南通樞紐GSM-R覆蓋方案研究

葛偉濤

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308）

1 概述

目前，我國鐵路專用移動通信系統主要采用鐵路數字移動通信系統(GSM-R：GSM for Railways)，其可以提供語音通信、調度通信、列控數據傳輸、調度命令和無線車次號校核信息傳送等業務[1]。隨著滬蘇通鐵路、趙甸聯絡線的開通，加上已經運營的寧啟鐵路、在建的鹽通高鐵/陳橋聯絡線和南通動走線，南通地區逐漸形成了以南通站和南通西站為主要節點的鐵路樞紐。樞紐地區幾條鐵路交錯縱橫，形成了三角區和并線區。上述區域各條線路的設計時速、信號列控等級各不相同，造成鐵路GSM-R通信覆蓋需求也各不相同。中國鐵路GSM-R系統有限頻率資源使得在此類區域的無線小區規劃、頻率分配、切換設置成為難題[2-3]。

因此，鐵路樞紐應“統一規劃、分步實施、持續發展的規劃建設”[4]。對樞紐內各條線路GSM-R網絡進行科學、合理的規劃，并對未來需要建設GSM-R網絡的線路進行站點及頻率規劃預留，統籌考慮各線GSM-R系統的基站設置、小區覆蓋及頻點規劃，避免相互影響、干擾，實現樞紐內GSM-R系統資源共享，提高網絡的質量及其安全可靠性，減少后續網絡建設對既有網絡的影響，避免拆改及重復建設，提高工程投資的利用率[5]。本文介紹南通樞紐內既有鐵路及基站設置情況，其次分析鹽通高鐵正線、陳橋聯絡線及南通動走線覆蓋方案，最后提出南通地區基站頻率規劃方案，為今后類似項目提供工程實例。

2 樞紐內鐵路及既有基站覆蓋情況

南通樞紐內既有鐵路包括寧啟鐵路、滬蘇通鐵路、趙甸聯絡線，其中，寧啟鐵路于2004年4月開通，滬蘇通鐵路、趙甸聯絡線于2020年7月開通。在建鐵路包括鹽通高鐵和陳橋聯絡線。各條線路的線路等級、設計時速及信號列控制式如表1所示。

南通樞紐內寧啟鐵路、滬蘇通鐵路、趙甸聯絡線已開通，滬蘇通鐵路開通時已將寧啟鐵路BPNT03基站關閉，樞紐內寧啟鐵路利用BP-NT02、ZhaoDian、BP-NT04、NanTong基站形成單網覆蓋，滬蘇通鐵路利用BP-NT02、ZhaoDian、NanTongXi、NTX-ZJGB01基站形成單網覆蓋，趙甸聯絡線利用ZhaoDian、NanTongXi基站形成單網覆蓋。既有基站里程、廠家、載頻數量如表2所示，既有基站及線路示意如圖1所示。

3 樞紐內鹽通高鐵覆蓋方案

南通樞紐內鹽通高鐵正線經國道村線路所至南通西站與滬蘇通鐵路接軌，鹽城至國道村線路所設計速度為350 km/h，信號采用CTCS-3列控方式。根據CTCS-3列控技術體制要求，GSM-R網絡必須采用抵抗單點故障的組網模式[6]，因此此段GSM-R采用單網交織和同站址雙網相結合的覆蓋方案；國道村線路所至南通西站設計速度為250 km/h，信號采用CTCS-2列控系統，信號系統CTCS-3切CTCS-2執行應答器位于DK138+116；信號系統CTCS-2切CTCS-3執行應答器位于DK143+282。信號系統CTCS-2向CTCS-3切換時RBC連接應答器位于DK149+388。CTCS-3等級與其他等級列控線路之間轉換區段的無線覆蓋設計應符合CTCS-3等級列控業務需求[7]。其他等級向CTCS-3級轉換區域，GSM-R網絡無線覆蓋范圍應滿足從GSM-R通信電臺開始注冊GSM-R網絡至具備等級轉換條件的時間要求（列車以允許的最高速度運行計算距離），轉換區域的主要操作所需時間為：

表1 南通樞紐各條線路概況Tab.1 Overview of each line of Nantong hub

表2 南通樞紐既有基站表Tab.2 Table of the existing base stations in Nantong hub

圖1 南通樞紐既有基站示意圖Fig.1 Schematic diagram of the existing base stations in Nantong hub

1）GSM-R 網絡注冊 ：40 s；

2）車載與地面RBC間的連接建立：10秒/次，保證2次GSM-R連接建立時間；

3）車載與地面間的數據交換及司機確認：20～25 s。

以上總計80～85 s（如圖2所示），GSM-R網絡應按照該時間要求和其他等級到CTCS-3等級轉換區域的列車運行時速計算無線覆蓋距離[8]。

經計算，按速度 250 km/h 考慮，上述條件考慮最長距離后冗余覆蓋應至DK152+166，位于趙甸基站三岔口。因此鹽通高鐵正線國道村-南通西（不含）按照CTCS-3標準設計，采用冗余覆蓋，覆蓋電平按照95%時間地點概率下，最小可用接收電平不小于-92 dBm 設計。

