關于GSM-R在雅萬高鐵的可行性研究

楊 志

（通號國際控股有限公司，北京 100070）

1 概述

GSM-R 是基于公共無線通信系統(tǒng)GSM 功能環(huán)境之下，結合鐵路通信安全、可靠、容量大的需求和列車調(diào)度、控制等運營特點，而開發(fā)的一款專屬鐵路使用的數(shù)字式無線通信系統(tǒng)。GSM-R 系統(tǒng)的工作頻段定位900 MHz，其中由移動臺發(fā)送，基站接收，處于885 ～889 MHz 之間的頻段范圍屬于上行頻段區(qū)間，反之，由基站發(fā)送，移動臺接收，但處于930 ～934 MHz 之間的頻段屬于下行頻段區(qū)間，雙工收發(fā)頻率與相鄰頻道的間隔分別為45 MHz 和200 kHz，系統(tǒng)頻率帶寬只有4 MHz。

2 GSM 900 MHz系統(tǒng)頻段分配及應用情況

2.1 國際上對于GSM 900 MHz系統(tǒng)頻段分配

GSM 基 本 頻段（PGSM）：890 ～915 MHz（上行）、935 ～960 MHz（下行）;

GSM 擴展頻段（EGSM）: 880 ～890 MHz（上行）、925 ～935 MHz（下行）;

GSM 鐵路頻段（RGSM）: 876 ～880 MHz（上行）、921 ～925 MHz（下行）。

2.2 中國國內(nèi)900 MHz頻段應用情況

國內(nèi)900 MHz 頻段為中國移動、中國聯(lián)通、中國電信及中國鐵路使用，具體頻率占用情況如表1所示。

表1 中國900 MHz頻段應用情況Tab.1 Application of 900 MHz frequency band in China

2.3 GSM-R系統(tǒng)頻段使用現(xiàn)狀

中國鐵路GSM-R 系統(tǒng)使用EGSM 頻段中4 MHz（885 ～889 MHz（上行）、930 ～934 MHz（下行））。

中國GSM-R 系統(tǒng)頻率申請經(jīng)歷原鐵道部向工信部申請，與中國移動協(xié)商等過程，2009 年年底前，GSM-R 網(wǎng)絡與中國移動網(wǎng)絡按地域共用885 ～889（上行）、930 ～934（下行）頻段，2010 年開始，中國移動全部退出該頻段，完全歸鐵路使用。

歐洲鐵路GSM-R 系統(tǒng)使用RGSM 頻段876 ～880 MHz（上行）、921 ～925 MHz（下行），僅德國在此基礎上申請了3 MHz 擴展頻段，873 ～876 MHz（上行）、918 ～921 MHz（下行）。

3 雅萬高鐵4 MHz頻率需求及印尼頻率資源運用現(xiàn)狀

3.1 雅萬高鐵4MHz無線頻率需求

根據(jù)雅萬高鐵中印尼EPC 總承包合同要求，該項目完全采用中國高鐵技術標準，業(yè)主方（中印尼投資有限公司，簡稱“KCIC”）負責為GSM-R提供4 M 無線通信900 M 頻段，承包商負責協(xié)助KCIC 獲取頻段資源和為該項目提供成熟的GSM-R 技術，保障列車安全可靠運行。

3.2 印尼900 MHz頻率資源運用現(xiàn)狀

結合印尼當?shù)剡\營商的調(diào)查資料，876 ～915 MHz（上行）、921 ～960 MHz（下行）頻段運用現(xiàn)狀如圖1 所示。

圖1 印尼頻率資源運用現(xiàn)狀Fig.1 Current situation of frequency resource utilization in Indonesia

從圖1發(fā)現(xiàn)，876 ～915 MHz（上行）、925 ～960 MHz（下行）頻段已被Smartfren 公司CDMA系統(tǒng)、TESL 公司GSM&EGSM 系統(tǒng)、Indosat 公司GSM&EGSM 系統(tǒng)、XL 公司 GSM 系統(tǒng)占用。

只有915 ～925 MHz（下行）為空閑頻段，該頻段對應上行頻段870 ～880 MHz，此上行頻段已被LTE 系統(tǒng)和CDMA 系統(tǒng)下行占用，下行信號對GSM-R 上行信號干擾較大，在無可用頻點情況下，只有通過申請專用頻譜或鐵路沿線清頻來解決雅萬高鐵GSM-R 頻段問題。

4 雅萬高鐵GSM-R頻率申請比選方案分析

基于對印尼四大主流運營商調(diào)研和前期商務談判，比選方案如表2所示。

表2 印尼四大運營商頻率申請比選方案Tab.2 Selection schemes of frequency application of the four operators in Indonesia

