)工期不一致，GSM-R系統(tǒng)在大型鐵路樞紐內(nèi)必須進行規(guī)劃。本文從“GSM-R承載的業(yè)務(wù)”；“BSC接入方案規(guī)劃”；“GSM-R無線覆蓋、容量和干擾的平衡”3個方面對GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進行了論述，在論述過程中，結(jié)合了貴陽樞紐和成都樞紐的實際情況，并且對樞紐內(nèi)重點區(qū)域通過電子地圖和軟件進行了模擬分析。所以，做好大型鐵路樞紐GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃，能減少后續(xù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對既有網(wǎng)絡(luò)的影響，保證資源節(jié)約和行車安全。

GSM-R規(guī)劃；同頻干擾；GSM-R短號碼

1　概述

GSM-R是鐵路無線通信最重要的系統(tǒng)，是一個綜合業(yè)務(wù)的鐵路數(shù)字移動通信平臺，提供列車調(diào)度、列車控制、區(qū)間維修、應(yīng)急搶險等語音和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，是滿足鐵路運輸指揮和生產(chǎn)需要，適應(yīng)鐵路信息化發(fā)展，保證鐵路運輸能力、提高鐵路綜合效益的有力技術(shù)支持和保障。

中國GSM-R系統(tǒng)僅分配了2×4 MHz帶寬資源，共計19個可用頻點，頻率資源有限。隨著中國高速鐵路的發(fā)展，越來越多的線路將采用GSM-R系統(tǒng)，同時根據(jù)工信部和鐵路總公司各種政策性文件，既有線的無線列調(diào)系統(tǒng)將全部改建為GSM-R系統(tǒng)。如果各線路GSM-R系統(tǒng)獨立規(guī)劃、建設(shè)，空間無線信號將相互影響，容易造成嚴重的相互干擾，在這些區(qū)域容易造成移動臺無線接入、小區(qū)重選、切換混亂，影響行車安全和調(diào)度指揮。

鑒于上述問題，對大型鐵路樞紐應(yīng)“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃建設(shè)”，實現(xiàn)樞紐內(nèi)GSM-R系統(tǒng)資源共享、提高通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量及安全可靠性，減少后續(xù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對既有網(wǎng)絡(luò)的影響，同時提高資金的利用率。

本文將以貴陽和成都樞紐為列，對大型鐵路樞紐的GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃進行探討。

貴陽樞紐和成都樞紐是中國西南重要的鐵路交通樞紐。貴陽樞紐現(xiàn)銜接川黔、滬昆、黔桂3條普速鐵路干線，貴廣客專、貴開客專、長昆客專等多條疏解和聯(lián)絡(luò)線路；貴陽樞紐在建鐵路有渝黔、成貴客專等；成都樞紐現(xiàn)銜接寶成線、達成線、成渝線、遂成線、成昆線、成灌線、西成客專、成貴客專以及樞紐北環(huán)線等線路；成都樞紐在建鐵路有成渝客專、成蒲線和成蘭線。這兩個樞紐已經(jīng)形成大型環(huán)型樞紐格局，如圖1、2所示。

樞紐內(nèi)有客貨共線、客專、貨車線等各種類型、等級、時速的鐵路，移動通信業(yè)務(wù)需求多樣，且GSM-R系統(tǒng)頻率資源有限和無線通信系統(tǒng)的開放性，各鐵路線的工期不一致等特點造成樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃困難。如果不對樞紐內(nèi)GSM-R系統(tǒng)進行統(tǒng)一規(guī)劃，會造成后續(xù)工程方案設(shè)計和實施困難、廢棄工程多、方案不合理、服務(wù)質(zhì)量（QoS）差等后果，影響系統(tǒng)正常運用，從而影響鐵路運輸?shù)陌踩托省?/p>

樞紐內(nèi)GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以從幾個方面考慮：1）GSM-R承載的業(yè)務(wù)；2）BSC接入方案規(guī)劃；3）無線覆蓋、容量和干擾的平衡。

