李 竑任啟軍徐德龍馬 君

(1．上海局電務(wù)處，上海 200071；2．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100073)

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鐵路樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究

李 竑1任啟軍1徐德龍1馬 君2

(1．上海局電務(wù)處，上海 200071；2．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100073)

摘要：以上海鐵路局樞紐地區(qū)規(guī)劃為例，探討鐵路樞紐地區(qū)GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中BSC規(guī)劃、站點(diǎn)規(guī)劃及頻率分配等重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。

關(guān)鍵詞：樞紐地區(qū)；GSM-R；規(guī)劃

Abstract:Taking railway junction areas of Shanghai Railway Administration as an example, the paper discusses the solutions to some important and dif fi cult issues such as BSC planning, BTS planning and frequency allocation in GSM-R wireless network planning in railway junction areas.

Keywords:railway junction area; GSM-R; network planning

根據(jù)《中國鐵路總公司關(guān)于調(diào)整鐵路專用無線通信業(yè)務(wù)和頻率有關(guān)工作的通知》（鐵總運(yùn)函［2014］31號(hào)）文件，我國鐵路無線調(diào)度通信系統(tǒng)的無線通信專用頻率（450 MHz）已由工信部收回，需抓緊著手對(duì)目前我國鐵路450 MHz無線調(diào)度通信系統(tǒng)進(jìn)行制式改造?，F(xiàn)在全路在用的列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)制式有2種，即450 MHz無線調(diào)度通信系統(tǒng)（主要用于既有普速鐵路）和鐵路綜合數(shù)字無線通信系統(tǒng)（簡稱GSM-R系統(tǒng)，主要用于客運(yùn)專線和新建鐵路），改造方案是將450 MHz系統(tǒng)全部改造成GSM-R系統(tǒng)。該項(xiàng)改造工程工作量很大，主要的技術(shù)難點(diǎn)是鐵路樞紐地區(qū)、客運(yùn)專線與既有線并線交匯等特殊區(qū)域的GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

鐵路樞紐地區(qū)的地形條件復(fù)雜、線路多樣，是眾多客運(yùn)專線、既有客運(yùn)、貨運(yùn)線及聯(lián)絡(luò)線、繞行線交匯地區(qū)，樞紐地區(qū)日益增長的業(yè)務(wù)需求和緊張的無線頻率資源之間存在矛盾。除此之外，隨著GSM-R線路的建設(shè)，樞紐地區(qū)GSM-R無線站點(diǎn)布置、頻率規(guī)劃方案存在反復(fù)調(diào)整的情況，缺少統(tǒng)籌考慮。因此，有必要對(duì)樞紐地區(qū)GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。

1　概述

1.1規(guī)劃目標(biāo)

1）通過對(duì)樞紐地區(qū)、特殊區(qū)域以及BSC的統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)各線之間無線網(wǎng)絡(luò)的合理銜接，優(yōu)化通信基礎(chǔ)設(shè)施資源配置，減少工程廢棄和相互影響。

2）合理配置特殊區(qū)域GSM-R無線網(wǎng)頻率，消除各線無線網(wǎng)間頻率干擾，實(shí)現(xiàn)GSM-R無線網(wǎng)資源共享，保障GSM-R系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。

3）完善和優(yōu)化上海局核心網(wǎng)系統(tǒng)，建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)清晰、安全可靠的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為高鐵、客專、城際、既有普速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)提供安全可靠的平臺(tái)。

1.2規(guī)劃原則

1）無線網(wǎng)規(guī)劃根據(jù)鐵路路網(wǎng)中長期規(guī)劃、“十二五”鐵路通信網(wǎng)規(guī)劃和鐵路局通信網(wǎng)規(guī)劃，結(jié)合新線建設(shè)和既有線列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)改造，按統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施、持續(xù)完善的原則進(jìn)行。

2）對(duì)BSC設(shè)置地點(diǎn)及接入線路進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，結(jié)合高速、普速鐵路運(yùn)輸組織方式和養(yǎng)護(hù)維修特點(diǎn)，兼顧運(yùn)用和維護(hù)的需要。

3）以既有和在建的GSM-R網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，按照各線均裝備GSM-R系統(tǒng)的要求進(jìn)行規(guī)劃。規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，優(yōu)先保障高等級(jí)線路運(yùn)用，最大限度減少對(duì)既有無線網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)施的調(diào)整。

1.3規(guī)劃指標(biāo)

樞紐地區(qū)GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃涉及工程設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)，滿足《鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》要求。

2　BSC冗余規(guī)劃

BSC（含PCU）的冗余備份需根據(jù)設(shè)備自身特點(diǎn)，基于現(xiàn)網(wǎng)基站設(shè)置情況，從提高系統(tǒng)可靠性及操作難易程度等方面綜合考慮。根據(jù)上海局GSM-R無線網(wǎng)現(xiàn)狀，BSC（含PCU）設(shè)備級(jí)冗余備份有以下兩種方式。

