鐵路樞紐地區(qū)GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造的探討與研究

丁　杰　上海鐵路局上海通信段

隨著我國高速鐵路建設(shè)和既有鐵路電氣化改造的不斷推進(jìn)，GSM-R系統(tǒng)已經(jīng)成為無線通信的標(biāo)準(zhǔn)配置，由于受到頻率資源、既有無線通信制式、調(diào)度臺(tái)設(shè)置等因素限制，鐵路樞紐地區(qū)的GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還存在諸多的問題和難點(diǎn)，通過對(duì)中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥鐵路樞紐地區(qū)合蕪線接入引起的GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造的探討和研究，研究了樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造過程中可能產(chǎn)生的問題和一些基本的解決思路。

1　GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改造背景

現(xiàn)在我國鐵路在用的列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)有兩種制式：450MHz無線調(diào)度通信系統(tǒng)（目前主要用于既有普速鐵路上的普通客車和貨運(yùn)列車）和鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡稱GSM-R系統(tǒng)，主要用于新建的客運(yùn)專線和新批復(fù)改造的鐵路）。根據(jù)《中國鐵路總公司關(guān)于調(diào)整鐵路專用無線通信業(yè)務(wù)和頻率有關(guān)工作的通知》（鐵總運(yùn)函〔2014〕31號(hào)）文件，我國鐵路目前使用的無線調(diào)度通信系統(tǒng)的無線通信專用頻率（450MHz）已由工信部收回，因此需對(duì)鐵路目前正在使用的無線調(diào)度通信系統(tǒng)進(jìn)行全面的改造升級(jí)，改造的方案是將450MHz無線調(diào)度通信系統(tǒng)全部改造成GSM-R系統(tǒng)。

2　合肥樞紐地區(qū)現(xiàn)狀

隨著合肥樞紐地區(qū)客運(yùn)專線的規(guī)劃建設(shè)，合肥鐵路樞紐逐步形成“連六線、銜七城”的大格局，從而確立了在全國鐵路網(wǎng)中的樞紐地位。合肥樞紐地區(qū)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從2007年合寧線建設(shè)開始，后續(xù)在合武、合蚌、南環(huán)、寧西、合福等線路的建設(shè)時(shí)，都對(duì)合肥樞紐地區(qū)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化改造，合肥鐵路樞紐的特點(diǎn)是鐵路線路交錯(cuò)、行車組織多樣、網(wǎng)絡(luò)情況復(fù)雜。

2.1　線路及車站基本情況

合肥樞紐地區(qū)主要匯聚了以下線路，高速鐵路主要有合福高鐵、合蚌客專、合寧客專、合武客專；普速鐵路主要有寧西線、淮南線（水合）、淮南線（合蕪）、合九線。樞紐地區(qū)內(nèi)主要有南環(huán)線、桃東線、合蕪繞行線、淮南繞行線、合肥新客線、蚌福聯(lián)絡(luò)線、淮南直通線。主要車站有合肥南站、合肥站、合肥北城站、肥東站、長安集站等12個(gè)車站。合肥樞紐線路示意圖如圖1所示。

圖1　合肥樞紐線路示意圖

2.2　既有調(diào)度區(qū)段情況

合肥樞紐地區(qū)涉及四個(gè)調(diào)度區(qū)段，分別為合肥樞紐臺(tái)、寧武臺(tái)、淮南臺(tái)、寧西臺(tái)。樞紐地區(qū)各車站根據(jù)調(diào)度臺(tái)管轄范圍，分別設(shè)置車站調(diào)度值班臺(tái)，各站有線調(diào)度系統(tǒng)設(shè)置情況見表1。

表1　合肥地區(qū)車站那調(diào)度臺(tái)設(shè)置情況表

2.3　既有GSM-R站點(diǎn)情況

合肥樞紐地區(qū)GSM-R站點(diǎn)目前主要以合寧、合武、南環(huán)線基站為主，形成以長安集站、肥東站和合肥北城站為頂點(diǎn)的三角形包圍結(jié)構(gòu)，共有21座GSM-R基站。

