鹽通高鐵與寧啟鐵路交叉并線區(qū)段GSM-R方案研究

葛偉濤

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308)

1 概述

我國(guó)鐵路系統(tǒng)的快速發(fā)展使得普速鐵路與高速鐵路并行、交叉區(qū)段越來(lái)越多，但GSM-R 系統(tǒng)可用的頻道數(shù)量?jī)H有19 個(gè)，實(shí)際工程中每個(gè)基站至少要配置兩個(gè)載頻，當(dāng)不同等級(jí)鐵路并行區(qū)段較長(zhǎng)時(shí)，若每條線分別使用獨(dú)立的GSM-R 系統(tǒng)和載頻進(jìn)行無(wú)線覆蓋，在頻率規(guī)劃上難度較大。若低等級(jí)鐵路全部利用高等級(jí)鐵路既有GSM-R 系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線覆蓋，在隧道、路塹等較多的復(fù)雜地形中可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，隨著國(guó)內(nèi)鐵路GSM-R 系統(tǒng)不斷發(fā)展，尤其是高鐵線路的大量建設(shè)，樞紐地區(qū)、交叉并線地區(qū)的GSM-R 系統(tǒng)引入難度也越來(lái)越大，因此，樞紐地區(qū)、交叉并線地區(qū)GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃就顯得十分重要。如何很好地解決復(fù)雜地理?xiàng)l件下普速鐵路和高速鐵路并行區(qū)段GSM-R 系統(tǒng)的無(wú)線覆蓋問(wèn)題，將是鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工作重點(diǎn)之一。

鹽通高鐵是一條連接江蘇省鹽城市與南通市的高速鐵路，是我國(guó)“八縱八橫”高速鐵路主通道之一“沿海通道”的重要組成部分。線路北起鹽城站，與徐宿淮鹽鐵路貫通，向南經(jīng)鹽城市所轄的大豐區(qū)、東臺(tái)市，南通市所轄的海安縣、如皋市、通州區(qū)，引入滬蘇通鐵路南通西站。鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安、如皋南、國(guó)道村線路所、陳橋線路所附近交叉并線。為減小鹽通高鐵GSM-R 基站與既有寧啟鐵路基站的影響，保證交叉并線區(qū)段兩線正常運(yùn)營(yíng)，需對(duì)交叉并線區(qū)段GSM-R 覆蓋方案進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安、如皋地區(qū)交叉并線區(qū)段GSM-R 覆蓋方案進(jìn)行研究，并提出最終工程實(shí)施方案，以便類(lèi)似工程參考借鑒。

2 與寧啟鐵路在海安站附近交叉并線段

鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK95+280 至鹽通、寧啟大里程方向逐漸并線，并線后進(jìn)入既有海安站新建鹽通高速場(chǎng)。寧啟鐵路為200 km/h 的客貨混鐵路，信號(hào)采用CTCS-2 列控，GSM-R 采用單網(wǎng)覆蓋。鹽通高鐵設(shè)計(jì)時(shí)速為350 km，信號(hào)采用CTCS-3 列控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)速300 km 及以上的CTCS-3 列控區(qū)段，GSM-R 系統(tǒng)應(yīng)采取場(chǎng)強(qiáng)冗余覆蓋等系統(tǒng)可靠性措施。交叉或多線并行區(qū)段可采用共用基站，因此，此區(qū)段有以下3 種方案。

方案一：分布式基站方案

鹽通高鐵在DK91+380、DK95+280、DK99+200（海安站）各設(shè)1 套基站，組成單網(wǎng)交織方案覆蓋鹽通高鐵，其中DK91+380、DK99+200 基站為宏基站，各設(shè)置2 副天線，分別指向鹽通大、小里程方向；DK95+280 基站為分布式基站，由基帶處理單元（BBU）和射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）組成，該處RRU 設(shè)置3 副天線，分別指向鹽通大、小里程和寧啟K196+350 方向，并在寧啟K196+350既有機(jī)房?jī)?nèi)新設(shè)1 套R(shí)RU，通過(guò)短段光纜接入DK95+280 BBU。將寧啟K193+235 與DK95+280 BBU 建立切換關(guān)系，利用寧啟K193+235 基站、K196+350 RRU 和DK99+200 基站覆蓋寧啟鐵路。待鹽通高鐵基站開(kāi)通后，關(guān)閉寧啟K196+350、K201+900 基站。方案一基站示意如圖1 所示。

