長(zhǎng)昆客?？缥鋸V客專GSM-R改造方案分析

趙 旭 景 巖 馮敬然

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251）

1 概述

長(zhǎng)昆客專為在建鐵路，是我國(guó)四縱四橫滬昆客專的重要組成部分，其東起湖南省長(zhǎng)沙市，西至云南省昆明市，全長(zhǎng)近1 100 km。長(zhǎng)昆客專自長(zhǎng)沙南站與武廣客專線間距小于500 m并線，至武廣客專沙子嶺隧道小里程口處上跨武廣客專后分線，并線區(qū)段線路長(zhǎng)約4.9 km，地形為丘陵，線路最小垂直間距20 m，最大340 m，線路走向如圖1所示。圖2為通過鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司開發(fā)的鐵路3D模擬仿真平臺(tái)，仿真得到的長(zhǎng)昆客專上跨武廣客專模擬圖。

2 客專并線段既有無線情況

武廣客專在與長(zhǎng)昆并線段有3座隧道：王公祠隧道、包家塘隧道、沙子嶺隧道，采用GSM-R交織冗余網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。沙子嶺隧道小里程口外設(shè)置武廣1604號(hào)基站。站內(nèi)含2載頻基站，光纖直放站近端機(jī)，光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)等設(shè)備。沙子嶺隧道兩端光纖直放站主用信號(hào)源為1604號(hào)基站，備用信號(hào)源為相鄰1605號(hào)基站。

1604號(hào)基站鐵塔為2層平臺(tái)30 m鐵塔，第一層平臺(tái)掛設(shè)1604號(hào)基站天線，主要覆蓋1603號(hào)基站及其小里程方向；第二層平臺(tái)掛設(shè)基站同址遠(yuǎn)端機(jī)天線。在1604號(hào)基站故障情況下， 1605號(hào)基站信號(hào)利用該處遠(yuǎn)端機(jī)天線與1603號(hào)基站形成交疊區(qū)，作為故障后切換區(qū)。并線區(qū)段設(shè)備連接關(guān)系如圖3所示，圖中實(shí)線表示主用連接，虛線表示備用連接。

3 客專并線段GSM-R改造方案

長(zhǎng)昆客專與武廣客專并線4.9 km，最大垂直線間距340 m，經(jīng)過實(shí)地勘察，在并線段長(zhǎng)昆客專新設(shè)基站覆蓋，易導(dǎo)致武廣客專移動(dòng)臺(tái)接入長(zhǎng)昆客?；拘盘?hào)，移動(dòng)臺(tái)誤切換及掉話，并線段使用武廣客專既有基站信號(hào)覆蓋為最佳方案。由此進(jìn)行如下無線系統(tǒng)改造。

1）設(shè)備改造部分

長(zhǎng)昆袁家沖隧道與武廣王公祠隧道位置平行，在袁家沖隧道大小里程口放置光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)，遠(yuǎn)端機(jī)采用與武廣客專同型設(shè)備，具有主從2路信號(hào)輸入，主用信號(hào)為武廣1603號(hào)基站，從用信號(hào)為武廣1602號(hào)基站。這與袁家沖隧道平行的武廣王公祠隧道邏輯關(guān)系一致，并接入武廣光纖直放站系統(tǒng)。袁家沖隧道與王公祠隧道垂直間距為15 m，隧道小里程口利用王公祠隧道口鐵塔、天線覆蓋。長(zhǎng)昆客專在出袁家沖隧道大里程口后，有約4 000 m半徑的線路曲線，故在袁家沖隧道大里程口設(shè)置15 m鐵塔，補(bǔ)強(qiáng)覆蓋長(zhǎng)昆客專出袁家沖隧道大里程口后的弧度曲線部分。

武廣客專為GSM-R交織覆蓋線路。當(dāng)武廣1604號(hào)基站故障，其覆蓋區(qū)域會(huì)被1603、1605號(hào)基站信號(hào)覆蓋。而長(zhǎng)昆上跨武廣客專后，長(zhǎng)昆線與武廣線位分向，若武廣1604號(hào)基站故障，則長(zhǎng)昆客專上跨點(diǎn)至相鄰長(zhǎng)昆基站間無有效覆蓋。故在武廣1604號(hào)基站同址新設(shè)長(zhǎng)昆1載頻基站，并新設(shè)50 m鐵塔（三層平臺(tái)）代替既有30 m鐵塔。新設(shè)長(zhǎng)昆1載頻基站接入武廣客專長(zhǎng)沙南站既有基站控制器（BSC）。通信物理連接上，為避免由于光纜中斷導(dǎo)致的基站故障，設(shè)置長(zhǎng)昆1載頻基站光纜與武廣1604號(hào)基站光纜不同徑路；通信邏輯連接上，為避免傳輸系統(tǒng)故障導(dǎo)致基站失效，利用長(zhǎng)昆客專新設(shè)傳輸系統(tǒng)，在長(zhǎng)沙南站與武廣既有傳輸設(shè)備連通，接入與武廣1604號(hào)基站不同奇偶性的基站環(huán)中。

