鐵路十字交叉區(qū)域GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究

趙留俊 周建美

新建鐵路無線通信系統(tǒng)一般為GSM－R系統(tǒng)，只有4MHz頻段，19個頻點，而一般每個小區(qū)均設(shè)計為2個頻點，導(dǎo)致鐵路并線、交匯和交叉的區(qū)域無線覆蓋和頻率規(guī)劃極為困難。這些特殊區(qū)域的GSM－R網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案成為鐵路無線通信設(shè)計的難點，也是需要重點關(guān)注的問題。

對于二條線完全并行的區(qū)域，在線路交叉位置，移動終端無法自動選擇需要接入的基站，只能共用GSM－R網(wǎng)絡(luò)。GSM－R系統(tǒng)最常用的天線為65°定向天線，根據(jù)電子地圖仿真和實際測試經(jīng)驗，在開闊區(qū)域，垂直鐵路單側(cè)1km范圍內(nèi)，GSMR無線信號在－80dBm以上。已開通的京滬高鐵與滬寧高鐵的完全并線區(qū)域，和津秦高鐵與大秦線完全并線區(qū)域，均共用GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)。

對于三角形和 “T”形匯合的特殊區(qū)域，根據(jù)無線通信業(yè)務(wù)的需求及特殊區(qū)域的線路長度，一般在線路匯合點設(shè)置基站，或使用分布式基站將整個區(qū)域做成一個小區(qū)處理，對于有CTCS－3列控需求的高鐵線路，基站或分布式基站應(yīng)冗余設(shè)置。

對于二條鐵路十字交叉的情況，存在2種解決方案：①在交叉點設(shè)置基站，二條線共用基站；②二條線均不在交叉點設(shè)置基站，不共用基站。這2個方案各有優(yōu)缺點，且在已開通的工程中均有應(yīng)用。目前，業(yè)界對鐵路十字交叉區(qū)域GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案仍存在爭議。本文結(jié)合工程實例就以上2種方案進行研究和探討。

1 已開通工程案例

1.1 共用基站案例

1.津保鐵路與京滬高鐵。這二條線十字交叉的位置前后各1.5km設(shè)有基站，十字交叉位置附近有京滬天津西聯(lián)絡(luò)線及新建的京津聯(lián)絡(luò)線。由于京滬高鐵、京滬天津西聯(lián)絡(luò)線及京津聯(lián)絡(luò)線均為CTCS－3級列控線路，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)做冗余覆蓋，因此在京滬高鐵基站布點設(shè)計時，應(yīng)該在十字交叉位置設(shè)置2套基站，滿足各線冗余覆蓋需求，同時也滿足津保鐵路無線覆蓋需求。

2.京滬高鐵與滬寧城際。這二條線均為單網(wǎng)交織覆蓋方式，在十字交叉點附近設(shè)置2套基站（O2＋O1），形成同站址雙基站冗余覆蓋。

3.瓦日線與京九線。這二條線十字交叉，在交叉區(qū)域均有聯(lián)絡(luò)線，為保證聯(lián)絡(luò)線短號碼和組呼業(yè)務(wù)正常運用，二線在交叉點處設(shè)置共用基站。

1.2 不共用基站案例

1.津秦高鐵與遷曹鐵路。這二條線均為單網(wǎng)交織覆蓋，一條為高速鐵路，另一條為重載鐵路。二條線屬于不同的鐵路局，且無聯(lián)絡(luò)線。二條線基站廠家不同，雖然津秦高鐵在二條線十字交叉位置新設(shè)了基站，但不共用基站。

2.瓦日線與大西高鐵。大西高鐵為客運專線，瓦日線為重載非列控貨運線路。二條線在既有南同蒲線新堡站附近十字交叉，但無上下線關(guān)系。二條線路GSM－R系統(tǒng)均為單網(wǎng)覆蓋方式，但二條線均不在交叉點設(shè)置基站，使用各自設(shè)置的基站覆蓋各自線路，二條線GSM－R網(wǎng)絡(luò)不做切換關(guān)系。