根據(jù)表2 比選方案分析，Tesl 隸屬印尼國企部管轄，頻譜資源豐富，如果能通過行政手段干預解決頻段是最佳的方案，可是，印尼政府不能直接干預，導致談判難度極大，出現(xiàn)早期不配合的情況；Indosat 屬于外資控股企業(yè)，頻譜資源較好，用戶量較大，但該公司更注重商業(yè)價值，因擔心雅萬高鐵占用4 M 頻譜資源而導致部分客戶流失，進而影響其公司正常運營，所以不愿意出讓頻率；XL 是一家私營企業(yè)，頻譜資源匱乏，補償費用高，洽談難度大，因此建議不考慮；Smartfren 公司目前有5.5 M 的頻段使用的是CDMA，其該公司已經(jīng)意識到CDMA 不能滿足當前用戶對帶寬需求，正積極尋求對系統(tǒng)更新?lián)Q代，如果雅萬高鐵公司通過租用或者與該公司頻分復用，可實現(xiàn)雙方雙贏的局面，因此Smartfren 公司是最佳選擇。

5 雅萬高鐵GSM-R頻率申請可行性方案

根據(jù)印尼900 MHz 頻率資源應用現(xiàn)狀并假設近期沒有頻率資源調(diào)整，同時參考中國GSM-R 頻率申請及900 MHz 頻率應用情況，并考慮到GSM-R網(wǎng)絡設備、終端設備的支持情況，為雅萬高鐵提出如下GSM-R 頻率申請可行性方案。

5.1 合作模式

雅萬高鐵GSM-R 頻率申請獨立頻段或租用運營商頻段模式。

5.2 總體方案

推 薦 采 用876 ～880 MHz（上 行）/921 ～925 MHz（下行）作為GSM-R 頻段，上行頻段由Smartfren 公司提供，下行頻段目前為空?；?76 ～880 MHz 為Smartfren 公司CDMA 系統(tǒng)的下行頻段占用，如此頻段作為GSM-R 系統(tǒng)的上行頻段，那么該頻段將存在兩種上下行不一致的無線通信制式，存在CDMA 的下行強信號干擾GSM-R 上行弱信號的情況。雅萬高鐵GSM-R 系統(tǒng)基站的布設滿足95%時間地點概率下列車接收機天線輸入端射頻信號最小可接收電平-92 dBm，根據(jù)GSM-R 驗收場強測試的要求，在GSM-R 將要占用的876 ～880 MHz 頻段情況下，Smartfren運營商的CDMA 無線下行信號內(nèi)的信號強度必須衰落到一定范圍值（暫按鐵路軌道上方該運營商GSM-R 頻段內(nèi),列車接收機天線輸入端信號電平值不大于-105 dBm）。

其次，考慮到GSM-R 網(wǎng)絡運行的安全性，GSM-R 基站頻率規(guī)劃方案應滿足同頻C/I 值大于12 dBm、鄰頻C/I 值大于-6 dB 的要求；同時，在最大程度上保證同小區(qū)控制信道載波間隔宜不小于600 kHz、業(yè)務信道載波間隔宜不小于400 kHz，相鄰小區(qū)控制信道及業(yè)務信道載波間隔宜不小于400 kHz。鑒于GSM 900M 的頻段間隔均為200 kHz，因此除876 ～880/921 ～925 這4 MHz用于GSM-R 使用外，還應空出875.8、880.2、920.8、925.2 MHz 這4 個頻點作為隔離保護頻點。

5.3 頻段及系統(tǒng)設備情況

Smartfren 公司頻段（876 ～880 MHz(上行)/ 921 ～925 MHz（下行））用于雅萬高鐵GSM-R系統(tǒng)，該頻段為歐洲鐵路聯(lián)盟規(guī)定的標準R 頻段，現(xiàn)有GSM-R 無線系統(tǒng)設備廠商均可提供該頻段產(chǎn)品，機車無線電臺、手持終端、SIM 卡等具有成熟產(chǎn)品可用于本工程。

5.4 鐵路沿線清頻

對應頻段GSM 運營商信號在鐵路軌道上方4.5 m 處的覆蓋電平最大值應不大于-105 dBm。GSM-R 信號在鐵路軌道2 km 處的覆蓋電平最大值應不大于-85 dBm，6 km 處的覆蓋電平最大值應不大于-90 dBm。

6 結論

在滿足上述要求的前提且921 ～925 MHz 頻段確為空閑狀態(tài)下，可申請(876 ～880 MHz(上行)/ 921 ～925 MHz（下行））4 MHz 頻率資源用于雅萬高鐵GSM-R 無線通信系統(tǒng)的傳播頻段。