新設(shè)長(zhǎng)昆1載頻基站后，上跨點(diǎn)處覆蓋模式由單網(wǎng)交織改為同站址雙網(wǎng)覆蓋。若隧道內(nèi)直放站主備用信號(hào)仍然是1604、1605號(hào)基站，則1604號(hào)基站故障后，長(zhǎng)昆1載頻基站在隧道內(nèi)無信號(hào)，即1載頻基站與1605號(hào)基站無切換區(qū)，接入1604信號(hào)的列車進(jìn)入隧道后會(huì)掉話，故需將沙子嶺隧道內(nèi)光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)改為同站址雙網(wǎng)連接模式。結(jié)合圖3武廣既有GSM-R連接關(guān)系，沙子嶺隧道光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)主用信號(hào)保持不變（為武廣1604號(hào)基站信號(hào)），備用信號(hào)改為長(zhǎng)昆新設(shè)1載頻基站，同時(shí)，在武廣長(zhǎng)沙南BSC中添加長(zhǎng)昆1載頻基站與武廣1605號(hào)基站的切換關(guān)系；沙子嶺隧道大里程口直放站遠(yuǎn)端機(jī)設(shè)備、連線及鐵塔等既有情況不做更改。改造后，沙子嶺隧道大里程口為武廣1604號(hào)基站、長(zhǎng)昆1載頻基站與1605號(hào)基站切換區(qū)。

2）鐵塔改造部分

長(zhǎng)昆、武廣客專上跨點(diǎn)基站為同站址雙網(wǎng)模式，負(fù)責(zé)上述2條客專的覆蓋，主用基站為武廣1604號(hào)基站，從用為長(zhǎng)昆1載頻基站。為保證主用信號(hào)覆蓋效果，在新設(shè)50 m鐵塔第1層平臺(tái)放置武廣1604號(hào)基站3副天線，分別指向武廣客專小里程方向，長(zhǎng)昆客專大、小里程方向；第2層平臺(tái)設(shè)置長(zhǎng)昆1載頻基站3副天線，與主用1604號(hào)基站天線同指向；同站址覆蓋模式下，光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)主備與基站主備信號(hào)相同，直放站天線與基站天線信號(hào)相同，故取消該處直放站天線。

3）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部分

武廣1604號(hào)基站與長(zhǎng)昆1載頻基站覆蓋范圍相同，移動(dòng)臺(tái)優(yōu)先接入信號(hào)強(qiáng)度高的基站。為優(yōu)先使用1604號(hào)基站信號(hào)，調(diào)低長(zhǎng)昆基站的輸出功率為1604號(hào)基站輸出功率-6 dBm；在長(zhǎng)沙南武廣既有BSC處，調(diào)高長(zhǎng)昆基站“切換門限”參數(shù)“HandOver_Margin”為1604號(hào)基站+6 dBm。上述參數(shù)保證移動(dòng)臺(tái)優(yōu)先使用1604號(hào)基站信號(hào)。改造后長(zhǎng)昆跨武廣無線通信系統(tǒng)如圖4所示。

4 改造方案適應(yīng)性分析

4.1 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋部分

根據(jù)改造方案，由Aircom軟件仿真分析場(chǎng)強(qiáng)覆蓋，如圖5所示，可以得出并線區(qū)段利用武廣客?；緷M足兩客專覆蓋場(chǎng)強(qiáng)要求。

圖5中場(chǎng)強(qiáng)仿真，沿線路方向中心區(qū)域第一層，場(chǎng)強(qiáng)值≥-70 dBm；線路外區(qū)域第二層，場(chǎng)強(qiáng)值≥-80 dBm；線路外區(qū)域第三層，場(chǎng)強(qiáng)值為-90 dBm。圖中wuguang為武廣客專1603號(hào)基站，wuguang_fork為長(zhǎng)昆客專上跨武廣客專位置的武廣1604號(hào)基站，SITE1為武廣1604號(hào)基站相鄰的長(zhǎng)昆基站。由圖5可以看出，用武廣基站覆蓋長(zhǎng)昆客專并線區(qū)段滿足250 km/h客專無線通信場(chǎng)強(qiáng)要求（95%時(shí)間地點(diǎn)概率下，-95 dBm）。

