薛昔朋

0 引言

我國(guó)鐵路系統(tǒng)的快速發(fā)展使得普速鐵路與高速鐵路并行、交叉區(qū)段越來(lái)越多，但鐵路專(zhuān)用全球數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）可用的頻道數(shù)量?jī)H19個(gè)，實(shí)際工程中每個(gè)基站至少配置2個(gè)載頻，當(dāng)不同等級(jí)鐵路并行區(qū)段較長(zhǎng)時(shí)，若每條線分別使用獨(dú)立的GSM-R系統(tǒng)和載頻進(jìn)行無(wú)線覆蓋，在頻率規(guī)劃上難度較大[1]。若低等級(jí)鐵路全部利用高等級(jí)鐵路既有GSM-R系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線覆蓋，在隧道、路塹等較多的復(fù)雜地形區(qū)段可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)[2-3]。隨著國(guó)內(nèi)鐵路GSM-R系統(tǒng)不斷發(fā)展，尤其是高鐵線路的大量建設(shè)，樞紐地區(qū)、交叉并線地區(qū)的GSM-R系統(tǒng)引入難度也越來(lái)越大，因此，樞紐地區(qū)、交叉并線地區(qū)GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃就顯得十分重要[4]。如何很好地解決復(fù)雜地理?xiàng)l件下高速鐵路并行區(qū)段GSM-R系統(tǒng)的無(wú)線覆蓋問(wèn)題，是鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一[5]。

沈白鐵路位于遼寧省東部和吉林省東南部，是一條連接遼寧省沈陽(yáng)市與吉林省延邊朝鮮族自治州安圖縣的高速鐵路，是《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中“八縱八橫”高速鐵路主通道的區(qū)域連接線。沈白鐵路自沈陽(yáng)北站引出，經(jīng)伯官站、撫順北站、東韓家站（越行站）、新賓站、通化西站、白山東站、灣溝北站、松江河站引入敦白客專(zhuān)長(zhǎng)白山站。

沈白鐵路在引入沈陽(yáng)樞紐沈陽(yáng)北站時(shí)與哈大客專(zhuān)交叉并線。為降低沈白鐵路GSM-R基站對(duì)既有哈大客專(zhuān)基站的影響，保證交叉并線區(qū)段兩條線路正常、安全運(yùn)營(yíng)，需對(duì)交叉并線區(qū)段GSM-R覆蓋方案進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)沈白鐵路引入沈陽(yáng)北站時(shí)與哈大客專(zhuān)交叉并線區(qū)段GSM-R覆蓋方案進(jìn)行研究，并提出工程實(shí)施方案，以供類(lèi)似工程參考借鑒。

1 交叉并線區(qū)段情況說(shuō)明

沈白鐵路引入沈陽(yáng)樞紐沈陽(yáng)北站線路走向如圖1所示。

圖1 沈白鐵路引入沈陽(yáng)樞紐沈陽(yáng)北站線路走向

根據(jù)《鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）設(shè)計(jì)規(guī)范》，無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋以最小可用接收電平表示，并符合表1規(guī)定。

表1 無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋以最小可用接收電平

由于沈白鐵路列車(chē)設(shè)計(jì)速度為350 km/h，因此本工程GSM-R場(chǎng)強(qiáng)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按95%的時(shí)間地點(diǎn)概率下機(jī)車(chē)電臺(tái)最小接收電平不小于-92 dBm設(shè)計(jì)。同時(shí)，本工程GSM-R網(wǎng)絡(luò)承載列控類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，其端到端的QoS指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足表2要求。

表2 端到端的QoS指標(biāo)要求

沈陽(yáng)樞紐內(nèi)哈大客專(zhuān)采用單網(wǎng)交織方案覆蓋，在沈陽(yáng)北站、K705+182、K707+346等處按交織覆蓋原則設(shè)置基站。

根據(jù)沈白鐵路信號(hào)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)資料，哈大客專(zhuān)無(wú)線閉塞中心（RBC）與沈白鐵路RBC切換位于DK2+383—DK8+645區(qū)段。另外，沈白鐵路在DK2+060—DK7+108區(qū)段設(shè)有沈東特大橋全封閉聲屏障，由于聲屏障采用圓形、弧頂鋼架式結(jié)構(gòu)，對(duì)GSM-R無(wú)線信號(hào)存在較大的屏蔽作用。根據(jù)路局運(yùn)營(yíng)需求，沈陽(yáng)北站既有站臺(tái)GSM-R網(wǎng)路覆蓋信號(hào)較差，影響機(jī)車(chē)正常運(yùn)行或發(fā)車(chē)。