2　GSM-R承載的業(yè)務(wù)

GSM-R作為多業(yè)務(wù)平臺可實現(xiàn)語音通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N業(yè)務(wù)，但鐵路樞紐地區(qū)無線語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求繁多，包括列車調(diào)度通信語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，編組站調(diào)車、列檢、貨運等業(yè)務(wù)，客運站綜合業(yè)務(wù)等。由于頻率資源的關(guān)系，GSM-R系統(tǒng)容量有限，難以承載全部業(yè)務(wù)。為更好發(fā)揮GSM-R系統(tǒng)在調(diào)度指揮中的作用，規(guī)劃中提出以GSM-R系統(tǒng)為主，同時利用其他無線通信系統(tǒng)作為補充的方式，分類承載樞紐內(nèi)各種移動通信業(yè)務(wù)。

客運無線通信采用數(shù)字式無線通信系統(tǒng)。一方面分流GSM-R系統(tǒng)的用戶，同時實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)需求；另一方面可以將鐵路各種信息資源進行有效整合共享、發(fā)揮整體效益，提高鐵路服務(wù)質(zhì)量和安全管理水平。客站數(shù)字無線系統(tǒng)應(yīng)與鐵路既有的各種信息系統(tǒng)如TMIS、DMIS/CTC系統(tǒng)進行互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息共享及實時更新。在公共安全保障方面，客站數(shù)字無線系統(tǒng)通過優(yōu)先級設(shè)置、緊急呼叫等功能，提供地震、火災(zāi)、反恐維穩(wěn)等應(yīng)急通信功能，并能與原鐵道部、路局、公安應(yīng)急通信系統(tǒng)互聯(lián)，有效提高應(yīng)對突發(fā)事件的響應(yīng)時間和聯(lián)動能力。

編組站調(diào)度、車號商檢和列檢業(yè)務(wù)無線通信采用400 MHz數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，滿足《鐵路平面無線調(diào)車設(shè)備技術(shù)條件》（TBT2834-2002）中對調(diào)車作業(yè)的指標要求，同時具備調(diào)車單傳送、編組站語音單呼、組呼等業(yè)務(wù)。貴陽南編組站建議采用數(shù)字平調(diào)系統(tǒng)，同時將編組站內(nèi)車號商檢、列檢業(yè)務(wù)和列尾等業(yè)務(wù)與GSM-R系統(tǒng)分離。

3　BSC接入方案規(guī)劃

由于鐵路樞紐引入線路較多，各線可能均會在樞紐內(nèi)設(shè)置BSC/PCU設(shè)備，如不進行BSC接入基站的統(tǒng)一規(guī)劃，將會使列車在樞紐內(nèi)運行時出現(xiàn)頻繁的跨BSC切換，影響通信質(zhì)量，同時會導致樞紐內(nèi)設(shè)備數(shù)量較多，給運營維護帶來諸多不便。由于樞紐內(nèi)GSM-R系統(tǒng)的可靠性要求較高，一旦業(yè)務(wù)中斷，會影響到各個線路的運輸生產(chǎn)，因此還應(yīng)考慮保護措施。

樞紐BSC規(guī)劃從下面兩個方面進行論述。

1）根據(jù)調(diào)度臺劃分和維護管理需求合理確定BSC數(shù)量和冗余方式，防止設(shè)備維護倒換影響過多線路行車指揮。

2）樞紐內(nèi)相鄰線和并行線的基站盡量歸為統(tǒng)一BSC控制，結(jié)合機車交路劃分BSC控制范圍，減少機車綜合無線通信設(shè)備（CIR）跨BSC切換次數(shù)。

下面以貴陽樞紐和成都樞紐為例，說明一下樞紐的規(guī)劃。

3.1貴陽樞紐

貴陽樞紐，為規(guī)劃較早的樞紐，在各線的建設(shè)前期，應(yīng)嚴格按照上述原則進行規(guī)劃。采用客專和普速鐵路分別設(shè)置BSC的方式，如圖3所示。貴陽樞紐設(shè)置1套1+1冗余備份的BSC，用于接入客運專線GSM-R系統(tǒng)；同時又單獨設(shè)置1套BSC/PCU，用于樞紐內(nèi)既有線基站的接入。

貴陽樞紐規(guī)劃BSC的優(yōu)勢如下.

