尼日利亞Lagos-Ibadan（拉伊）鐵路GSM-R系統設計方案

梁保康

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福建 福州 350013）

1 工程概述

尼日利亞新建鐵路Lagos（拉各斯）至Ibadan（伊巴丹）段位于尼日利亞西南部，線路南端起始于尼日利亞最大的港口城市Lagos（拉各斯），向東北方向經Abeokuta（阿貝奧庫塔）延伸至Ibadan（伊巴丹）。線路縱貫尼日利亞西南部3 個政治地位顯著、經濟發展活躍的地區。

拉伊鐵路項目主要為Lagos-Ibadan 沿線城鎮的客運及貨運流通提供重要的運輸通道，該線以客為主、兼顧貨運，是一條內陸港運輸線，同時兼顧Lagos 城區段的城市通勤功能。正線工程線路全長156.08 km，為雙線內燃鐵路，新設9個車站。Apapa（阿帕帕）港口支線工程長約6.513 km，單線內燃鐵路由港灣站、港口站（一站兩場）構成。該項目的建設對促進沿線地區的資源開發及工業化與城市化進程，加強沿線各州間的密切聯系，促進區域經濟協調發展具有重大意義。

2 業務功能

按照拉伊鐵路運輸組織對信息傳輸的要求，GSM-R 系統在鐵路沿線提供無盲區的無線網絡覆蓋，系統能夠提供組呼叫、廣播呼叫、多優先級強占及強拆業務，以及功能尋址、基于位置的尋址、緊急呼叫、呼叫接入矩陣等功能，具體業務包括以下7 個方面。1）調度通信，包括列車調度、電力調度、貨運調度等。2）調度命令（含調度命令、行車憑證、列車接車進路預告信息等）、無線車次號校核信息傳輸[1，3]。3）為鐵路沿線的工務、電務、供電、機輛等維護人員提供語音通信功能。4）滿足事故搶修、搶險救援等應急移動通信的需求。5）滿足鐵路道口守護人員的通信需求。6）客運站管理人員的無線通信需求。7）其他各類公務移動電話。

3 系統設計方案

3.1 系統構成

根據尼日利亞現代化鐵路的規劃和該線所處的位置，該線GSM-R 系統由交換子系統（SSS）、移動智能網子系統（IN）、運行和業務支撐子系統、基站子系統（BSS）以及各類GSM-R 手持終端組成。網絡結構圖如圖1 所示。

3.1.1 交換子系統（SSS）

該工程在Lagos 調度中心新設移動交換子系統，系統包括移動交換中心（MSC）、訪問位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、確認中心（AC，負責存儲、記錄鐵路緊急呼叫確認信息）、組呼寄存器（GCR）、互聯功能模塊（IWF）等。

3.1.2 移動智能網子系統（IN）

基本業務是實現功能號注冊、注銷與管理業務以及功能尋址、位置尋址等鐵路特殊業務功能。移動智能網子系統，包括業務控制點SCP、SSP。

3.1.3 運行和業務支撐子系統

圖1 GSM-R 系統網絡結構圖

在Lagos 調度中心新設運行和業務支撐子系統設備，主要包括交換網絡管理子系統OMC-S（負責該線HLR、MSC、AUC（鑒權中心）和VLR 等核心網設備網元級管理）、智能網網絡管理子系統OMC-I（負責為該線智能網子系統提供管理與維護功能）、無線網管服務器OMC-R（負責該線所有基站子系統設備的網元級管理）。

3.1.4 基站子系統（BSS）

Lagos 調度中心新設基站控制器BSC 和碼速率變換器TRAU。在沿線車站設置03 基站，區間設置02 基站，每個基站通過傳輸系統ADM 設備提供的2M 環形通道接入BSC。每3 ～5 個基站構成一個2M 環，并保證每個環內的載頻數不大于11。

拉伊鐵路GSM-R 系統采用單網線性覆蓋方式，全線無線場強覆蓋標準按95%的時間和地點概率，安裝于機車上的電臺最小接收電平不小于-98 dBm 進行設計。

3.1.5 GSM-R系統手持終端

根據各專業移動人員作業模式及通話要求，為車站、站場、沿線區間及其他鐵路作業區的各工種地面工作人員配置作業手持臺（OPH），為鐵路公務人員、與鐵路業務相關的人員配置通用手持臺（GPH），為警察配置通用手持臺（GPH）。SIM 卡管理中心設置在Lagos 調度中心。

3.2 無線覆蓋

GSM-R 系統無線覆蓋的設計，主要是對鐵路沿線的無線網絡覆蓋程度、服務質量進行預測，為GSM-R 系統無線網絡的實施提供理論上的依據[2，4]。

3.2.1 覆蓋距離

根據Okumura-Hata 模型的路徑損耗計算公式，結合該線較為平坦的地形地勢，天線鐵塔的高度按照車站35 m、區間30 m 進行設計，基站間距平均約為6 km。為了得到最優的網絡基站設置方案，工程施工時，可以通過調整基站間距、選用大功率基站、設置高增益雙極化天線、適當增加天線鐵塔高度等手段，最大限度地控制網絡切換、小區重選等因素，提升系統服務質量。

3.2.2 弱場解決方案

由于該線所處地段較為平整開闊，且線路彎道較少，區間基站的合理設置能夠滿足全線的無線覆蓋，不存在弱場區段。

3.2.3 系統覆蓋設計指標

鐵路沿線無線場強的覆蓋，以最小可用接收電平表示，并應符合表1 的規定。

表1 無線場強接收電平表

因該線GSM-R 系統不傳輸列控數據，因而機車頂部天線按最小可用接收電平-98 dBm 進行設計[5]。

3.2.4 系統服務質量

話音業務（電路域）和非列控類數據業務的服務質量，應滿足表2 的規定。

表2 系統服務質量表

4 模擬仿真

運用模擬仿真軟件，在拉伊鐵路電子地圖的基礎上導入預測選定的基站位置、類型、頻率分配、天線高度等數據，建立基站及天線數據庫，選定傳播模型，生成全線基站及頻率規劃圖。模擬仿真結果顯示，該工程設計方案的覆蓋模型符合規范規定的接收電平要求，為工程實施提供了理論依據。

5 結語

鐵路GSM-R 移動通信系統有其自身的獨立性和可靠性要求，作為鐵路無線通信系統的先進技術，應用GSM-R 有助于推進鐵路通信信號的一體化建設，提高鐵路通信質量。隨著尼日利亞現代化鐵路的發展和各類通信功能需求的增加，該線GSM-R 系統的綜合應用功能將得到進一步提升和完善。