樊 華 上海鐵路局上海通信段

寧安新建GSM-R基站接入京滬高樞紐區(qū)段方法探討

樊 華 上海鐵路局上海通信段

當(dāng)前，我國(guó)CTCS-2、CTCS-3等級(jí)鐵路已全部使用GSM-R無(wú)線信號(hào)進(jìn)行列車(chē)自動(dòng)控制，而在鐵路樞紐地區(qū)以及線路相鄰區(qū)域，多個(gè)GSM-R系統(tǒng)基站同時(shí)工作時(shí)較易形成同頻干擾，從而引發(fā)行車(chē)降級(jí)或故障，因此新建鐵路接入既有樞紐部分需在施工時(shí)研究接入方式，科學(xué)論證，統(tǒng)籌規(guī)劃，以減少新建鐵路對(duì)既有線路高鐵行車(chē)影響，借此論證寧安新建基站接入樞紐區(qū)段方式。

GSM-R；直放站；同頻干擾

1 引言

GSM-R是專(zhuān)門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專(zhuān)用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，支持鐵路特有的列車(chē)調(diào)度語(yǔ)音業(yè)務(wù)、語(yǔ)音組呼、功能尋址、功能號(hào)表示。支持列控信息傳送,支持列車(chē)與地面控制設(shè)備間雙向數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，使列車(chē)運(yùn)行安全性大大提高。支持列車(chē)移動(dòng)閉塞方式，使列車(chē)追蹤間隔減少，提高運(yùn)輸效率效率。典型的GSM-R網(wǎng)絡(luò)是在沿路軌方向安裝定向天線，以形成沿軌的橢圓形小區(qū)。

2 寧安與京滬高GSM-R基站相鄰區(qū)段介紹

新建南京至安慶城際鐵路全長(zhǎng)257.522km，是長(zhǎng)三角客運(yùn)網(wǎng)的延伸線，地處江蘇省、安徽省境內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h。無(wú)線組網(wǎng)方案為普通單網(wǎng)覆蓋，承載CTCS-2級(jí)列控?cái)?shù)據(jù)。線路引入南京南站與京滬、滬漢蓉高速鐵路并行段通信GSM-R系統(tǒng)按單網(wǎng)交織覆蓋建成，并行區(qū)段長(zhǎng)度約8 km。

目前，南京南樞紐區(qū)段已有3條高鐵線路接入,該地區(qū)GSM-R系統(tǒng)頻率資源緊張，新增寧安鐵路基站接入會(huì)產(chǎn)生同頻干擾或小區(qū)重疊等問(wèn)題。為滿(mǎn)足基于GSM-R無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)車(chē)-地信息雙向傳輸?shù)囊?，減少寧安線基站接入對(duì)既有高鐵線路行車(chē)的影響，避免因基站頻率干擾引發(fā)行車(chē)降級(jí)或故障，需對(duì)基站接入方式進(jìn)行改進(jìn)，研究出一套科學(xué)合理的優(yōu)化解決方案。

3 寧安與京滬高GSM-R基站相鄰區(qū)段方案探討

根據(jù)寧安鐵路設(shè)計(jì)文件，在寧安正線DK8+500王府山隧道入口設(shè)置1處基站，基站鐵塔高40 m，安裝1副定向天線指向南京方向，安慶方向隧道內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋問(wèn)題利用直放站加漏纜解決（見(jiàn)圖1）。

圖1 寧安與京滬高GSM-R基站相鄰區(qū)段示意圖

因?qū)幇残略O(shè)基站與既有京滬基站直線距離500 m，京滬基站采取交織覆蓋方式，基站間距離為3 km，而寧安基站采取單網(wǎng)覆蓋，基站間距離為5 km，基站過(guò)于密集會(huì)產(chǎn)生同頻干擾而影響京滬基站間無(wú)線信號(hào)的接收，同時(shí)由于各小區(qū)重疊區(qū)大小不易劃分，會(huì)造成弱場(chǎng)或是越區(qū)切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，通信質(zhì)量得不到保證。針對(duì)該問(wèn)題形成以下幾種解決方式：

①可采用新設(shè)基站降低天線高度，調(diào)整傾角和基站發(fā)射功率來(lái)降低干擾；

②可將新設(shè)基站改成直放站遠(yuǎn)端機(jī)接入最近的1處京滬既有基站，利用京滬線既有基站天線解決該區(qū)段場(chǎng)強(qiáng)覆蓋問(wèn)題；