2 交叉并線區(qū)段GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

基于上述因素及限制條件，在盡可能不影響沈陽(yáng)樞紐內(nèi)基站既有切換關(guān)系，減少對(duì)哈大客專(zhuān)運(yùn)營(yíng)線路影響的原則下，提出以下兩種GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案。

2.1 方案1 數(shù)字直放站方案

本方案利用沈陽(yáng)北站、SYB-LWTXLS01處既有基站，在沈陽(yáng)北站信號(hào)樓通信機(jī)械室增設(shè)1套數(shù)字直放站近端機(jī)（MU）與1套數(shù)字直放站遠(yuǎn)端機(jī)（RU）；在SYB-LWTXLS01基站處增設(shè)1套MU與2套R(shí)U；在沈白客專(zhuān)DK5+095、DK6+610、DK9+460機(jī)房新設(shè)2套R(shí)U，形成異站址雙網(wǎng)。在沈陽(yáng)北站附近沈陽(yáng)北站基站為主用，SYBLWTXLS01基站為備用；在哈大K705+182處以及DK5+095、DK6+610、DK9+460處由SYBLWTXLS01基站主用，沈陽(yáng)北站基站備用。方案1基站示意圖如圖2所示。

圖2 方案1 數(shù)字直放站方案

本方案在SYB-LWTXLS01處基站增加2副天線，均指向沈白鐵路大里程方向，將哈大客專(zhuān)沈陽(yáng)北站、SYB-LWTXLS01基站信號(hào)延伸至沈白線路上；既有天線位置原方向不變；沈陽(yáng)北站、SYBLWTXLS01基站在維持原基站切換關(guān)系的基礎(chǔ)上，增加與沈白鐵路后續(xù)相鄰基站DK12+940、DK16+950分布式基站共小區(qū)的切換關(guān)系。

沈白鐵路DK12+940、DK16+950處分布式基站與沈陽(yáng)北站基站、SYB-LWTXLS01基站存在切換關(guān)系，與SYB-LWTXLS02基站不存在切換關(guān)系。

本方案在DK5+095處設(shè)置2副天線，均指向沈白鐵路小里程方向；在DK6+610處設(shè)置2副天線，均指向沈白鐵路大里程方向；DK9+460處設(shè)置4副天線，其中2副天線指向沈白鐵路小里程，另外2副指向沈白鐵路大里程方向。

哈大客專(zhuān)RBC與沈白鐵路RBC切換位于DK2+383—DK8+645區(qū)段，由于RBC切換過(guò)程中通信基站控制器（BSC）不能發(fā)生切換[6-7]，因此為了避開(kāi)RBC切換范圍，本方案哈大客專(zhuān)BSC與沈白鐵路BSC切換范圍位于DK9+460—DK12+940（DK8+645大里程側(cè)）。

由于DK2+060—DK7+108區(qū)段安裝有沈東特大橋聲屏障，本方案將其視為隧道，在該區(qū)段聲屏障支柱上掛設(shè)鍍鋅鋼絞線承力索，承力索上采用漏泄電纜專(zhuān)用掛件掛設(shè)漏泄電纜的方式覆蓋聲屏障區(qū)段，漏纜接入哈大客專(zhuān)沈陽(yáng)北站、SYBLWTXLS01基站雙網(wǎng)信號(hào)。

為滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)需求，本方案補(bǔ)強(qiáng)沈陽(yáng)北站站臺(tái)GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋，將沈陽(yáng)北站站臺(tái)雨棚覆蓋的既有模擬直放站近端機(jī)、遠(yuǎn)端機(jī)替換為本工程設(shè)置的數(shù)字直放站近端機(jī)、遠(yuǎn)端機(jī)，較少出現(xiàn)模擬與數(shù)字直放站相互干擾的問(wèn)題。

按照上述方案實(shí)施后，列車(chē)行進(jìn)過(guò)程中基站切換方式如下：

（1）哈大客專(zhuān)沈陽(yáng)至哈爾濱方向：列車(chē)自沈陽(yáng)北站出發(fā)，信號(hào)接入依次在沈陽(yáng)北站、SYBLWTXLS01、SYB-LWTXLS02基站切換，駛出沈陽(yáng)樞紐。

