張 健，朱嘯豪，王偉力

（1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司，上海 200071；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

1 概述

截至2022 年6 月，國(guó)內(nèi)鐵路營(yíng)業(yè)里程已超過(guò)15 萬(wàn) km，其中高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)4 萬(wàn) km。隨著無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)為GSM-R 系統(tǒng)的鐵路工程不斷增加，GSM-R 覆蓋的路網(wǎng)密度不斷加大，涉及到復(fù)雜線(xiàn)路區(qū)段也越來(lái)越多，GSM-R 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)方案已成為設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。目前GSM-R 系統(tǒng)承載著高速鐵路CTCS-3 列車(chē)運(yùn)行控制業(yè)務(wù)[1]，對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性有著極高的要求。

在不影響既有高速、普速鐵路正常運(yùn)營(yíng)的情況下，必須確保新建高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試測(cè)試無(wú)線(xiàn)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量符合CTCS-3 區(qū)段安全運(yùn)行要求[2]。本文以近期開(kāi)通的高速鐵路典型復(fù)雜線(xiàn)路區(qū)段為例，針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的難點(diǎn)和聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中遇到的多徑干擾、電平不一致、無(wú)線(xiàn)干擾引起質(zhì)差等問(wèn)題，提出設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。

2 典型區(qū)段說(shuō)明與解決方法

2.1 湖杭與寧杭、宣杭交叉并線(xiàn)區(qū)段

湖杭高鐵自設(shè)計(jì)起點(diǎn)湖州站開(kāi)始與寧杭高鐵并線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)50 km，經(jīng)過(guò)德清站后，兩線(xiàn)最遠(yuǎn)距離僅為678 m，在范家漾線(xiàn)路所兩線(xiàn)分開(kāi)。如圖1 所示，在與寧杭分開(kāi)約6 km 后，湖杭高鐵與宣杭鐵路交叉，該區(qū)域近期還規(guī)劃有擬建滬乍杭鐵路、杭州北聯(lián)絡(luò)線(xiàn)、北東聯(lián)絡(luò)線(xiàn)工程經(jīng)過(guò)。該區(qū)域地勢(shì)平坦，電磁波傳播環(huán)境良好，多線(xiàn)交叉，高速鐵路與普速鐵路交錯(cuò)，因此GSM-R 方案設(shè)計(jì)難度極大。

為避免多條線(xiàn)路乒乓切換[3]，簡(jiǎn)化此交叉并線(xiàn)區(qū)段基站切換關(guān)系，采用BBU+RRU 設(shè)備構(gòu)成異站址冗余分布式基站，將該區(qū)段歸屬于一個(gè)范圍較大的基站小區(qū)，同時(shí)利用分布式基站較大的功率，提供良好的信號(hào)覆蓋。無(wú)論哪個(gè)方向、哪條線(xiàn)路的車(chē)經(jīng)過(guò)此地段，都將如圖1 所示大小區(qū)作為切換小區(qū)。寧杭高鐵的列車(chē)行駛切換順序?yàn)镈Q-HZD04、大小區(qū)、DQ-HZD06；湖杭高鐵的列車(chē)行駛切換順序?yàn)镈Q-HZD04、大小區(qū)、湖杭基站(DQ-HZX02)?；诖朔桨福瑢删€(xiàn)交叉點(diǎn)既有寧杭(DQ-HZD05)基站替換為兩套R(shí)RU，兩套R(shí)RU 分別朝寧杭大里程、寧杭小里程、湖杭大里程3 方向覆蓋。大小區(qū)內(nèi)的所有基站設(shè)備接入湖杭高鐵在杭州南新設(shè)的BSC 設(shè)備。大小區(qū)與寧杭既有基站（DQ-HZD06）之間跨BSC 切換。分布式基站（DQ-HZX02_RU2）至分布式基站（DQ-HZX02_RU3）與既有宣杭鐵路十字交叉，既有宣杭鐵路為單網(wǎng)方式組網(wǎng)，宣杭鐵路切換方式為DQX-XGT04 切換至大小區(qū)至XingGongTang 車(chē)站。湖杭高鐵K367+626至K383+320 與既有宣杭鐵路并線(xiàn)，此區(qū)段宣杭鐵路為450 MHz 無(wú)線(xiàn)列調(diào)，因此不影響湖杭GSM-R無(wú)線(xiàn)覆蓋。

圖1 湖杭與寧杭、宣杭交叉并線(xiàn)區(qū)段示意Fig.1 Schematic diagram of cross parallel sections of Huzhou-Hangzhou, Nanjing-Hangzhou and Xuancheng-Hangzhou high speed railways

