GSM-R 技術(shù)在通讓線（哈局段）鐵路通信中的技術(shù)應用

白杰

（中鐵二十局集團電氣化工程有限公司 陜西西安 710100）

隨著經(jīng)濟發(fā)展，黑龍江地區(qū)的既有鐵路線普遍開始電氣化改造。通讓線（哈局段）450 M無線通信系統(tǒng)已無法滿足當前通信業(yè)務的實際需要，基于此，本次施工通過利用GSM-R技術(shù)創(chuàng)建公共無線通信系統(tǒng)平臺，能夠有效促進通讓線（哈局段）鐵路移動通信系統(tǒng)升級改造，為鐵路運輸指揮以及生產(chǎn)提供支持，對施工中問題的分析處理，為今后的通信施工積累經(jīng)驗。

1 GSM-R系統(tǒng)特點

1.1 GSM-R技術(shù)介紹

GSM-R是在GSM的基礎上所發(fā)展的，功能業(yè)務更加豐富，能夠有效提升鐵路通信系統(tǒng)調(diào)度能力，同時還可有效滿足列車高速移動對于無線通信的要求，系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性均比較高，同時還可為信號、列車控制系統(tǒng)提供傳輸平臺[1]。

1.2 GSM-R網(wǎng)絡系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在GSM-R網(wǎng)絡中含有多個基本網(wǎng)元設備，包括NSS網(wǎng)絡子系統(tǒng)、OMC網(wǎng)管子系統(tǒng)、BSS基站子系統(tǒng)以及GGSN設備等。

GSM-R網(wǎng)絡系統(tǒng)可劃分為3個子系統(tǒng)，包括移動交換子系統(tǒng)（SSS）、移動智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）以及通用無線業(yè)務子系統(tǒng)（GPRS）[2]。

1.3 GSM-R網(wǎng)絡主要特點

（1）有利于鐵路GSM-R網(wǎng)絡的建設和運維。在鐵路運輸生產(chǎn)和指揮中，GSM-R網(wǎng)絡均發(fā)揮著十分重要的作用，可為鐵路運輸和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)提供通信服務，因此，在鐵路通信中創(chuàng)建GSM-R網(wǎng)絡十分關(guān)鍵。在新建鐵路、既有鐵路電化改造中，GSM-R網(wǎng)絡的應用比較常見，通過利用GSM-R技術(shù)可創(chuàng)建移動通信系統(tǒng)，在交換和無線網(wǎng)創(chuàng)建完成后，即可促進鐵路通信能力的提升[3]。

（2）有利于優(yōu)化鐵路GSM-R核心網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。通過對鐵路通信系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行分析，在GSM-R網(wǎng)絡建設過程中，要求能夠覆蓋全國，保證通信系統(tǒng)服務水平。GSM-R網(wǎng)絡規(guī)模比較大，在GSM-R系統(tǒng)創(chuàng)建過程中需應用多種技術(shù)，要根據(jù)各條線路實際情況對無線系統(tǒng)進行規(guī)劃建設。

（3）有利于鐵路GSM-R核心網(wǎng)絡基礎設施共享。對于GSM-R，可作為綜合數(shù)字移動通信平臺，與傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)相比，技術(shù)水平比較高，同時成本投入量比較大。在全網(wǎng)建設中需應用多種基礎設施，而核心網(wǎng)設備是各條線路中GSM-R系統(tǒng)的公用部分。

2 GSM-R在通讓線（哈局段）鐵路中的具體應用

通遼至讓湖路鐵路哈局段（以下簡稱通讓線哈局段）位于黑龍江省西南部，大致為西南至東北走向。管轄段落鐵路里程為K335+000～K420+060.7，線路長度85.053 km。既有壯志至大慶西聯(lián)絡線電氣化工程，線路自壯志站中心引出向東北至大慶西站西端咽喉，線路長度4.6 km。通讓線（哈局段）原有鐵路無線設計為450 M,此次施工實現(xiàn)GSM-R網(wǎng)絡通信升級改造。

2.1 GSM-R系統(tǒng)在本線的主要功能

GSM-R系統(tǒng)在本線實現(xiàn)的主要功能滿足TBT 3224-2013《鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）總體技術(shù)要求》的要求，各類具體的應用功能遵循《GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)設備技術(shù)規(guī)范》各部分的要求。GSM-R系統(tǒng)在通讓線（哈局段）實現(xiàn)的主要功能有：

（1）中國鐵路無線列調(diào)標準中定義的列車調(diào)度員-機車司機間、車站值班員-機車司機間各種列車無線調(diào)度通信功能；

（2）CTC/TDCS無線車次號校核系統(tǒng)及調(diào)度命令無線傳送系統(tǒng)的信息傳送；

（3）列車尾部風壓控制；

（4）滿足沿線各產(chǎn)權(quán)單位設備維護人員的通信需求，用于養(yǎng)路、橋涵、接觸網(wǎng)（供電）、水電、電務等部門的區(qū)間維護作業(yè)通信；