1）BSC熱備份

BSC熱備份方案一如圖1所示，主備兩個(gè)BSC同時(shí)物理連接相同的MSC（MGW）/SGSN 和BTS。正常情況下，主用BSC與MSC/SGSN 和BTS通信，承擔(dān)全部工作；備用BSC與MSC/ SGSN和BTS僅保持物理連接。主備用BSC之間沒有直接的物理連接，兩者之間的心跳消息通過A接口信令鏈路所在2 M的單個(gè)時(shí)隙進(jìn)行透傳，由MSC提供信令轉(zhuǎn)接功能。當(dāng)滿足倒換條件后，備用BSC可以自動(dòng)完成倒換，接替原主用BSC管理BTS和與核心網(wǎng)設(shè)備通信的任務(wù)。

該GSM-R無線子系統(tǒng)冗余方案的特點(diǎn)如下：

*基站環(huán)兩端基站分別接入主備用BSC，可保證在BSC發(fā)生故障時(shí)BTS的無縫倒接。

*BTS需配置4個(gè)2 M端口，硬件均支持分別接入兩個(gè)BSC，無需進(jìn)行硬件改造或升級(jí)，只需增加傳輸鏈路即可。

*網(wǎng)絡(luò)配置簡單，無需對(duì)單網(wǎng)交織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，只需BTS版本支持即可，但須對(duì)基站環(huán)上的全部基站進(jìn)行版本升級(jí)。

2）BSC冷備份

BSC冷備份系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要是通過傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)BSC的N+1冷備份。此方案需通過網(wǎng)管顯示BSC故障，并通過人工干預(yù)的方式進(jìn)行故障檢測及判決。備用BSC日常可下掛測試基站上電運(yùn)行或保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，但定期應(yīng)對(duì)其硬件設(shè)備進(jìn)行健康性檢查，對(duì)其軟件版本和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行人工核查。

此方案需要注意的事項(xiàng)：

確保備用BSC的硬件配置不小于現(xiàn)網(wǎng)BSC的配置；確保備用BSC采用的軟件版本與現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的BSC軟件版本一致；定期對(duì)備用BSC進(jìn)行上電檢查；定期對(duì)備用BSC數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，與現(xiàn)網(wǎng)保持一致。

3　站點(diǎn)規(guī)劃

3.1基站站點(diǎn)規(guī)劃

3.1.1基站規(guī)劃原則

考慮到樞紐內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜，在市中心鐵路沿線可能出現(xiàn)較高的樓宇影響GSM-R無線信號(hào)的傳播，應(yīng)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上再留出余量。結(jié)合樞紐內(nèi)線路交叉、并線具體情況，基站站點(diǎn)規(guī)劃應(yīng)符合以下原則。

1）為滿足GSM-R智能網(wǎng)基于位置尋址通信的要求，優(yōu)先在車站規(guī)劃設(shè)置獨(dú)立的無線小區(qū)。

2）線路平行和交越（交匯）地段，無線網(wǎng)規(guī)劃以高等級(jí)線路的小區(qū)規(guī)劃為基礎(chǔ)，兼顧低等級(jí)線路的運(yùn)用需要；相同等級(jí)的線路，優(yōu)先以承載重要業(yè)務(wù)的線路進(jìn)行無線網(wǎng)規(guī)劃。

3）機(jī)車和動(dòng)車組檢修作業(yè)區(qū)域盡量單獨(dú)設(shè)置基站小區(qū)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要和檢修作業(yè)量規(guī)劃信道容量。

4）對(duì)于有兩條或多條線路交叉區(qū)域，基站盡量設(shè)置在線路交叉點(diǎn)附近，并設(shè)置覆蓋交叉點(diǎn)所有鐵路方向的天線。

5）基站盡量設(shè)置在彎道附近，基站站址不能滿足在彎道處設(shè)置基站，需采取必要的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施，避免在彎道區(qū)域發(fā)生乒乓切換等問題。

6）樞紐內(nèi)盡量少設(shè)直放站，以避免產(chǎn)生網(wǎng)內(nèi)干擾，保障GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠。

7）選址時(shí)細(xì)致分析河流、水位資料，落實(shí)洪區(qū)、蓄洪區(qū)、洪水位、內(nèi)澇水位等基本概念，特別注意要規(guī)避干涸的河道（分洪區(qū)）。

8）關(guān)注站址所在地區(qū)空軍、機(jī)場等對(duì)鐵塔高度的要求，在臨近機(jī)場等航空管制區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)置基站時(shí)，提前考慮凈空和市政規(guī)劃要求，盡可能在滿足G網(wǎng)覆蓋的前提下降低鐵塔高度。

9）在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求的前提下進(jìn)行綜合、集約化選址，盡可能與牽引供電、電力、信號(hào)等專業(yè)設(shè)施同址設(shè)置，盡量使用大型臨時(shí)用地。