在上述方案實(shí)施之后，進(jìn)行了湖杭高鐵半數(shù)站序列測(cè)試，部分測(cè)試結(jié)果如圖2 所示。GouZhuangSuoA 至GZX-HZX02 切換前后下行電平和通信質(zhì)量正常，但查看接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，存在7 級(jí) 上 行 通 信 質(zhì) 量[4]，GouZhuangSuoA 為位置組大小區(qū)，共有4 個(gè)位置組，在該位置應(yīng)由GouZhuangSuo_RU4A 覆蓋，上行質(zhì)差推測(cè)為由于網(wǎng)內(nèi)問(wèn)題導(dǎo)致。

圖2 湖杭高鐵半數(shù)站序列測(cè)試部分結(jié)果示意Fig.2 Schematic diagram of sequence test results of half stations of Huzhou-Hangzhou high speed railway

為解決GouZhuangSuo_RU4A 覆蓋區(qū)域7級(jí)質(zhì)差問(wèn)題，將GouZhuangSuo_RU4A 功率由20 W 降低為5 W，同時(shí)將GouZhuangSuoA至GZX-HZX02 的PBGT 門(mén) 限 由67 dB 調(diào) 整 為65 dB，PBGT 統(tǒng)計(jì)時(shí)間由3 s 調(diào)整為2 s，PBGT持續(xù)時(shí)間由2 s 調(diào)整為1 s，將GZS-HZX02 至GouZhuangSuoA 的PBGT 門(mén)限由76 dB 調(diào)整為70 dB。

完成上述操作后，上/下行通信質(zhì)量都得到了明顯改善，優(yōu)化后的結(jié)果如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化后湖杭高鐵半數(shù)站序列測(cè)試部分結(jié)果示意Fig.3 Schematic diagram of partial sequence test results of half stations of the optimized Huzhou-Hangzhou high speed railway

2.2 湖杭與杭溫、杭昌交叉并線(xiàn)區(qū)段

如圖4 所示，湖杭高鐵與杭溫高鐵并線(xiàn)經(jīng)過(guò)桐廬東站，距桐廬東站約2 km 處兩線(xiàn)分開(kāi)，湖杭高鐵開(kāi)始與杭昌高鐵并線(xiàn)運(yùn)行，三線(xiàn)交叉點(diǎn)位于距桐廬東站3.5 km 處，湖杭高鐵、杭昌高鐵在距交叉點(diǎn)1.5 km 開(kāi)始進(jìn)入平行隧道區(qū)段。該區(qū)域在三線(xiàn)交叉區(qū)域，地勢(shì)較為平坦，但湖杭高鐵、杭昌高鐵立即進(jìn)入隧道區(qū)段，同時(shí)杭昌高鐵是既有高速鐵路，客運(yùn)繁忙，湖杭高鐵的建設(shè)不能對(duì)杭昌高鐵日常運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響，因此該區(qū)段無(wú)線(xiàn)設(shè)計(jì)難度較大。

圖4 湖杭與杭溫、杭昌交叉并線(xiàn)區(qū)段示意Fig.4 Schematic diagram of cross parallel sections of Huzhou-Hangzhou, Hangzhou-Wenzhou and Hangzhou-Nanchang high speed railways

湖杭高鐵建設(shè)時(shí)，將杭昌基站FY-TL07（杭昌K76+485）移至湖杭、杭溫、杭昌的交叉點(diǎn)處，并同址新增雙基站（雙基站型號(hào)與杭昌基站FY-TL07一致），用于解決單點(diǎn)故障時(shí)無(wú)線(xiàn)覆蓋問(wèn)題。湖杭高鐵平行于杭昌高鐵的隧道利用杭昌高鐵既有基站增加光纖直放站方式，結(jié)合漏泄同軸電纜和天線(xiàn)覆蓋。此交叉點(diǎn)處新增的雙基站分別新設(shè)4 副天線(xiàn)分別往杭溫高鐵、杭昌高鐵大小里程覆蓋。

湖杭高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，綜合檢測(cè)車(chē)測(cè)試桐廬東站至桐廬站聯(lián)絡(luò)線(xiàn)發(fā)現(xiàn)FY-TL07A 基站的桐廬和桐廬東方向，存在電平不一致情況[5]，F(xiàn)Y-TL07A基站主用設(shè)備比備用設(shè)備低15 dB 左右?？赡艽嬖诘膯?wèn)題包括基站主、備設(shè)備發(fā)射功率不一致，功分器問(wèn)題，7/8 饋線(xiàn)以及跳線(xiàn)問(wèn)題，天線(xiàn)問(wèn)題，連接方式錯(cuò)誤，存在鴛鴦線(xiàn)等。湖杭高鐵針對(duì)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行逐一排查。