3.1 樞紐內鹽通高鐵正線覆蓋方案

鹽通高鐵在寧啟K251+360鹽通高鐵一側DK147+120、國道村線路所DK150+048和滬蘇通ZhaoDian既有機房各新設1套2載頻BTS，并將滬蘇通既有BTS調整為1載頻基站，組成同站址雙網，其中鹽通新設2載頻基站為A網，即ZhaoDianA，新設2副天線安裝于鐵塔一層平臺，接入鹽通BSC；滬蘇通既有基站組成B網，即ZhaoDianB，既有2副天線由鐵塔一層平臺調整至二層平臺，接入滬蘇通BSC。樞紐內鹽通高鐵正線利用 DK147+120（RGN-GDCXLS06）、DK150+048（GuoDaoCunXLS）、ZhaoDianA、ZhaoDianB、滬蘇通NanTongXi基站覆蓋。待鹽通高鐵基站啟用時，關閉寧啟BP-NT02。基站鄰區關系如表3所示，基站示意如圖3所示。

3.2 樞紐內陳橋聯絡線覆蓋方案

鹽通高鐵陳橋聯絡線為國道村線路所至陳橋線路所的聯絡線，設計速度為160 km/h，信號采用CTCS-2列控，GSM-R采用單網覆蓋，覆蓋電平按照95%時間地點概率下，最小可用接收電平不小于-92 dBm設計。陳橋聯絡線利用GuoDaoCunXLS、ZhaoDianA、ZhaoDianB、BP-NT04基站覆蓋。

圖2 等級轉換區域GSM-R網絡覆蓋范圍要求（其他等級-CTCS-3級）Fig.2 Requirements of GSM-R network coverage range in the level transition region (other level-CTCS-3)

3.3 樞紐內南通動走線覆蓋方案

鹽通高鐵新設南通動車所，由南通站至南通動車所設南通動走線。由于南通動走線設計速度為120 km/h，信號采用CTCS-2列控，因此南通動走線GSM-R采用單網覆蓋，覆蓋電平按照95%時間地點概率下，最小可用接收電平不小于-92 dBm設計。為了保證南通動走線覆蓋，在BPNT04基站增加一副指向南通動車所方向的基站，并在南通動車所新設1套2載頻基站和2套射頻拉遠單元（RRU），2套RRU通過短段光纜接入NanTongDCS基站，為動車所檢查庫內室內覆蓋提供信源。南通動走線利用寧啟NanTong、NT-BP04、鹽通NanTongDCS基站覆蓋。基站示意如圖4所示。

表3 樞紐內鹽通高鐵正線覆蓋基站鄰區關系表Tab.3 Relationship table of adjacent areas covered by base stations on the main line of Yantong high-speed railway in the hub

圖3 樞紐內鹽通高鐵正線覆蓋基站示意圖Fig.3 Schematic diagram of base stations covering the main line of Yantong high-speed railway in the hub

3.4 鹽通高鐵引起既有鐵路覆蓋基站調整

鹽通高鐵新增基站后將對南通樞紐內滬蘇通鐵路、趙甸聯絡線、寧啟鐵路覆蓋的基站進行調整，調整前后樞紐內滬蘇通鐵路、趙甸聯絡線、寧啟鐵路覆蓋基站如表4所示。

4 樞紐內頻率規劃方案

圖4 樞紐內南通動走線覆蓋基站示意圖Fig.4 Schematic diagram of base station covering the EMU running track in Nantong hub

由于南通樞紐內基站數量及頻點有所調整，因此需要結合基站鄰區關系、既有基站占用頻點、基站站間距進行頻率規劃。頻率規劃的主要原則是盡量減少對既有基站頻點的調整，存在鄰區關系的小區不能使用相同或相鄰頻點。經過統籌設計，南通樞紐內基站頻率規劃方案如表5所示。

5 總結

南通樞紐GSM-R設計覆蓋不止簡單地關閉既有基站，調整基站頻點。鹽通高鐵聯調聯試前需在寧啟鐵路驗證關閉寧啟基站，利用鹽通高鐵基站覆蓋寧啟鐵路能否滿足寧啟鐵路覆蓋需求。待寧啟鐵路覆蓋場強及業務指標滿足寧啟鐵路需求后，才能關閉寧啟鐵路基站，開啟鹽通高鐵基站，開始鹽通聯調聯試。需要注意的是，寧啟鐵路信號采用CTCS-2列控系統，關閉寧啟鐵路基站，利用鹽通高鐵基站覆蓋寧啟鐵路，還需根據GSM-R編號方案同步修改信號CTC與GSM-R的接口服務器中全球小區識別碼數據庫。另外，由于鹽通高鐵正線采用CTCS-3列控系統，除了對GSM-R系統要求冗余覆蓋外，還需要對使用的既有基站Abis接口和重點區域基站的空口進行監測，用以輔助運營維護單位對CTCS-3線路的管理。因此，交叉并線或樞紐地區的GSM-R設計是一個極其復雜的過程，是設計、施工、聯調聯式的重點及難點。

表4 南通樞紐內既有鐵路覆蓋基站表Tab.4 Table of base stations covering the existing railway in Nantong hub

表5 南通樞紐內頻率規劃表Tab.5 Frequency planning table in Nantong hub