3　改造過程中存在的難點(diǎn)問題

樞紐地區(qū)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造受地域條件、頻率資源分配、多線并線等因素的影響，主要存在以下難點(diǎn)：

（1）頻率資源緊張，頻率規(guī)劃難度大

我國GSM-R頻率帶寬只有4MHz，在樞紐地區(qū)，日益增長的鐵路業(yè)務(wù)需求和緊張的無線頻率資源之間的矛盾變得十分突出，現(xiàn)有的大型鐵路樞紐地區(qū)已經(jīng)呈現(xiàn)出頻率資源緊張的勢頭，對(duì)建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)等方面造成不利影響，頻率資源緊張，導(dǎo)致樞紐地區(qū)的無線解決方案十分復(fù)雜。

（2）樞紐地區(qū)方案反復(fù)調(diào)整，沒有統(tǒng)籌規(guī)劃

樞紐地區(qū)線路眾多，目前樞紐地區(qū)基站大都由各條線路分別建設(shè)，缺少對(duì)樞紐地區(qū)的統(tǒng)籌考慮，各條客專線路、新建線路在GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有統(tǒng)籌考慮全部接入需求，在各線設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)樞紐地區(qū)GSM-R基站設(shè)置方案、頻率規(guī)劃方案進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。

（3）無線干擾問題突出

樞紐地區(qū)人口密度大，公眾移動(dòng)通信發(fā)達(dá)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋密集，頻點(diǎn)使用復(fù)雜，還有一些未知大功率無線電信號(hào)，這些因素都導(dǎo)致樞紐地區(qū)的無線干擾問題非常突出，在新建站點(diǎn)的規(guī)劃時(shí)需要充分考慮干擾考因素合理設(shè)置頻率和覆蓋范圍。

（4）機(jī)車需要多次改變CIR運(yùn)用方式

由于樞紐地區(qū)線路復(fù)雜，運(yùn)行的機(jī)車、車輛種類繁多，各線的通信運(yùn)用模式、歸屬的調(diào)度區(qū)段、運(yùn)輸組織方式都有所不同，導(dǎo)致一些通過樞紐地區(qū)的機(jī)車需要多次切換CIR的運(yùn)用方式，增加了司機(jī)的操作。

（5）有線調(diào)度系統(tǒng)組網(wǎng)復(fù)雜

樞紐地區(qū)車站普遍存在多個(gè)場的問題，各個(gè)場歸屬于不同的調(diào)度臺(tái)，在車站設(shè)置了不同的車站值班臺(tái)分別接入不同的調(diào)度系統(tǒng)，由于設(shè)備制式和專業(yè)間的管理壁壘，各車站調(diào)度臺(tái)無法整合。

（6）存在鐵路運(yùn)營線路共用問題

鐵路樞紐地區(qū)存在較多的鐵路線路共用或不同線路鄰近距離較近的問題，在進(jìn)行GSM-R網(wǎng)覆蓋時(shí)都會(huì)統(tǒng)籌考慮，不同線別在同一小區(qū)內(nèi)覆蓋的情況非常普遍，這使得短號(hào)碼資源的分配、組呼數(shù)據(jù)制作、CIR數(shù)據(jù)規(guī)劃制作都比較復(fù)雜。

4　解決措施和方法

合肥樞紐地區(qū)的GSM-R網(wǎng)路改造項(xiàng)目在實(shí)施前，已經(jīng)經(jīng)過6次較大的網(wǎng)絡(luò)改造，樞紐地區(qū)基本實(shí)現(xiàn)了GSM-R網(wǎng)絡(luò)和450MHz網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，因此在合蕪線GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造過程中對(duì)樞紐地區(qū)的物理網(wǎng)絡(luò)調(diào)整較小，主要是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層面的調(diào)整和調(diào)度指揮方式上的調(diào)整。

4.1　統(tǒng)籌規(guī)劃合肥樞紐地區(qū)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)