（2）哈大客專(zhuān)哈爾濱至沈陽(yáng)方向：列車(chē)自哈爾濱方向駛來(lái)，信號(hào)接入依次在SYB-LWTXLS02、SYB-LWTXLS01、沈陽(yáng)北站基站切換，駛?cè)肷蜿?yáng)樞紐。

（3）沈白鐵路沈陽(yáng)至白河方向：沈陽(yáng)北站列車(chē)出發(fā)前接入沈陽(yáng)北站基站，出發(fā)后，在沈陽(yáng)北站與SYB-LWTXLS01基站之間某個(gè)位置切換至SYB-LWTXLS01基站，隨后進(jìn)入沈東特大橋聲屏障（DK2+060），保持在SYB-LWTXLS01基站直至駛出沈東特大橋聲屏障（DK7+108），列車(chē)越過(guò)信號(hào)RBC切換區(qū)終點(diǎn)（DK8+645）后行駛至DK9+460直放站與DK12+940基站之間的某個(gè)位置切換至DK12+940基站，由哈大BSC切換至沈白BSC，駛出沈陽(yáng)樞紐。

（4）沈白鐵路白河至沈陽(yáng)方向：列車(chē)自DK12+940基站處駛來(lái)，在DK12+940基站切換，行駛至DK9+460直放站與DK12+940基站之間的某個(gè)位置切換至SYB-LWTXLS01基站（DK9+460直放站延伸的信號(hào)），自沈白BSC切換至哈大BSC，隨后越過(guò)RBC切換區(qū)起點(diǎn)（DK8+645），進(jìn)入沈東特大橋聲屏障（DK7+108），保持于SYBLWTXLS01基站。在駛出沈東特大橋聲屏障后（DK2+060）在SYB-LWTXLS01基站與沈陽(yáng)北站之間某個(gè)位置切換至沈陽(yáng)北站基站，進(jìn)入沈陽(yáng)北站。

2.2 方案2 宏基站方案

本方案利用沈陽(yáng)北站、SYB-LWTXLS01處既有基站，在沈白客專(zhuān)DK5+095、DK6+610處分別新設(shè)宏基站（BTS）1套，構(gòu)成異站址雙網(wǎng)（C2+C1），其中DK5+095基站主用，DK6+610基站備用；在DK9+460機(jī)房新設(shè)1套宏基站。方案2基站示意圖如圖3所示。

圖3 方案2 宏基站方案

本方案同樣將DK2+060—DK7+108處沈東特大橋聲屏障視為隧道考慮。在聲屏障區(qū)段聲屏障支柱上掛設(shè)鍍鋅鋼絞線承力索，承力索上采用漏泄電纜專(zhuān)用掛件掛設(shè)漏泄電纜的方式覆蓋聲屏障區(qū)段，漏纜接入沈白客專(zhuān)DK5+095、DK6+610基站雙網(wǎng)信號(hào)。同時(shí)，在聲屏障出入口掛設(shè)天線各1副，聲屏障入口DK2+060天線指向沈白鐵路小里程方向，聲屏障出口DK7+108天線指向沈白鐵路大里程方向。在DK9+460設(shè)置2副天線，分別指向沈白鐵路大小里程方向。

本方案在SYB-LWTXLS01處基站增加1副天線，指向沈白鐵路大里程方向，將哈大客專(zhuān)信號(hào)延伸至沈白鐵路上；既有天線位置原方向不變；SYBLWTXLS01基站在維持原基站切換關(guān)系的基礎(chǔ)上，增加與沈白鐵路DK5+095、DK6+610基站的切換關(guān)系。

由于哈大客專(zhuān)RBC與沈白鐵路RBC切換位于DK2+383—DK8+645，為了避開(kāi)RBC切換范圍，本方案需將哈大客專(zhuān)BSC與沈白鐵路BSC切換點(diǎn)控制在DK2+383小里程側(cè)，保證切換順利。

為滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)需求，需補(bǔ)強(qiáng)沈陽(yáng)北站站臺(tái)覆蓋，本方案將沈陽(yáng)北站新設(shè)模擬直放站近端機(jī)1套，遠(yuǎn)端機(jī)2套。

按照上述方案實(shí)施后，列車(chē)行進(jìn)過(guò)程中切換方式如下：

（1）哈大客專(zhuān)沈陽(yáng)至哈爾濱方向：列車(chē)自沈陽(yáng)北站出發(fā)，信號(hào)接入依次切換至沈陽(yáng)北站、SYBLWTXLS01、SYB-LWTXLS02基站，駛出沈陽(yáng)樞紐。