③可利用寧安鐵路下一個(gè)基站加直放站近端機(jī)來(lái)解決場(chǎng)強(qiáng)覆蓋問(wèn)題。

對(duì)以上三種方案進(jìn)一步展開(kāi)形成以下具體解決方案：

方案Ⅰ：降低天線高度和基站發(fā)射功率

該方案是在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在施工時(shí)將原天線架設(shè)高度40 m下降至30 m，天線安裝方向指向南京方向，基站內(nèi)其余設(shè)備、隧道漏纜及直放站設(shè)備保持不變。后期調(diào)試開(kāi)通過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整天線傾角并降低基站發(fā)射功率，以減少對(duì)京滬線既有基站的頻率干擾（見(jiàn)圖2）。

圖2 方案Ⅰ設(shè)備連接示意圖

方案Ⅱ：基站改成直放并接入既有京滬高鐵基站

該方案是將原DK8+500基站改成直放站遠(yuǎn)端機(jī)，敷設(shè)1 條12芯光纜至既有京滬高鐵基站，在京滬高鐵基站內(nèi)增設(shè)直放站近端機(jī)1套，利用耦合器連接至京滬CJ-NJN17基站BTS設(shè)備，同時(shí)原鐵塔高度由設(shè)計(jì)40 m改成30 m，隧道內(nèi)設(shè)備保持不變（見(jiàn)圖3）。

圖3 方案Ⅱ設(shè)備連接示意圖

方案Ⅲ：基站改成直放并接入寧安相鄰基站

該方案是將原DK8+500基站改成直放站遠(yuǎn)端機(jī)，敷設(shè)1 條12芯光纜至寧安相鄰基站（DK13+470），在該基站內(nèi)增設(shè)直放站近端機(jī)1套，利用耦合器連接至該基站BTS設(shè)備，隧道內(nèi)設(shè)備保持不變（見(jiàn)圖4）。

圖4 方案Ⅲ設(shè)備連接示意圖

方案對(duì)比分析和確定。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多次踏勘調(diào)查后，本著以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)、維護(hù)為根本，同時(shí)借鑒既有樞紐GSM-R接入施工經(jīng)驗(yàn)，從方案實(shí)效性，施工難易程度、施工成本、后期維護(hù)等方面對(duì)以上三種方案進(jìn)行分析對(duì)比，具體見(jiàn)表1。

表1 施工方案對(duì)比表

（1）技術(shù)、施工角度分析

方案Ⅰ雖然施工簡(jiǎn)單、易操作，但從開(kāi)通調(diào)試角度考慮，后期調(diào)試開(kāi)通難度大，很有可能影響京滬C3列車(chē)運(yùn)行，安全系數(shù)較低、風(fēng)險(xiǎn)較大。從技術(shù)角度分析，該方案重點(diǎn)在于降低天線高度，調(diào)整天線傾角來(lái)減小干擾，具體見(jiàn)表2。

表2 天線掛高、傾角場(chǎng)強(qiáng)覆蓋距離分析表

從表2可看出，天線下傾角保持不變時(shí)，天線掛高40 m，覆蓋距離2.3 km，天線掛高30 m，覆蓋距離減少0.6 km；天線掛高不變時(shí)，天線下傾角增大1倍，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋距離平均增加約50 m，變化微弱。而寧安新設(shè)基站與既有京滬高基站間直線距離0.5 km，若采用此方案，因直線距離較短，基站天線高度及下傾角調(diào)整效果不甚明顯，且兩線間基站之間場(chǎng)強(qiáng)覆蓋會(huì)出現(xiàn)80%的重疊區(qū)，存在明顯干擾，應(yīng)予以舍棄。

方案Ⅲ是從寧安鐵路下一個(gè)基站下掛直放站遠(yuǎn)端機(jī)至隧道口，兩者相距5 km，而光纖+直放站的結(jié)構(gòu)在同一小區(qū)覆蓋控制不好易形成同頻干擾區(qū)域，實(shí)際是多徑干擾，輕則造成通信質(zhì)量下降，重則造成切換失敗，甚至掉話，數(shù)據(jù)丟失。該站點(diǎn)選用直放站后同時(shí)也增加了該小區(qū)覆蓋范圍，因?yàn)閷幇茶F路的小里程和京滬高的大里程多為并線區(qū)段，可能對(duì)交織覆蓋的3 km京滬高其他小區(qū)帶來(lái)同頻干擾。