通過對(duì)合肥樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)合肥樞紐地區(qū)連接的各線之間無線網(wǎng)絡(luò)的合理布局，實(shí)現(xiàn)通信基礎(chǔ)設(shè)施資源優(yōu)化配置，減少因規(guī)劃不合理引起的相互影響和不必要的投資浪費(fèi)。合理配置樞紐地區(qū)的GSM-R無線網(wǎng)頻率，消除樞紐地區(qū)各線間和交叉區(qū)段的無線網(wǎng)間頻率干擾，實(shí)現(xiàn)GSM-R無線網(wǎng)資源最大化共享，保障整個(gè)樞紐地區(qū)GSM-R系統(tǒng)通信服務(wù)質(zhì)量。

4.1.1站點(diǎn)規(guī)劃

合蕪線（合肥東—蕪湖）正線由合肥東站引出，經(jīng)撮鎮(zhèn)、橋頭集引出合肥樞紐。在三十里鋪至撮鎮(zhèn)區(qū)間、撮鎮(zhèn)至橋頭集區(qū)間設(shè)置O2基站，撮鎮(zhèn)、橋頭集設(shè)置O3基站?？紤]到該區(qū)域GSM-R基站布點(diǎn)比較密集，頻率資源比較緊張，將撮鎮(zhèn)、橋頭集O3基站改為O2基站，SSLP-CZ01基站由O2改為O1+1。正線自北向南引出合肥東站的切換順序?yàn)椋篐eFeiDong→LuoGang→SanShiLiPu→SSLP-CZ01→CuoZhen→CZ-QTJ01→QiaoTouJi。統(tǒng)籌后續(xù)新建商合杭以及合九線的改造，合肥樞紐內(nèi)桃東、羅東、新客、合九引入等線路覆蓋由已建的GSM-R基站提供，不需單獨(dú)設(shè)置基站。合肥南動(dòng)車所、合肥存車場利用正線GSM-R基站覆蓋，橋頭集庫檢點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置GSM-R基站提供無線覆蓋。合肥樞紐地區(qū)站點(diǎn)規(guī)劃如表2所示。

表2　合肥地區(qū)GSM-R站點(diǎn)規(guī)劃表

4.1.2頻率規(guī)劃

在統(tǒng)籌考慮減少對(duì)已經(jīng)建成線路影響的前提下，合理規(guī)劃本工程頻率資源，同步考慮后續(xù)項(xiàng)目的頻率資源占用情況，對(duì)合肥樞紐地區(qū)預(yù)留基站頻率規(guī)劃及本工作基站頻率規(guī)劃如表3所示。

表3　合肥樞紐GSM-R基站頻率規(guī)劃表

4.2　合肥樞紐地區(qū)無線調(diào)度指揮

合肥樞紐地區(qū)原有無線調(diào)度指揮形式是：動(dòng)車和寧西線普通列車采用GSM-R與車站和調(diào)度員通信，其余普通機(jī)車采用450M與車站和調(diào)度員通信，合蕪線開通后具備樞紐地區(qū)全部采用GSM-R進(jìn)行行車組織的條件。

4.2.1兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)

方案一：樞紐地區(qū)全部采用GSM-R方式通信，優(yōu)點(diǎn)是車站值班員不需要在FAS臺(tái)和無線車站臺(tái)間切換，語音通話清晰。缺點(diǎn)是普通客車的調(diào)車作業(yè)使用GSM-R系統(tǒng)聯(lián)系不方便，合肥東環(huán)場、淮南線、合九線的列車需要多次轉(zhuǎn)換CIR運(yùn)用模式。

方案二：保持既有機(jī)車450M的運(yùn)用模式，啟用合蕪線全線采用GSM-R通信模式。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)既有線路行車組織模式影響小，CIR數(shù)據(jù)變換量也較小，工程實(shí)施簡單。缺點(diǎn)是樞紐地區(qū)行車組織形式不統(tǒng)一，同一區(qū)段下車站值班員在進(jìn)行調(diào)度指揮時(shí)要區(qū)分列車類別。