圖1 方案一 分布式基站方案Fig.1 Solution 1:distributed base stations

方案二：數(shù)字直放站方案

與方案一相比，將DK95+280 分布式基站（BBU+RRU）改為宏基站、數(shù)字直放站近端機(jī)和數(shù)字直放站遠(yuǎn)端機(jī)，將寧啟K196+350 新設(shè)的RRU改為數(shù)字直放站遠(yuǎn)端機(jī)，其余與方案一相同。方案二基站示意如圖2 所示。

方案三：宏基站方案

與上述兩個(gè)方案不同的是，在DK95+280 設(shè)置宏基站，不關(guān)閉寧啟K196+350 基站。為了減小寧啟K196+350 基站對(duì)鹽通高鐵的影響，參考石濟(jì)客專(zhuān)與京滬高鐵交叉區(qū)域、商合杭鐵路與京九鐵路交叉區(qū)域的開(kāi)通方案，將寧啟K196+350 指向?qū)巻⒋罄锍痰奶炀€關(guān)閉，即交匯地區(qū)鹽通高鐵仍由DK91+380、DK95+280、DK99+200 組成單網(wǎng)交織方案覆蓋，寧啟鐵路由寧啟K193+235、寧啟K196+350、DK95+280、DK99+200 基站覆蓋。方案三基站示意如圖3 所示。

圖2 方案二 數(shù)字直放站方案Fig.2 Solution 2:digital repeaters

圖3 方案三 宏基站方案Fig.3 Solution 3:macro base station

3 種方案優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安站附近交叉并線方案對(duì)比分析Tab.1 Comparison between solutions for the intersecting sections and parallel sections near Hai 'an Station

以上3 種方案均能滿(mǎn)足兩條線路覆蓋需求，為了減小對(duì)既有鐵路的影響，參考已開(kāi)通項(xiàng)目案例，結(jié)合運(yùn)營(yíng)單位意見(jiàn)，最終按照方案三進(jìn)行實(shí)施。

3 與寧啟鐵路在DK99+200至DK119+715并線段

鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK99+200 至DK119+715 完全并線，并線長(zhǎng)度約20.5 km。并線區(qū)段共涉及寧啟既有基站5 處，分別為寧啟K201+900、K206+300、K211+629、K216+978、K233+359。此區(qū)段有以下3 種覆蓋方案。

方案一：利用寧啟基站組成同站址雙網(wǎng)覆蓋

在寧啟鐵路基站對(duì)應(yīng)鹽通高鐵一側(cè)各新設(shè)1 套基站，新設(shè)基站為2 載頻，接入鹽通基站控制器（BSC）。將既有寧啟鐵路基站調(diào)整為1 載頻，使得鹽通2 載頻基站與寧啟1 載頻基站組成同站址雙網(wǎng)覆蓋兩線并線段，鹽通基站主用，寧啟基站備用。

方案二：鹽通新建基站組成同站址雙網(wǎng)覆蓋

在寧啟鐵路基站對(duì)應(yīng)鹽通高鐵一側(cè)新建2 套基站（O2+O1）組成同站址雙網(wǎng)覆蓋，基站配套傳輸及電源按照2 套設(shè)置，新設(shè)基站均接入鹽通BSC，待鹽通高鐵開(kāi)通后，關(guān)閉寧啟既有基站。

方案三：鹽通新建基站組成單網(wǎng)交織覆蓋

此方案不考慮既有基站位置，鹽通高鐵按照3.5 km 左右站間距新建基站。新建基站組成單網(wǎng)交織方案，待鹽通高鐵開(kāi)通后，關(guān)閉寧啟既有基站。

3 個(gè)方案基站示意如圖4 所示，方案優(yōu)缺點(diǎn)如表2 所示。

圖4 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK99+200至DK119+715并線段基站示意圖Fig.4 Schematic diagram of base stations in the parallel section from DK99+200 to DK119+715 of the two Railways