（5）滿足公安、搶修、救援等多部門、多工種的應急通信需求；

（6）銀浪站、林源站、立志站客站管理及行包管理等客站管理人員的無線通信需求；

（7）系統(tǒng)網(wǎng)管能夠完成標準管理信息的交換及安全管理、配置管理、故障管理和性能管理，并提供與通信綜合網(wǎng)管的接口。

2.2 通讓線（哈局段）GSM-R網(wǎng)絡系統(tǒng)方案

通讓線（哈局段）施工升級后的GSM-R網(wǎng)絡由網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、運行與支持子系統(tǒng)（OSS）和終端設備等組成。

2.2.1 網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）

網(wǎng)絡子系統(tǒng)包括交換子系統(tǒng)（SSS）、通用分組無線業(yè)務系統(tǒng)（GPRS）、智能網(wǎng)系統(tǒng)（IN）等。施工中根據(jù)全路GSM-R網(wǎng)絡規(guī)劃和通讓線（哈局段）所處的位置，此次施工不新設GSM-R網(wǎng)絡子系統(tǒng)，利用哈爾濱既有GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點的網(wǎng)絡子系統(tǒng)設備。其中，哈爾濱既有GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點交換子系統(tǒng)（SSS）容量按近期用戶容量55000用戶設置，滿足哈爾濱鐵路局管內(nèi)GSM-R線路規(guī)劃工程接入條件，所以本次施工按設計不再對哈爾濱鐵路局核心網(wǎng)容量處理能力的擴容，為滿足本次施工無線子系統(tǒng)的接入需求，本次施工需對哈爾濱核心網(wǎng)MSC進行相關(guān)接口擴容及系統(tǒng)接入調(diào)試；哈爾濱既有GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點通用分組無線業(yè)務系統(tǒng)（GPRS）利用濱洲線設置的PCU與SGSN的2×2MGb接口。通過擴容哈爾濱鐵路局既有GRIS服務器軟件許可license、GPS數(shù)據(jù)更新等方式實現(xiàn)功能。

2.2.2 基站子系統(tǒng)（BSS）

本次施工利用設置在齊齊哈爾的濱洲線既有BSC/PCU，并通過設置在哈爾濱的濱洲線既有編譯碼和速率適配單元（TRAU）接入哈爾濱GSM-R核心網(wǎng)節(jié)點。在施工過程中對濱洲線設置的BSC/PCU、TRAU設備進行相關(guān)接口擴容及系統(tǒng)接入調(diào)試。

沿線各車站設置3載頻、區(qū)間設置2載頻基站BTS設備，采用單層覆蓋方式，其中，讓湖路西站利用哈齊客專的既有基站BTS設備，通過擴容一個載頻進行覆蓋。

2.2.3 運行與維護子系統(tǒng)（OSS）

在施工過程中利用濱洲線設置的既有OMC-R服務器，新設OMC-R復示終端對基站設備進行管理，并對OMC-R服務器進行數(shù)據(jù)添加及接入調(diào)試。

直放站設備由在齊齊哈爾通信站新設的OMC-T系統(tǒng)進行管理，并新設OMC-T復示終端。此次施工的直放站與既有直放站網(wǎng)管整合。

2.2.4 移動終端

根據(jù)沿線各鐵路管理單位人員作業(yè)模式及通信需求，本次工程建設單位為車站、站場、沿線區(qū)間及其他鐵路作業(yè)區(qū)的各工種地面工作人員配置作業(yè)手持臺；為鐵路公安人員配置通用手持臺。系統(tǒng)組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)圖

2.3 通讓線（哈局段）GSM-R網(wǎng)絡系統(tǒng)方案

2.3.1 施工技術(shù)標準

根據(jù)原鐵道部相關(guān)規(guī)范，本次施工技術(shù)標準是：無線信道呼損率：≤0.5%，覆蓋概率：95%，最小可用接收電平：-98 dBm。

在本次施工中基站子系統(tǒng)采用單層覆蓋方式，基站沿鐵路線布置。GSM-R系統(tǒng)無線網(wǎng)絡設計的主要任務是對網(wǎng)絡覆蓋水平和服務質(zhì)量進行預測。通過采用高增益雙極化天線、大功率基站、合理天線掛高等手段，得到最優(yōu)的網(wǎng)絡基站設置方案，結(jié)合通讓線（哈局段）周邊地貌，且系統(tǒng)應滿足最高運營速度160 km/h的要求，兩次切換的時間按10 s記取，因此兩個小區(qū)之間進行成功切換所需要的最小重疊覆蓋距離按照以下公式計算：

根據(jù)計算結(jié)論本次施工按500 m的重疊覆蓋距離進行設備設置。從而最大限度地控制切換、小區(qū)重選等影響系統(tǒng)服務質(zhì)量的因素。