4.2.2確定方案

考慮到合肥地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造還未全部完成，經(jīng)過同運(yùn)輸部門的充分溝通協(xié)商，決定采用方案二，在合肥、合肥東往三十里鋪站交叉點(diǎn)（三十里鋪進(jìn)站前）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)切換點(diǎn)，增加淮南線(合蕪段)的GSM-R線路數(shù)據(jù)，包括相關(guān)的線路提示點(diǎn)、選線列表、站名顯示、短號(hào)碼等數(shù)據(jù)，工程實(shí)施后合肥樞紐地區(qū)無線調(diào)度指揮形式如圖2。

圖2　合肥地區(qū)無線調(diào)度系統(tǒng)線別選擇圖

5　樞紐地區(qū)無線調(diào)度通信改造的啟示

通過合肥樞紐地區(qū)合蕪線GSM-R改造的探索和研究，可以看出樞紐地區(qū)改造中面臨的困難和不足，雖然通過后期合理規(guī)劃也能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但實(shí)施難度和成本都成倍增加。

啟示一：樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃統(tǒng)一實(shí)施。樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃站點(diǎn)和頻率資源，實(shí)現(xiàn)各線之間無線網(wǎng)絡(luò)的合理銜接，優(yōu)化通信基礎(chǔ)設(shè)施資源配置，有條件的樞紐地區(qū)應(yīng)統(tǒng)一實(shí)施改造，避免后期不同項(xiàng)目間干擾和多次調(diào)整，減少工程廢棄和相互影響。

啟示二：樞紐地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)與調(diào)度臺(tái)設(shè)置同步。大型樞紐地區(qū)應(yīng)設(shè)置樞紐調(diào)度臺(tái)，實(shí)施樞紐地區(qū)的集中統(tǒng)一調(diào)度，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也應(yīng)統(tǒng)一制式，具備條件的樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)改造中應(yīng)盡量單獨(dú)設(shè)置BSC設(shè)備統(tǒng)一組網(wǎng)。

啟示三：盡量減少單小區(qū)場強(qiáng)覆蓋范圍?？紤]到樞紐內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜，GSM-R智能網(wǎng)基于位置尋址通信等方面的要求，優(yōu)先考慮以獨(dú)立的車站為單位規(guī)劃設(shè)置獨(dú)立的無線小區(qū)，且盡可能減少小區(qū)覆蓋范圍。樞紐地區(qū)應(yīng)盡量不使用直放站組網(wǎng)，確有需要可以考慮分布式基站組網(wǎng)，避免產(chǎn)生不必要的網(wǎng)內(nèi)干擾，確保GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

啟示四：關(guān)注交叉并線區(qū)段的規(guī)劃。線路平行和交越（交匯）地段，無線網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)以高等級(jí)線路的小區(qū)規(guī)劃為基礎(chǔ)，對(duì)于有兩條鐵路線或更多條鐵路線路交叉區(qū)域，基站的設(shè)置應(yīng)充分考慮各線等級(jí)因素設(shè)置在各線的線路交叉點(diǎn)附近，充分考慮采用多天線覆蓋的方式，覆蓋交叉點(diǎn)所有各鐵路線方向。

啟示五：合理分配頻率資源。GSM-R系統(tǒng)頻率規(guī)劃分配上應(yīng)避免同頻道干擾、鄰頻道干擾和互調(diào)干擾等因素，同小區(qū)下的業(yè)務(wù)信道載波間隔設(shè)置應(yīng)不小于400kHz，相鄰小區(qū)的控制信道及業(yè)務(wù)信道載波間隔同樣也應(yīng)不小于400kHz。

[1]《中國鐵路總公司關(guān)于做好特殊區(qū)域GSM-R無線網(wǎng)規(guī)劃工作的意見》（鐵總運(yùn)[2014]252號(hào)）.

[2]《中國鐵路總公司關(guān)于既有普速鐵路450MHz無線列調(diào)改建GSM-R系統(tǒng)方案優(yōu)化的指導(dǎo)意見》（鐵總運(yùn)[2013]189號(hào)）.

[3]《鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)劃》.

[4]《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》（鐵建設(shè)[2007]92號(hào)文）.

[5]《鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)及專用無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10086-2009）.