FY-TL07A 天饋正確連接方式如圖5 所示，通過(guò)測(cè)試桐廬東方向天饋線(xiàn)駐波，發(fā)現(xiàn)存在駐波問(wèn)題，在更換軟跳線(xiàn)后，駐波問(wèn)題得到解決。通過(guò)對(duì)基站功率、駐波、鴛鴦線(xiàn)排查、以及天饋線(xiàn)倒換逐一配合覆蓋測(cè)試，最終將問(wèn)題定位在7/8 饋線(xiàn)接口。

圖5 FY-TL07A天饋正確連接方式Fig.5 Correct connection mode of the FY-TL07A antenna feeder

在7/8 饋線(xiàn)主、備對(duì)調(diào)之后，電平不一致現(xiàn)象發(fā)生了倒換，同時(shí)主備電平差值也縮小，因此判斷為原主7/8 饋線(xiàn)接頭與原接口匹配不良，更換為備用后情況好轉(zhuǎn)。

2.3 張吉懷連續(xù)隧道區(qū)段

有著“最美鐵路”之稱(chēng)的張吉懷高鐵一路翻山越嶺，隧道123 座，其中5 km 以上隧道6 座，是一條隧道占比高達(dá)71%的山區(qū)鐵路，對(duì)于GSM-R覆蓋，難點(diǎn)主要體現(xiàn)在連續(xù)隧道的惡劣自然環(huán)境和山體磁場(chǎng)對(duì)電磁波傳播的影響。張吉懷工程全線(xiàn)除FuRongZhen 外，其他基站均下掛直放站。

某廠(chǎng)家基站為多通道熱備機(jī)制[6]，多路信號(hào)通過(guò)內(nèi)部時(shí)鐘同步后進(jìn)行合路輸出。張吉懷高鐵采用該基站信號(hào)作為信源，通過(guò)耦合器接入直放站近端機(jī)，直放站近端機(jī)經(jīng)過(guò)時(shí)延處理后，在遠(yuǎn)端機(jī)上同步發(fā)射。在此過(guò)程中GZX-JSD06 基站的2 路相同信號(hào)通過(guò)2 個(gè)耦合器后，由于耦合器性能不同導(dǎo)致輸出信號(hào)相位有差異，合路后信號(hào)出現(xiàn)功率波動(dòng)，引起直放站近端機(jī)接收到的信號(hào)存在跳變現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端機(jī)放大后導(dǎo)致空間信號(hào)大幅度跳變。通過(guò)基站時(shí)延調(diào)整，匹配了合路后的信號(hào)相位，直放站近端機(jī)信號(hào)可接收到穩(wěn)定輸入。

在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，如圖6 所示，GZX-JSD06 小區(qū)K128+838 到K128+752 處存在連續(xù)下行4 級(jí)質(zhì)差，K127+874 到K127+745 處存在連續(xù)下行4/5級(jí)質(zhì)差。

圖6 張吉懷高鐵GZX-JSD06小區(qū)測(cè)試記錄Fig.6 Test records of GZX-JSD06 cell of Zhangjiajie-Jishou-Huaihua high speed railway

通過(guò)修改基站GZX-JSD06 多通道時(shí)延參數(shù)，由（0、0、0、0）調(diào)整為（0、2、0、2），上/下行通話(huà)質(zhì)量得到明顯改善。

3 總結(jié)與建議

本文通過(guò)對(duì)近期開(kāi)通高鐵的幾處典型交叉并線(xiàn)和連續(xù)隧道案例進(jìn)行詳細(xì)分析，針對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的難點(diǎn)提出解決方案，同時(shí)針對(duì)工程測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。隨著國(guó)內(nèi)鐵路路網(wǎng)的建設(shè)，將會(huì)有越來(lái)越多的新建線(xiàn)路與既有線(xiàn)交叉并線(xiàn)、線(xiàn)路自然環(huán)境復(fù)雜、翻山跨海等場(chǎng)景，這已經(jīng)成為不可避免的工程難點(diǎn)。對(duì)于類(lèi)似上述區(qū)域，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)提高方案可用性及可靠性，在測(cè)試階段應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、設(shè)備特點(diǎn)、施工工藝等方面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。