鄭西高速鐵路GSM-R基站子系統(tǒng)設(shè)計

■ 徐智強

1 超大型車站和特殊地形工程概況

西安北站作為國家高速鐵路網(wǎng)重要的樞紐站之一，站房總面積約33萬m2，其中客運用房約17萬m2，車站東西長1 km（含兩側(cè)雨棚），南北寬550.38 m（含高架行車道），地下1層，地上3層（含高架層）。西安北站以西5 km是西安動車運用所。

渭河特大橋全長79.4 km，在渭南境內(nèi)兩跨渭河行洪區(qū)。渭河行洪區(qū)位于渭南北站以東，呈U形分布。

2 西安北站GSM-R基站子系統(tǒng)設(shè)計方案

西安北站有18個站臺34股道，假如34股道全部有車輛?？?，則需信道數(shù)為34個，所需基站站型為O 6（含余量）。但設(shè)計中不能簡單地設(shè)置一個O 6基站：（1）如果設(shè)O6基站，則無法實現(xiàn)與兩側(cè)其他基站交織冗余。GSM-R只有4 M b/s帶寬，為滿足列控，保證廣播控制信道（BCCH）不受干擾且在交織冗余條件下，可用頻點只有11個。再者，西安北站西側(cè)5 km處的動車所設(shè)置的基站站型為O 3，頻點數(shù)量決定在此設(shè)置O 6基站不可行。（2）無論將O6設(shè)在站房東側(cè)還是西側(cè)，由于站房阻擋及車輛行駛方向不同，不能滿足部分車輛對信道的需求。（3）在車站內(nèi)設(shè)置鐵塔影響車站整體美觀。

經(jīng)過反復(fù)現(xiàn)場勘察，結(jié)合西安北站站房特點，將O 6基站拆分，在西安北站東西咽喉區(qū)各設(shè)1個O3基站，方案優(yōu)點：（1）東西咽喉區(qū)分別設(shè)置的O3基站與動車運用所設(shè)置的一個O 3基站相連續(xù)，東西O 3基站外側(cè)區(qū)間都為O2基站，在現(xiàn)有帶寬條件下完全滿足交織冗余條件。（2）由東西兩個O3基站來滿足車站內(nèi)列控用戶和其他用戶對信道的需求。東咽喉區(qū)O 3負擔東去車輛的信道需求，西咽喉區(qū)O3負擔西去車輛的信道需求，完全不受站房阻擋及車輛行駛方向的影響。（3）將基站及鐵塔設(shè)在車站外的咽喉區(qū)，車站內(nèi)無需設(shè)置鐵塔，不影響站房整體景觀。

西安北站話務(wù)量分別由東西咽喉區(qū)的2個O3分擔，將這種用雙基站小站型代替單基站大站型的設(shè)計稱為減法設(shè)計，此方案完全克服了單基站大站型方案的缺點。

西安北站GSM-R基站子系統(tǒng)設(shè)計中，還需考慮站房及鋼制無柱雨棚下站臺區(qū)信號覆蓋問題。西安北站分南北站房，南北站房在二層連通，二層下方中間為股道，由于站房及鋼制無柱雨棚的阻擋，站臺區(qū)成為弱場強區(qū)。結(jié)合站房特點，采用直放站+天線方式的解決方案：在站臺區(qū)四角分別設(shè)置1臺直放站，每臺直放站帶2副天線，其中一副方向角朝站臺區(qū)中心，以覆蓋站臺區(qū)，另外一副方向角朝站臺外線路，以實現(xiàn)交織冗余（見圖1）。4個遠端機的天線1負責覆蓋站房及雨棚下的弱場強區(qū)，天線2負責覆蓋區(qū)間，以實現(xiàn)交織冗余。近端機與遠端機連接采用主、備方式，連接圖見圖2。其中，M U1主控RU1和RU2，備控RU3和RU4，M U2主控RU3和RU4，備控RU1和RU2，當東西咽喉區(qū)基站收發(fā)信機（BTS）單點故障時，RU由另外一個M U控制，實現(xiàn)交織冗余。

3 渭河行洪區(qū)基站子系統(tǒng)設(shè)計方案

渭河行洪區(qū)防洪壩一處寬度為4.27 km，一處為4.7 km。如果按常規(guī)設(shè)計思路，即基站間距按3 km左右設(shè)計，至少有2處鐵塔設(shè)在行洪區(qū)內(nèi)，不僅成本高昂，更重要的是安全得不到保障。渭河流域洪水頻發(fā)，若在設(shè)計階段不能解決此問題，將會給運營維護甚至行車安全埋下隱患。

在無經(jīng)驗借鑒、我國無類似基站大間距設(shè)計先例的情況下，經(jīng)過對現(xiàn)場反復(fù)踏勘，在滿足交織冗余條件的前提下，采用基站大間距設(shè)計方案（見圖3）。將基站定在行洪區(qū)大壩外側(cè)，兩處基站間距分別為4.67 km，4.92 km，為保證信號覆蓋距離，將這幾處基站的鐵塔高度設(shè)計為55 m，滿足鐵塔高度不超過60 m的規(guī)范要求。后在計算機環(huán)境無任何改變的情況下，進行計算機仿真，效果滿足設(shè)計指標要求。經(jīng)過動態(tài)測試和設(shè)備運行情況驗證，信號覆蓋完全滿足各項技術(shù)指標要求。該設(shè)計方案不僅節(jié)約投資，而且方便后期維護，更重要的是消除了安全隱患。

4 結(jié)束語

（1）目前GSM-R系統(tǒng)的4 M b/s帶寬在一些大型樞紐設(shè)計中已顯得捉襟見肘，西安北站的設(shè)計中所有頻點已全部使用，在以后的設(shè)計中，頻率資源的缺乏將很快凸顯。

（2）基站子系統(tǒng)在滿足冗余的前提下應(yīng)盡可能拉大基站間距，由于區(qū)間都是O2站型，信道資源比較豐富，較大的站間距可有效提高信道利用率。更重要的是可減少頻率切換，提高系統(tǒng)可靠性，同時節(jié)省工程投資。

（3）西安北站和渭河行洪區(qū)GSM-R設(shè)計方案經(jīng)過仿真模擬、靜態(tài)測試、動態(tài)測試及良好的運行情況驗證，證明設(shè)計方案合理、可行。

圖1 西安北站直放站設(shè)備布置示意圖

圖2 西安北站GSM-R系統(tǒng)圖（截圖）

圖3 渭河行洪區(qū)GSM-R系統(tǒng)圖（截圖）

西安北站和兩跨渭河行洪區(qū)的設(shè)計方案嚴格遵循GSM-R設(shè)計程序，密切結(jié)合現(xiàn)場實際，打破常規(guī)設(shè)計思路，富有創(chuàng)新性，為今后特殊條件、特殊地形的設(shè)計提供了可借鑒的設(shè)計方案和工程經(jīng)驗。