新豐鎮編組站GSM-R數字移動通信系統設計

鄧世勇

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043）

隨著鐵路建設高潮的到來，GSM-R系統作為鐵路專用的移動通信系統，其大規模建設工作正在逐步展開。在編組站地區，GSM-R系統設計面臨著頻率規劃復雜、設備無使用經驗等難題，因此，如何在編組站地區進行GSM-R系統設計，新豐鎮編組站GSM-R系統規劃設計無疑具有較強的代表性。

1 工程背景

新豐鎮編組站位于西安市臨潼區東部，是三級七場編組站，整個編組站東西長約11 km，南北寬約800 m。該地區線路復雜，編組站北接包西線，南接西康線、寧西線，隴海線橫貫東西；鄭西客運專線位于新豐鎮編組站北側，兩者間距小于1 km，客運專線在編組站北側新設新臨潼車站。其位置關系如圖1所示，其中鄭西線、包西線、新豐鎮編組站需建設GSM-R系統。

2 編組站GSM-R系統功能

GSM-R系統可作為編組站調車、商檢、車號、調車監控等業務的無線通信平臺。在調車業務中，需實現調車安全數據（調車指令）、語音同時傳輸（簡稱數話同傳），并且數據傳輸時延不低于500 ms（此要求安全數據在電路域傳輸）；而商檢、車號、列檢等業務利用GSM-R既有組呼功能即可滿足其語音無線通信需求；調車監控業務需永久占用一條電路域數據實時傳輸數據；另外，調車單傳輸、商檢車號確報信息傳輸需利用GPRS系統。

數話同傳利用3GPP的最新組呼（簡稱1.5組呼）功能實現。1.5組呼實現原理如圖2所示。在調車區域預先建立一個調車組呼，根據用戶在調車組呼中是否傳送語音，可以分為講者和聽者。

講者有一個專有信道，該專有信道的上行為講者占用，講者通過該信道與網絡已建立連接，因此講者可通過該專有信道的FACCH發送數據。對聽者來說，在組呼信道的下行進行語音監聽，此時組呼信道的上行是空閑的，如果需要發送調車安全數據，聽者使用組呼信道上行發送調車安全數據。

網絡收到調車安全數據后，在組呼區域的所有組呼信道和講者專有信道的下行FACCH進行廣播，這樣，講者和所有正在監聽組呼的聽者都可以收到該調車安全數據。

新豐鎮編組站有12臺調機，每臺調機按永久占用2個信道進行設計，編組站每個到發場室內商檢車號員與其相應的室外人員組成一個組并建立永久組呼信道，編組站GSM-R系統信道需求如表1所示。為滿足調車、商檢車號業務的通信需求，GSM-R系統需30個信道，加上BCCH等信道，至少需要4個載頻。

表1 新豐鎮編組站GSM-R移動通信信道需求表

3 編組站GSM-R試驗系統介紹

用GSM-R系統滿足編組站的調車、商檢車號等業務的無線通信需求在路內尚屬首次，需要對此進行工程試驗驗證，為此先期在新豐鎮編組站實施了GSM-R系統試驗工程。

試驗工程主要考慮在全編組站能有較好的場強覆蓋與較大的話務容納能力，因此，在新豐鎮編組站下行到達、下行出發場分別架設1處O3基站（天線掛高為30 m）。

在試驗工程的基礎上，進行了編組站GSM-R系統功能試驗驗證，得出：GSM-R系統采用1.5信道組呼技術方案，能夠實現站場調車通信業務的話音和調車指令信息傳送；采用GSM-R系統的GPRS通信方式，可以實現車號、商檢作業計劃下達和信息傳送；在GSM-R系統采用電路域方案，可以滿足調車作業監控系統車地間監控數據傳送的需要。

由于編組站2處O3試驗基站在鄭西客運專線場強覆蓋較強，如圖3所示，新豐鎮樞紐地區需要結合鄭西客運專線進行統籌規劃。

4 編組站GSM-R系統設計方案

編組站GSM-R系統組成與一般GSM-R系統組成是一致的，本文主要介紹BSS系統設計的兩個難點：頻率規劃與場強覆蓋設計。這是兩個互相影響的設計問題：頻率規劃好了，場強覆蓋就沒有問題，場強覆蓋好了，也可以解決頻率規劃問題。

新豐鎮編組站場強覆蓋最小可用接收電平：地面手持臺接收天線處達到-92 dBm（滿足95%時間地點覆蓋概率）；鄭西客專場強覆蓋最小可用接收電平：機車車頂天線處達到-92 dBm（滿足95%時間地點覆蓋概率），另外在上下行鏈路平衡設計中，還需要考慮12.3 dB設計裕度及3 dB冗余覆蓋裕度。

新豐鎮編組站GSM-R系統的同頻C/I≥12 dB，鄰頻C/I≥-6 dB；鄭西客運專線GSM-R系統正常工作時同頻C/I＞25 dB，鄰頻C/I＞7 dB，降級工作時同頻C/I＞15 dB，鄰頻C/I＞-3 dB。

4.1 采用頻率規劃降低干擾

為了減小鄭西客運專線和新豐鎮編組站之間的頻率干擾，采用如下規劃方式：將沒有鄰頻干擾的頻點分配給離編組站近的客運專線基站，有鄰頻干擾的頻點分配給離編組站遠的客運專線基站。

由于客運專線頻率規劃已確定，編組站只能在客運專線基礎上進行規劃，同時考慮編組站話務容量的問題，提出如圖4所示的頻率規劃方案：編組站架設1處O4基站，但不用基站天線進行覆蓋，全編組站利用多處直放站進行微蜂窩覆蓋。

在上述頻率規劃基礎上控制場強覆蓋，基本可以滿足該地區的GSM-R設計標準，但需要使用隔離頻點。

4.2 控制場強覆蓋降低干擾

為滿足前述標準要求，可以利用直放站加定制的前后比很高的定向天線，將編組站1個O4的覆蓋盡量固定在編組站范圍內，則編組站對鄭西客專的場強干擾可降到較低水平，如此編組站BTS可以利用鄭西客專的相鄰頻點，從而就可以解決頻率規劃的問題。

采用此種方案前期需要在現場進行詳盡的場強測試以確定直放站具體數量與位置，并且后期需要做大量的優化工作。

5 其他問題

新豐鎮地區GSM-R系統的設計存在較大的難點，上述方案僅僅從設計上解決了問題。但編組站與客專GSM-R接入同一個MSC，怎樣保證編組站移動臺開機不接入客專所設BTS，客專列控移動臺在新豐鎮地區不接入編組站所設BTS，則需要在設備上解決。

如此，則暫時解決了新豐鎮樞紐地區GSM-R系統設計的難題，但隨著包西線、寧西線GSM-R系統建設，隴海線GSM-R系統改造，新豐鎮樞紐地區GSM-R系統在現有4M帶寬下越來越難設計，其他樞紐地區也會出現類似的難題，目前能看到的出路就是向國家無委申請更多的GSM-R頻點。

[1]張秀寧．GSM-R網絡無線資源管理關鍵技術在編組場的應用研究[D]．北京：北京交通大學，2009．

[2]索海艷．GSM-R編組站的互聯互通及無線網絡規劃[D]．北京：北京交通大學，2008.