3.瓦日線與京廣高鐵。瓦日線下鉆京廣高鐵，二條線十字交叉。瓦日線施工時京廣高鐵已開通，為不影響京廣高鐵運行，二線不共用基站。

4.瓦日線與京滬高鐵。瓦日線下鉆京滬高鐵，二條線十字交叉，不共用基站。其交叉區(qū)段，瓦日線設(shè)有U型防護槽，瓦日線使用漏纜覆蓋，不影響京滬高鐵。

2 正在設(shè)計的工程案例

2.1 共用基站案例

1.哈牡客專與既有濱綏鐵路。哈牡客專設(shè)計時速250km/h，承載CTCS－3級列控，GSM－R系統(tǒng)單網(wǎng)交織覆蓋；既有濱綏鐵路電化工程為單網(wǎng)覆蓋，2條線無上下線關(guān)系，電化工程先實施。二條線共有7處十字交叉的區(qū)域。擬實施方案為在十字交叉位置設(shè)置基站，客專和電化工程均設(shè)置基站，由于電化工程先實施，基站按照客專標準建設(shè)，客專工程實施后關(guān)停電化工程基站設(shè)備。

2.長白線與通讓線。二條線在大安北附近十字交叉，有上下線關(guān)系，且均為單網(wǎng)覆蓋，長白線在十字交叉口設(shè)置共用基站。

3.京通線與通遼樞紐聯(lián)絡(luò)線。在通遼樞紐附近，京通線、通大線、通霍線及多條聯(lián)絡(luò)線形成十字交叉，多條線之間存在上下線關(guān)系，且各條線均為單網(wǎng)覆蓋，在十字交叉口設(shè)置共用基站。

4.蒙華通道與太中銀鐵路。這二條線十字交叉，蒙華通道新設(shè)聯(lián)絡(luò)線連接太中銀鐵路。太中銀鐵路基站為華為設(shè)備，十字交叉區(qū)域使用分布式基站覆蓋。將太中銀一處基站改為BBU＋RRU，蒙華通道距交叉點最近的2個基站均為RRU。

5.濟青高鐵平陵城聯(lián)絡(luò)線與膠濟邯濟聯(lián)絡(luò)線。這二條線十字交叉區(qū)域距既有膠濟客專 （已開通GSM－R網(wǎng)絡(luò)）和膠濟貨線較近，二條線均為單網(wǎng)覆蓋，為便于頻率規(guī)劃，二條線在十字交叉口設(shè)置共用基站。

2.2 不共用基站案例

1.長白線與哈大客專。這二條線在長春樞紐小城子站附近十字交叉，無上下線關(guān)系，為避免影響既有哈大客專，二條線不共用基站。

2.京沈客專與大鄭線。京沈客專設(shè)計為CTCS－3級列控，GSM－R系統(tǒng)為單網(wǎng)交織覆蓋；通大鐵路電化工程為單網(wǎng)覆蓋，二條線無上下線關(guān)系，電化工程先實施。二條線在幺荒站附近十字交叉，為避免相互影響，二線不共用基站。

3.蒙華通道與大西高鐵。這二條線均為單網(wǎng)，無上下線關(guān)系，交叉點附近無大西客專既有基站，二線不共用基站。

4.蒙華通道與鄭西高鐵。蒙華為單網(wǎng)，鄭西高鐵為單網(wǎng)交織，無上下線關(guān)系，交叉點附近無鄭西客專既有基站，二線不共用基站。

以上工程實例匯總?cè)绫?所示。

3 關(guān)鍵問題分析

在已開通和正在設(shè)計的工程中，二條鐵路十字交叉區(qū)域均有共用和不共用基站的案例。目前，業(yè)界對不共用基站存在爭議的是終端在交叉點區(qū)域起呼或掉電的情況下是否會選錯網(wǎng)絡(luò)，這成為在十字交叉區(qū)域是否設(shè)置共用基站的關(guān)鍵問題。