1）減少樞紐內(nèi)跨BSC切換，提高網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量；

2）方便維護管理、后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和樞紐內(nèi)其他線路基站的接入；

3）通過BSC的冗余熱備，提高樞紐內(nèi)基站子系統(tǒng)的安全可靠性。

3.2成都樞紐

成都樞紐，由于規(guī)劃較晚，可以根據(jù)工程實際情況進行規(guī)劃，規(guī)劃方案如下：各線引入樞紐設(shè)置的基站，分別接入正線和既有設(shè)置的BSC，規(guī)劃結(jié)果如下：成灌線（已完成建設(shè)）和成綿樂客專（已完成建設(shè)）分別在成都設(shè)置BSC；成渝客專正線接入成渝客專工程的BSC；成渝客專、成昆線（正在建設(shè)）、成蒲線（正在建設(shè)）、寶成線引入樞紐利用成綿樂客專BSC；達成線、遂成線、成渝線、成花線既有線改造工程（未進行GSM-R改造），單獨設(shè)置1套BSC接入。如圖4所示。

如果成都樞紐改造既有BSC，使客運鐵路采用1+1主備冗余的BSC方式，改造過程存在如下問題：1）施工過程中，協(xié)調(diào)難度大，施工進度受運輸組織影響等；2）貨車線與客運專線用于維修管理的時間不一致，導致BSC擴容或者修改數(shù)據(jù)時，無法協(xié)調(diào)各線的運輸組織，影響線路運行。

這種規(guī)劃方式，便于減少同一線路的BSC切換，減少對既有基站的調(diào)整。

所以樞紐內(nèi)的BSC規(guī)劃，能較早規(guī)劃最好；對規(guī)劃較晚的樞紐，也應(yīng)盡量減少對既有基站的調(diào)整，同時減少不同BSC的頻繁切換。

4　無線覆蓋、容量和干擾的平衡

樞紐地區(qū)線路眾多，各線路交叉、并行，與正線相比，樞紐地區(qū)GSM-R用戶數(shù)量多，話務(wù)量大，因此，樞紐地區(qū)GSM-R工程需要考慮的因素多，設(shè)計復雜。在以往工程中，往往將覆蓋和容量作為GSM-R系統(tǒng)建設(shè)的重點，遇大型車站就設(shè)置多載頻基站，提高系統(tǒng)容量，同時不統(tǒng)籌考慮相鄰線并行、交叉區(qū)段的站點布置，最終會帶來嚴重后果，例如并行區(qū)段頻率無法分配、交叉區(qū)段切換點混亂，嚴重時導致用戶頻繁掉線，或鐵路樞紐整個GSM-R系統(tǒng)出現(xiàn)大面積擁塞，影響行車運輸。

因此，鐵路樞紐內(nèi)GSM-R系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)該將問題的重點落實在干擾處理上，在充分認識和分析鐵路樞紐內(nèi)造成干擾的因素和區(qū)段的基礎(chǔ)上，采用合理手段處理覆蓋和容量的問題，使鐵路樞紐內(nèi)覆蓋、容量和干擾相互平衡。

下面以貴陽樞紐一個三角區(qū)域為例，如圖5所示。

假如此區(qū)域GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不統(tǒng)一規(guī)劃，按照各線考慮各自GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋，如圖6所示。

會造成如下問題：

1）頻繁切換。機車在長昆正線行車時，會完成1#、2#、3#、4#、5#、6#基站的4次切換，頻繁的切換，使列控類數(shù)據(jù)無法滿足傳輸無差錯時間TREC（傳輸恢復時間）指標，導致列控類數(shù)據(jù)丟失，影響列車運行安全。