2.3.2 業(yè)務類型及話務量

通讓線（哈局段）鐵路GSM-R業(yè)務主要考慮個別呼叫、組呼叫、廣播呼叫、CSD列控業(yè)務、GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務等。根據(jù)相關(guān)規(guī)范數(shù)據(jù)計取，施工過程中車站基站配置3載頻，區(qū)間基站配置2載頻；基站與基站控制器之間采用E1環(huán)形連接方式，每個E1環(huán)一般連接3-5個基站，本工程基站與基站控制器之間共設置5個2M環(huán)。

2.3.3 覆蓋方案

根據(jù)GSM-R系統(tǒng)最大允許路徑損耗及Okumura-Hata模型，并結(jié)合通讓線（哈局段）的線路特點，本工程基站站距設置為5～7 km，為滿足覆蓋指標，鐵路沿線根據(jù)站距施工安裝了35 m鐵塔3座，40m鐵塔8座，45 m鐵塔3座，50 m鐵塔2座。

在沿線場強傳播困難、與其他線路交叉并線區(qū)段設置光纖直放站。光纖直放站與就近基站間敷設短段光纜，以星型方式連接。光纖直放站根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用了鐵塔+天線、電桿+天線兩種形式。

3 施工中信號切換問題的解決

通讓線（哈局段）在引入讓湖路站、讓湖路西站時與哈齊客專有并線、交叉區(qū)段，其中哈齊客專大慶西站與本工程讓湖路站相鄰，如圖2所示，本次施工讓湖路站利用哈齊客專大慶西站的基站設備（C3基站）進行覆蓋，讓湖路西站附近哈齊客專設置了一處區(qū)間基站設備（C2基站），施工中通過擴容并利用該處區(qū)間基站（擴容至C3基站）實現(xiàn)對讓湖路西站站場的覆蓋；本次施工在LK419+150設置一處光纖直放站遠端機，施主基站為哈齊客專大慶西站，LK419+150直放站遠端機設置2面天線分別對哈齊客專正線、通讓線聯(lián)絡線進行覆蓋，以實現(xiàn)本工程讓湖路站與讓湖路西站之間、讓湖路站與壯志站之間的覆蓋及切換。

圖2 三座車站的基站位置圖

施工完成后在測試過程中發(fā)現(xiàn)這個區(qū)域車站間的信號切換出現(xiàn)了問題。直放站設備輸出功率為32 dbm時，壯志站信號可以切換到大慶西站，讓湖路西站信號不能切換到大慶西站。直放站設備輸出功率調(diào)至38 dbm時，使用G網(wǎng)手機在讓壯聯(lián)絡線區(qū)間測試壯志站、大慶西站、讓湖路西站基站信號，對比3個信號差值，得出壯志站信號可以切換到大慶西站，讓湖路西站信號不能切換到大慶西站。

針對這個問題，通過使用G網(wǎng)手機反復的選點測試，對比直放站、讓湖路西站基站信號差值，發(fā)現(xiàn)在區(qū)間直放站信號最強時，直放站信號和讓湖路西站信號一致，因讓湖路西基站功率和塔高高于直放站功率和鐵塔高度，導致讓湖路西站信號不能切換至大慶西站信號。找出原因后與設備廠家進行了多次方案研究，在控制成本和減少施工量的原則下擬定了兩個解決方案，第一個是優(yōu)化讓湖路西站設備功率，調(diào)整讓湖路西站至大慶西站方向天線角度東偏北12度。第二個是增加直放站設備功率，優(yōu)化壯志站設備功率，調(diào)整讓湖路西站至壯志方向天線高度下調(diào)15 m。將解決方案報哈爾濱局集團業(yè)務處室后，因考慮調(diào)整讓湖路至大慶西站方向天線角度會對哈齊客高鐵產(chǎn)生連鎖影響，產(chǎn)生的風險較大，因此最終采用第二個方案解決信號切換的問題，施工完成后通過反復測試，在壯讓聯(lián)絡線上2.5 km切換點直放站場強為-80dbm,讓湖路西在切換點的2.5 km的場強為-73 dbm，兩個點的實測值相差大于10 dbm，滿足切換條件，信號可以正常切換，最終解決的這個問題。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要對鐵路通信中GSM-R在通讓線（哈局段）的實踐應用和信號切換的問題處理行了詳細闡述。在國家相關(guān)政策下，我國會提升鐵路系統(tǒng)電氣化水平，推進工礦企業(yè)、港口、物流園區(qū)等鐵路專用線建設，在鐵路通信中，GSM-R系統(tǒng)已得到推廣和應用，通過在通讓線（哈局段）鐵路的施工實踐，使得公司在鐵路綜合數(shù)字移動通信平臺的相關(guān)施工技術(shù)水平得到了顯著提升，為解決施工中的技術(shù)問題提供了經(jīng)驗參考。