根據(jù)3GPP協(xié)議，OMC－R給每個小區(qū)都定義了BCCH分配列表 （BA表）。BA表分為IDLE和ACTIVE 2個類型，BA IDLE列表 （BCCH空閑列表）用于終端在空閑模式下的小區(qū)選擇和重選；BA ACTIVE列表 （BCCH激活列表）用于終端在專用模式 （通話狀態(tài)）下測量相鄰小區(qū)頻點，在小區(qū)切換時起作用。

GSM－R系統(tǒng)BA表一般有6個BCCH頻點。當(dāng)終端開機時，若存儲了上次關(guān)機時的BCCH載波消息，它將首先搜索已存儲的BCCH頻點，若無法駐留在該小區(qū)，則檢查該小區(qū)的BA表，搜索并接入BA表中合適的BCCH頻點，若仍未找到合適的選取，則搜索所有的BCCH頻點，接入到電平最大的允許接入的頻點上。

表1 工程實例匯總表

因此，二條線十字交叉區(qū)域不共用基站時，開機的終端會一直駐留在自己所在線路的小區(qū)，不會錯選到其他線路小區(qū)；在交叉點發(fā)起短號碼呼叫或組呼業(yè)務(wù)，也會叫到本線的調(diào)度員、車站值班員及終端用戶；若在交叉點位置掉電，再開機時也會選擇本線小區(qū)。

根據(jù)現(xiàn)有GSM－R網(wǎng)絡(luò)編號規(guī)則，若十字交叉的二條線使用不同的BSC，則二條線的位置區(qū)不同。A、B二條線十字交叉區(qū)域共用基站時，交叉點的基站若接入A線BSC，B線終端在空閑模式下，隨著位置的變化，在經(jīng)過十字交叉點時，將有2次位置更新過程，需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)MSC和VLR參與完成；B線終端在專用模式下，隨著位置的變化，在經(jīng)過十字交叉點時，將有2次跨BSC切換過程，需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)MSC參與完成。

4 優(yōu)缺點比較

對于二條鐵路存在上下線關(guān)系的十字交叉區(qū)域，可以確定基本都需要共用基站；對于二條鐵路無上下線關(guān)系的十字交叉區(qū)域，共用基站方案和不共用基站方案的優(yōu)缺點如表2所示。

表2 共用基站方案和不共用基站方案的比較

5 總結(jié)

1.若十字交叉的二條線存在上下線的關(guān)系，共用基站，可根據(jù)2個工程實際情況選擇分布式基站方案或在交叉點設(shè)置基站方案。

2.若十字交叉的二條線不存在上下線關(guān)系，共用基站和不共用基站方案均能滿足無線通信業(yè)務(wù)需求?？紤]到頻率規(guī)劃難度、二條線路的覆蓋標準、工程實施進度和后期維護等方面的因素，建議二條線垂直交叉時，不共用基站；小角度斜交叉及交叉后二線間距仍不超過1km時，在交叉點設(shè)置共用基站。

隨著鐵路大規(guī)模建設(shè)和既有線GSM－R工程的實施，鐵路十字交叉的情況越來越復(fù)雜，在二條線十字交叉的附近也會存在其他線路甚至是已經(jīng)開通GSM－R網(wǎng)絡(luò)的線路，對于存在較多線路的十字交叉區(qū)域，需要根據(jù)既有基站位置統(tǒng)籌規(guī)劃，本著滿足覆蓋和業(yè)務(wù)的需求，高鐵優(yōu)先和最大限度利用既有設(shè)施的原則制定無線覆蓋方案。

［1］ 鐘章隊，李旭，蔣文怡.鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM－R）［M］.中國鐵道出版社，2007.

［2］ 韓斌杰.GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004

［3］ 趙留俊.鐵路交匯區(qū)域GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案研究［J］.高速鐵路技術(shù)，2014（10）：42－46.

［4］ 趙留俊.鐵路并線區(qū)域GSM－R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與關(guān)鍵問題分析［D］.北京：北京交通大學(xué)，2011.