上述3 個(gè)方案均能滿(mǎn)足覆蓋需求，根據(jù)《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于做好特殊區(qū)域GSM-R 無(wú)線網(wǎng)規(guī)劃工作的意見(jiàn)》（鐵總運(yùn)[2014]252 號(hào)），線路平行或交越（交匯）地段，無(wú)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)，兼顧低等級(jí)線路的運(yùn)用需要。從設(shè)計(jì)規(guī)范、工程投資、維護(hù)便利、聯(lián)調(diào)聯(lián)式難易程度等角度綜合考慮，推薦采用方案三。但由于本工程初步設(shè)計(jì)批復(fù)采用方案一，并已按照方案一進(jìn)行征地。考慮到運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位意見(jiàn)，結(jié)合商合杭與京九鐵路并線段實(shí)施方案：商合杭鐵路與京九并線區(qū)段關(guān)閉既有京九鐵路基站，在商合杭新建AB 雙網(wǎng)，形成同站址雙基站冗余覆蓋，經(jīng)專(zhuān)家研討，最終按照方案二實(shí)施。

4 與寧啟鐵路在DK119+715至DK147+120并線段

鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK119+715 至DK147+120 由并線逐漸分離，再逐漸并線，分離后兩線最遠(yuǎn)距離約2.86 km，交叉并線區(qū)段長(zhǎng)度約27.4 km。并線區(qū)段共涉及寧啟既有基站7處，分別為K223+359、K228+580、K233+451、K238+011、K242+572、K247+450、K251+360。根據(jù)無(wú)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)，兼顧低等級(jí)線路的運(yùn)用需要的原則，此區(qū)段有以下兩種覆蓋方案。

表2 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK99+200至DK119+715并線段方案對(duì)比分析Tab.2 Comparison between solutions for the parallel section from DK99+200 to DK119+715 of the two Railways

方案一：分線段各自基站覆蓋方案

在DK124+000、DK128+100、DK131+400、D K134+960、D K138+510、D K143+330、DK147+120 分別新設(shè)1 套基站組成單網(wǎng)交織方案覆蓋鹽通正線，在兩線分線處DK124+000 和兩線匯聚處DK143+330 處基站設(shè)置3 副天線，分別指向鹽通正線大小里程和寧啟鐵路方向，其余基站均設(shè)置2 副天線，分別指向鹽通大小里程方向。利用DK124+000、K233+451、K238+011、K242+572、DK143+330、DK147+120 基站覆蓋寧啟鐵路。待鹽通高鐵基站開(kāi)通后，關(guān)閉寧啟K228+580、K247+450、K251+360 基站。為避免兩線分線段鹽通基站與寧啟基站互相影響，DK128+100、DK131+400、DK134+960、DK138+510 采用水平波瓣寬度為33°的窄波瓣天線，并將K233+451、K238+011、K242+572 基站天線也更換為33°的窄波瓣天線。

方案二：分線段利用鹽通基站覆蓋

與方案一不同的是，在DK128+100、DK131+400、DK134+960、DK138+510 增加1 副指向?qū)巻㈣F路的天線，且所有天線均采用水平波瓣寬度為65°的天線。為避免兩線基站互相干擾，鹽通基站開(kāi)通后，關(guān)閉寧啟K233+451、K238+011、K242+572 基站，即并線段兩線全部利用鹽通新設(shè)基站覆蓋。

兩個(gè)方案基站示意如圖5 所示，優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。

上述兩個(gè)方案均能滿(mǎn)足兩線覆蓋需求，兩個(gè)方案投資相當(dāng)，但從運(yùn)營(yíng)維護(hù)、頻率規(guī)劃等角度綜合考慮，為了減小寧啟鐵路對(duì)鹽通高鐵的影響，最終按照方案二實(shí)施。

5 總結(jié)

隨著近幾年鐵路的高速建設(shè)，鐵路網(wǎng)密度越來(lái)越大，新建鐵路與既有鐵路交叉并線情況越來(lái)越多，交叉并線區(qū)段或樞紐地區(qū)的GSM-R 設(shè)計(jì)越來(lái)越重要，已成為影響通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也成為影響聯(lián)調(diào)聯(lián)式的關(guān)鍵因素之一。本文通過(guò)分析鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安站以及如皋地區(qū)交叉并線情況，為今后類(lèi)似場(chǎng)景提供了工程案例。

圖5 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK119+715至DK147+120并線段基站示意圖Fig.1 Schematic diagram of base stations in the parallel section from DK119+715 to DK147+120 of the two Railways

表3 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK119+715至DK147+120并線段方案對(duì)比分析Tab.3 Comparison between solutions for the parallel section from DK119+715 to DK147+120 of the two Railways