4.2 切換邏輯部分

圖6表示了移動(dòng)臺(tái)走行與基站設(shè)備關(guān)系，細(xì)黑線表示長(zhǎng)昆客專示意線位，粗黑線表示武廣客專示意線位，黑色三角代表武廣基站，斜線圓形填充表示長(zhǎng)昆基站，黑色箭頭表示天線覆蓋方向。

1）武廣1604號(hào)基站正常

上跨點(diǎn)主用基站信號(hào)為武廣1604號(hào)基站，同址長(zhǎng)昆1載頻基站信號(hào)比1604號(hào)基站低6 dBm，移動(dòng)臺(tái)優(yōu)先接入1604號(hào)基站。切換情況如下。

a．武廣客專移動(dòng)臺(tái)A→B→C走行，移動(dòng)臺(tái)由1602號(hào)基站在王公祠隧道與包家塘隧道間切換為1603號(hào)基站信號(hào)，繼續(xù)切換至1604號(hào)基站；沙子嶺隧道內(nèi)為1604號(hào)基站主用信號(hào)，故沙子嶺隧道內(nèi)移動(dòng)臺(tái)仍在使用1604號(hào)基站信號(hào)；移動(dòng)臺(tái)駛出沙子嶺隧道，在大里程口遠(yuǎn)端機(jī)天線與1605號(hào)基站天線構(gòu)成切換區(qū)，切換至1605號(hào)基站信號(hào)內(nèi)。

b．長(zhǎng)昆客專移動(dòng)臺(tái)A→B→D走行，移動(dòng)臺(tái)由1602號(hào)基站在袁家沖隧道與包家塘隧道間切換為1603號(hào)基站信號(hào)，繼續(xù)切換至1604號(hào)基站。因長(zhǎng)昆SITE1基站與武廣1605號(hào)基站間相隔較遠(yuǎn)，彼此信號(hào)無交越，故經(jīng)過上跨點(diǎn)后移動(dòng)臺(tái)可唯一切換至長(zhǎng)昆SITE1基站。

c．反之，武廣移動(dòng)臺(tái)C→B→A走行，長(zhǎng)昆客專移動(dòng)臺(tái)D→B→A走行，順序?yàn)閍．b．反向唯一切換。

2）武廣1604號(hào)基站故障

上跨點(diǎn)處使用長(zhǎng)昆1載頻基站信號(hào)，BSC中已經(jīng)設(shè)置1603、1605號(hào)基站與長(zhǎng)昆1載頻的切換關(guān)系，故移動(dòng)臺(tái)切換情況如下。

a．武廣客專移動(dòng)臺(tái)A→B→C走行，移動(dòng)臺(tái)正常切換到1603基站，繼續(xù)切換到長(zhǎng)昆1載頻基站；1604號(hào)基站故障，沙子嶺隧道內(nèi)為長(zhǎng)昆1載頻基站信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)隧道內(nèi)仍連接長(zhǎng)昆1載頻基站；移動(dòng)臺(tái)駛出隧道，在大里程口切換到1605號(hào)基站。

b．長(zhǎng)昆客專移動(dòng)臺(tái)A→B→D走行，移動(dòng)臺(tái)同上情況切換至長(zhǎng)昆1載頻基站。長(zhǎng)昆1載頻基站與長(zhǎng)昆SITE1站存在切換區(qū)及切換關(guān)系，且SITE1與1605號(hào)基站信號(hào)無交越，移動(dòng)臺(tái)可唯一切換到長(zhǎng)昆SITE1。

c．移動(dòng)臺(tái)反向走行，則切換關(guān)系相反且唯一。

5 結(jié)束語

綜上所述，250 km/h客運(yùn)專線上跨350 km/h高速鐵路GSM-R方案，主要目的是防止移動(dòng)臺(tái)接入錯(cuò)誤的基站信號(hào)導(dǎo)致既有線路掉話，可將高速鐵路在線路交叉點(diǎn)處基站由單網(wǎng)交織改為同站址雙網(wǎng)覆蓋模式，并相應(yīng)更改相關(guān)隧道補(bǔ)強(qiáng)設(shè)備連接關(guān)系及優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

[1] 鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．中國(guó)鐵路GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[S]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2008．

[2] 鐘章隊(duì)，李旭，蔣文怡，等．鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2007．

[3] 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．鐵建設(shè)【2007】92號(hào) 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]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2007．