方案Ⅱ是將該處基站改直放站接入既有京滬基站，它的優(yōu)勢(shì)在于：寧安王府山隧道口DK8+500直放站的天饋線是從既有京滬基站BTS設(shè)備上提取信號(hào)源，它與京滬基站不存在頻率干擾問(wèn)題，從根本上解決區(qū)間與既有京滬高鐵基站之間的同頻干擾問(wèn)題，最大限度減少因頻率干擾影響京滬CTCS-3列控行車(chē)數(shù)據(jù)傳送。但因近端機(jī)通過(guò)加設(shè)耦合器提取信號(hào)源，標(biāo)稱(chēng)為6 dB的耦合器，輸出信號(hào)一般產(chǎn)生5.5 dB～6.5 dB衰耗，由此帶來(lái)基站間覆蓋或是鄰區(qū)關(guān)系需要通過(guò)檢測(cè)進(jìn)一步驗(yàn)證。另從施工角度考慮，此方案涉及既有設(shè)備安全，纜線布放及設(shè)備安裝施工需在天窗點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，安全風(fēng)險(xiǎn)較多，施工難度較大，要求施工單位具有較高的安全意識(shí)，較完善的施工組織能力和較強(qiáng)的施工技能。

（2）經(jīng)濟(jì)效益分析

針對(duì)以上三種方案，分別從設(shè)備、輔料成本；施工人工費(fèi)、儀表機(jī)具費(fèi)、營(yíng)業(yè)線施工配合費(fèi)等方面做了對(duì)比，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 施工方案成本分析表

從表3可以看出，方案Ⅱ施工成本最低，比方案Ⅰ節(jié)省成本約44萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)效益最高。

通過(guò)以上三種方案的系統(tǒng)分析，重點(diǎn)是技術(shù)分析比對(duì)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，兼顧經(jīng)濟(jì)效益等因素，形成以下結(jié)論：寧安鐵路南京南樞紐GSM-R系統(tǒng)基站接入施工方案宜采用方案Ⅱ：寧安新建GSM-R基站改成直放站方式并接入既有京滬高鐵基站。

4 施工后各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)證

2015年7月寧安鐵路DK8+500基站改直放站接入既有京滬基站后，檢測(cè)人員對(duì)以上兩條線路分別進(jìn)行測(cè)試，具體如下：

（1）采用“同頻干擾檢測(cè)算法”對(duì)寧安線區(qū)段進(jìn)行同頻干擾測(cè)試，具體如下：

①在寧安正線上讓模擬檢測(cè)車(chē)（施工梯車(chē)代替）勻速通過(guò)該區(qū)段，用測(cè)試儀上的時(shí)間窗口代替距離窗口進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，在0.5 km內(nèi)利用儀表抽樣；

②根據(jù)儀表抽樣結(jié)果，換算解出基站識(shí)別碼BSIC，并判斷是否相同。

③測(cè)試結(jié)果表明在測(cè)試的0.5 km內(nèi)，BSIC數(shù)據(jù)均相同，不存在同頻干擾，以下是檢測(cè)示意圖(見(jiàn)圖5)：

圖5 檢測(cè)示意圖

（2）對(duì)京滬高區(qū)段CZ-NJN17基站電平值變化情況進(jìn)行測(cè)試，具體如下：

①利用京滬線動(dòng)檢車(chē)的開(kāi)行，使用測(cè)試終端、TEMS、GPS測(cè)試CZ-NJN17基站電平值變化情況。

②直放站開(kāi)通前測(cè)試結(jié)果如下圖6（陰影部分為CZNJN17基站電平）:

圖6 直放站開(kāi)通前測(cè)試結(jié)果

直放站開(kāi)通后測(cè)試結(jié)果如下圖7（陰影部分為CZ-NJN17基站電平）：

圖7 直放站開(kāi)通后測(cè)試結(jié)果

③對(duì)比直放站開(kāi)通前后CZN-NJN17基站電平變化，加裝直放站后測(cè)試電平值（RxLev）下降2dbm～4dbm,對(duì)CZ-NJN17基站對(duì)相鄰基站的切換、電平覆蓋、CSD鏈路指標(biāo)無(wú)影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著十二五期間鐵路建設(shè)的加大加快，尤其是高速鐵路及客運(yùn)專(zhuān)線的陸續(xù)開(kāi)通，鐵路樞紐車(chē)站接入的高鐵線路愈來(lái)愈多，不同的列控方式及地理環(huán)境均對(duì)GSM-R通信提出更高要求，即使可以通過(guò)如分布式基站方式新技術(shù)不斷的更新解決，但也存在不同廠家不同型號(hào)設(shè)備兼容的限制。通過(guò)優(yōu)化接入方案而改進(jìn)GSM-R運(yùn)用效果不失為一種實(shí)用性較大的方式。本文的闡述希望對(duì)全路其他鐵路線有所啟發(fā)。

責(zé)任編輯：許耀元 竇國(guó)棟

來(lái)稿日期：2015-12-01