（2）哈大客專(zhuān)哈爾濱至沈陽(yáng)方向：列車(chē)自哈爾濱方向駛來(lái)，信號(hào)接入依次切換至SYB-LWTXLS02、SYB-LWTXLS01、沈陽(yáng)北站基站，駛?cè)肷蜿?yáng)樞紐。

（3）沈白鐵路沈陽(yáng)至白河方向：沈陽(yáng)北站列車(chē)出發(fā)前信號(hào)接入沈陽(yáng)北站基站，出發(fā)后，在沈陽(yáng)北站與SYB-LWTXLS01基站之間某個(gè)位置切換至SYB-LWTXLS01基站，隨后在進(jìn)入沈東特大橋聲屏障（DK2+060）前切換至DK5+095基站，由哈大BSC切換至沈白BSC，駛出沈陽(yáng)樞紐，并保持駛出沈東特大橋聲屏障（DK7+108），駛出聲屏障后在聲屏障出口與DK9+460基站之間的某個(gè)位置切換至DK9+460基站。

（4）沈白鐵路白河至沈陽(yáng)方向：列車(chē)自DK9+460基站處駛來(lái)，切換至DK9+460基站，行駛至聲屏障出口DK7+108與DK9+460基站之間的某個(gè)位置切換至DK5+095基站，并保持駛出沈東特大橋聲屏障（DK2+060），在聲屏障入口（DK2+060）至SYB-LWTXLS01基站間某個(gè)位置切換至SYB-LWTXLS01基站，由沈白BSC切換至哈大BSC，隨后切換至沈陽(yáng)北站基站后，進(jìn)入沈陽(yáng)北站。

2.3 方案對(duì)比

兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表3所示。

表3 交叉并線區(qū)段GSM-R方案對(duì)比

以上兩種方案均能滿(mǎn)足兩條線路覆蓋需求，但為了減小對(duì)既有鐵路的影響，降低網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)施難度，保證GSM-R覆蓋可靠，參考類(lèi)似項(xiàng)目案例[8]并結(jié)合運(yùn)營(yíng)單位意見(jiàn)，最終按照方案1實(shí)施。

3 GSM-R關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)施方案1時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)整基站發(fā)射機(jī)輸出功率、天線的方位角及俯仰角、天線掛高等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段，并通過(guò)如下關(guān)鍵技術(shù)提高GSM-R無(wú)線覆蓋質(zhì)量，為沈白鐵路列車(chē)正常運(yùn)行提供保障。

3.1 高速越區(qū)切換技術(shù)

為滿(mǎn)足列車(chē)高速行駛過(guò)程中可以安全可靠地完成小區(qū)越區(qū)切換，本方案在相鄰小區(qū)均保證了足夠長(zhǎng)度的重疊覆蓋區(qū)，且重疊覆蓋區(qū)內(nèi)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)高于最小接收信號(hào)電平。一般重疊覆蓋區(qū)域長(zhǎng)度在1 000 m以上即可確保速度350 km/h的列車(chē)實(shí)現(xiàn)可靠的越區(qū)切換。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性技術(shù)

本方案采用冗余技術(shù)，對(duì)基站、直放站等設(shè)備、關(guān)鍵板件熱備份配置，并通過(guò)光纜環(huán)形組網(wǎng)的方式，保證在以下非連續(xù)點(diǎn)故障情況下系統(tǒng)仍然能正常工作：?jiǎn)闻_(tái)基站故障；單臺(tái)數(shù)字光纖直放站故障；數(shù)字光纖直放站單路功放故障；漏纜單點(diǎn)中斷。

3.3 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋技術(shù)

本方案非聲屏障區(qū)段采用定向天線覆蓋，聲屏障區(qū)段采用漏纜覆蓋，且采用一個(gè)基站一個(gè)小區(qū)的組合小區(qū)方案，使方案越區(qū)切換次數(shù)盡可能減少，保證系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著近幾年鐵路的高速建設(shè)，鐵路網(wǎng)密度越來(lái)越大，新建鐵路與既有鐵路交叉并線情況越來(lái)越多，交叉并線區(qū)段或樞紐地區(qū)的GSM-R設(shè)計(jì)越來(lái)越重要，已成為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也成為影響聯(lián)調(diào)聯(lián)試的關(guān)鍵因素之一。本文分析沈白鐵路引入沈陽(yáng)樞紐交叉并線區(qū)段GSM-R無(wú)線覆蓋方案，為今后類(lèi)似場(chǎng)景提供了工程案例。