2）造成誤切換。長昆鐵路正線行車時正常切換是1#、2#、3#、4#、5#、6#基站，但在三角形疏解區(qū)會誤切換至2#或者7#基站。

3）頻率資源緊張。長昆線GSM-R子系統(tǒng)采用交織單網(wǎng)方案，當長昆基站子系統(tǒng)處于降級模式時，在三角形區(qū)域可能出現(xiàn)同頻的情況，引起干擾，影響行車，從而在此區(qū)段無法進行頻率規(guī)劃。

為減少干擾和頻繁切換、誤切換，在分叉區(qū)采用同一基站信號。根據(jù)這一原則，調(diào)整GSM-R系統(tǒng)的基站布置（2#、3#、4#基站調(diào)整為1個基站）和基站的覆蓋范圍（增大5#基站的覆蓋范圍，減小6#、7#基站的覆蓋范圍，保證6#、7#基站（兩基站有高山阻擋）之間信號無法干擾），得到如下規(guī)劃結(jié)果：

根據(jù)模擬結(jié)果和長昆線和東北環(huán)、貴開線開通后的實測結(jié)果，此區(qū)域GSM-R覆蓋、干擾能滿足列車應(yīng)用要求。

最后利用電子地圖模擬結(jié)果，如圖7、8所示。

5　結(jié)論

大型鐵路樞紐應(yīng)緊密結(jié)合鐵路運輸生產(chǎn)的實際需要，按照 “統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、持續(xù)發(fā)展的規(guī)

劃建設(shè)思路”，對鐵路樞紐GSM-R網(wǎng)絡(luò)進行整體規(guī)劃；同時結(jié)合高速、普速鐵路運輸組織方式和養(yǎng)護維修特點，兼顧運用和維護的需要；達到無線覆蓋、容量及干擾的平衡，從而保障鐵路服務(wù)質(zhì)量和安全管理水平。

[1]符遠東，鐘勇.大型鐵路樞紐GSM-R無線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案剖析[J].信息通信，2014（3）：203-207.

[2]劉立海，胡曉紅，劉建宇.鐵路樞紐GSM-R無線覆蓋方案設(shè)計研究[J].中國鐵路，2009（12）：41-44.

[3]吳浠橋.山區(qū)GSM-R系統(tǒng)中場強覆蓋的探討[J].鐵道標準設(shè)計，2010（1）：177-179.

[4]吳浠橋.山區(qū)無線列調(diào)設(shè)計探討[J].高速鐵路技術(shù)， 2012，3（5）： 38-40.

[5]陰同.長大隧道GSM-R弱場解決方案[J].鐵道通信信號，2014，50（4）：84-86.

[6]趙晟.蘭渝線數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方案研究[J].高速鐵路技術(shù)，2010（1）：57-60.

[7]胡曉紅.武廣高速鐵路GSM-R系統(tǒng)無線覆蓋方案優(yōu)化設(shè)計[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2010（5）：100-103.

[8]崔國興.采用數(shù)字光直放技術(shù)延伸GSM-R基站覆蓋工程應(yīng)用研究[J].鐵道勘測與設(shè)計，2011（2）：88-90.

GSM-R system is crucial for ensuring the trains dispatching and operation safety. A large-scale railway junction station has complicated terrain and many lines constructed in different phases. So the GSM-R system for this kind of junction stations should be planed. The paper discusses the GSM-R network planning from the three aspects such as bearer services over the GSM-R system, BSC accessing plan, as well as the radio signals coverage, capacity and interference counteraction of the GSM-R network, and it also gives a simulated analysis of the key area in the junction stations through electric map and software combining with the actual conditions of Guiyang and Chengdu junction stations. It concludes that a well planned GSM-R system for the large-scale railway junction station can reduce the impact of following network construction on the existing network and ensure resources saving and train operation safety.

GSM-R network planning; same frequency interference; GSM-R short number

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.008

2016-04-20）

中國鐵路總公司重大課題研究項目（2014X005-A）