10）基站選址盡可能靠近既有道路，方便運(yùn)營維護(hù)。

11）基站設(shè)置優(yōu)先按線覆蓋，綜合考慮不同等級(jí)線路維修天窗、環(huán)評(píng)等因素。

3.1.2杭州樞紐基站規(guī)劃方案

隨著客運(yùn)專線的建設(shè)，杭州樞紐已逐步形成銜接滬昆、宣杭、蕭甬、寧杭、杭黃鐵路以及滬杭、杭甬、杭長客專等8條干線，上海、南京、蕪湖、黃山、金華和寧波6個(gè)方向的大型鐵路樞紐。

杭州樞紐地區(qū)滬寧城際鐵路、寧杭城際鐵路、杭甬客專、杭長客專GSM-R系統(tǒng)均已建，采用單網(wǎng)交織的無線組網(wǎng)方式；杭黃客專、商合杭客專GSM-R系統(tǒng)在建，采用普通單網(wǎng)的無線組網(wǎng)方式。滬昆線、宣杭線、蕭甬線等既有線GSM-R系統(tǒng)待規(guī)劃，均采用普通單網(wǎng)的無線組網(wǎng)方式。

考慮到杭州樞紐內(nèi)杭州東、杭州南、杭州站周邊地區(qū)頻率資源非常緊張，在杭長客專、杭甬客專建設(shè)階段已反復(fù)對(duì)該區(qū)域頻率配置進(jìn)行調(diào)整，因此建議杭州樞紐內(nèi)滬昆線、滬昆繞行線的規(guī)劃基站均采用O1+1站型。

另外，對(duì)于利用已建基站、未單獨(dú)規(guī)劃基站的既有線車站，建議通過短號(hào)碼分配實(shí)現(xiàn)位置尋址等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

3.2 既有線基站容量規(guī)劃

既有線GSM－R業(yè)務(wù)主要考慮個(gè)別呼叫、組呼叫、廣播呼叫、GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，參照鐵路移動(dòng)用戶忙時(shí)話務(wù)量進(jìn)行理論計(jì)算，并綜合考慮既有線GSM-R實(shí)際應(yīng)用情況，得到既有線基站載頻配置需求。

對(duì)于車站基站，經(jīng)計(jì)算，既有線大型車站需要的總信道數(shù)為14個(gè)，一般車站需要的總信道數(shù)為11個(gè)，可配置2載頻。綜合考慮既有線GSM-R實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)已開通京九線上海局管內(nèi)各車站基站24 h話務(wù)量峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示，可以看出單載頻也可滿足業(yè)務(wù)需求。因此，對(duì)于特殊區(qū)段的個(gè)別車站基站，考慮到樞紐地區(qū)頻率資源比較緊張，且為了便于維護(hù)，也可采用1（主）+1（備）載頻基站。

表1　京九線車站基站話務(wù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

對(duì)于區(qū)間基站，經(jīng)計(jì)算，既有線區(qū)間基站需要的總信道數(shù)為7個(gè)，可配置單載頻?？紤]到便于維

護(hù)，且提高設(shè)備可靠性，建議采用1（主）+1（備）載頻基站，或在頻率資源相對(duì)充足區(qū)段，采用2載頻基站。

3.3分布式基站應(yīng)用

除了傳統(tǒng)基站方案，部分既有線及樞紐地區(qū)規(guī)劃時(shí)會(huì)采用分布式基站方案，達(dá)到減少房建等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、緩解頻率資源緊張等目的。分布式基站有共載頻和不共載頻兩種方式，各廠家實(shí)現(xiàn)方式有所不同，在頻率資源分配時(shí)也有所區(qū)別。因此，應(yīng)針對(duì)不同樞紐GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀，合理地選擇分布式基站。

4　小結(jié)

通過對(duì)樞紐地區(qū)GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究，可結(jié)合局內(nèi)新線建設(shè)和鐵路局通信網(wǎng)規(guī)劃，統(tǒng)籌各線GSM-R無線網(wǎng)建設(shè)需要，制定局內(nèi)鐵路樞紐地區(qū)及特殊地區(qū)的GSM-R無線網(wǎng)規(guī)劃，為局內(nèi)相關(guān)線路GSM-R無線網(wǎng)的設(shè)計(jì)及實(shí)施提供條件，減少后續(xù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)既有網(wǎng)絡(luò)的影響，實(shí)現(xiàn)各線之間GSM-R無線網(wǎng)的無縫銜接，優(yōu)化通信基礎(chǔ)設(shè)施資源，同時(shí)通過合理配置樞紐地區(qū)的GSM-R無線網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)GSM-R無線網(wǎng)資源共享，保障GSM-R系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]鐵總運(yùn)[2014]252號(hào) 中國鐵路總公司關(guān)于做好特殊區(qū)域GSM-R無線網(wǎng)規(guī)劃工作的意見[S].

[2]鐵建設(shè)[2007]92號(hào) 中華人民共和國鐵道部《鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

收稿日期：（2015-06-29）

基金項(xiàng)目：上海鐵路局科研項(xiàng)目（2015082）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.004