合蚌客運專線特殊區段GSM-R方案研究與探討

2011-05-30 01:51:26沈吟

鐵道標準設計 2011年8期

關鍵詞：設置

沈吟

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

1 概述

合肥至蚌埠客運專線沿蚌淮高速公路跨合徐高速公路、水蚌鐵路、窯河，經淮南市，與淮南鐵路并行。經長豐縣，至合肥市，線路大致呈南北走向，全長130.589 km。合蚌客運專線北連京滬高速鐵路，南接合肥樞紐，與合寧、合武鐵路相銜接，是京滬高速鐵路與滬漢蓉客運通道間的快速連通線，也是京福高速鐵路的重要組成部分。鐵路等級為雙線客運專線，列車速度目標值為350 km/h，GSM-R系統作為鐵路綜合數字移動通信平臺，不僅需要提供話音業務和數據業務，還必須滿足最高時速下移動通信業務的需要，以及列車控制系統對傳輸通道的需求。合蚌客運專線存在部分復雜、特殊區段，這些區段通過窯河泄洪區、與京滬高速鐵路并線、與蚌福聯絡線并線、位于合肥樞紐區等。在這些區段，需要對GSM-R系統方案進行特別研究，以保證通信的持續性和可靠性。

2 特殊區段GSM-R方案分析

合蚌客運專線及合肥樞紐工程新建基站46處，其中區間基站41處、車站基站5處，包括在京滬高速鐵路的JH1226、JH1301基站，合武線的HFD-THD02基站，合寧線的合肥車站基站增加基站。復雜、特殊區段方案研究如下。

2.1 合蚌客運專線與京滬高速鐵路在蚌埠并線區段

因合蚌客運專線北聯建設中的京滬高速鐵路，并線區段的GSM-R系統需統籌考慮。京滬高速鐵路已先于合蚌客運專線設置基站，故在與京滬高速鐵路并線區段，合蚌客運專線基站設置需結合京滬高速鐵路已設置情況。并線區段示意如圖1所示。

考慮蚌埠站提前實施，蚌埠站基站設備接入京滬BSC。蚌埠站設同址雙套基站，受頻率規劃限制，站型按照C2+1(2載頻主用，1載頻備用)和C1+1(1載頻主用，1載頻備用)配置。

圖1 與京滬高鐵并線區段GSM-R系統示意

(1)JH1226基站位于京滬與合蚌的分叉口，考慮其重要性，按照同址雙套基站設置，接入京滬BSC，并接入與既有JH1226 C2基站不同的京滬基站環。雙套基站按C2和C1+1站型配置，C1+1基站設備布置在既有JH1226基站機房。C2基站往蚌埠站方向增加1副天饋，利用JH1226基站既有50 m鐵塔上層平臺架設，C1+1基站3副天饋利用下層平臺架設。

(2)JH1300基站，位于蚌埠南站，站型配置為C4，本工程利用此處基站對合蚌進行覆蓋，不再重復設置基站。

(3)JH1301基站位于京滬與合蚌的分叉口，同樣按照同址雙套基站設置，接入京滬BSC，并接入與既有JH1301 C2基站不同的京滬基站環。雙套基站按C2和C1+1站型配置，C1+1基站設備布置在既有JH1301基站機房，并接入近端機等設備。C2基站往合蚌叉出去的上行線增加1副天饋，利用JH1301基站既有50 m鐵塔上層平臺架設，C1+1基站3副天饋利用下層平臺架設。

(4)為避免合蚌下行動車切換到JH1302基站，引起掉話，建議取消JH1302基站，將其移設到JH1303，即JH1303同址設置雙套基站設備，站型按照C2和C1+1配置;JH1302的近端機移設到JH1301，用于連接新設的C1+1基站。

(5)在JH1301基站附近合蚌與京滬分開，合蚌的上行線與下行線也分開，因此合蚌DSK4+500、DSK6+450和DK6+500三處基站可按C1站型配置。合蚌上行線的DSK6+450基站，下行線的DK6+500基站，與DK9+500基站的切換是單向切換，可以通過相鄰關系的設置來避免交叉點切換混亂的情況出現，因此只在DK9+500處設置1套C2基站即可。

2.2 窯河泄洪區區段

(1)合蚌客運專線DK36+600至DK39+100為跨越窯河區段。因窯河有泄洪要求，百年一遇泄洪控制水位為23.98 m。DK35+100至DK40+050段地表高度為21 m，此段均受泄洪影響，無法建設基站機房。窯河起點最近基站站址為DK35+100，終點最近基站站址為DK40+840，因此在5.74 km距離之內無法設置基站。對于時速350 km/h的客運專線，如此長的距離，顯然不能保證語音和數據的可靠傳輸。對此困難地段，傳統解決方案是放置基站的光纖直放站遠端。遠端機為室外型，放置在鐵塔上，以高于洪水位，用此方式來解決此段覆蓋問題，經分析，此方案存在以下兩點問題。

①兩直放站遠端機之間距離遠，場強較弱。O2站型基站所帶直放站遠端機的發射功率一般為5 W，有效覆蓋距離為1～2 km。速度350 km/h的高速鐵路，在保證兩次切換時間(約8 s或10 s)情況下，切換區距離=350 km/h×10 s/3 600≈972 m，切換區域約為1 km。因此，這樣的覆蓋電平，能否保證列車控制系統的性能有待于驗證。

②基站與遠端機存在時延過大問題，容易引起干擾和誤碼。光纖直放站存在1個重要的時延限制，即多徑時延限制。直放站信號實際上可以被認為是時延較大、強度較高的基站信號的多徑成分。當基站信號與直放站信號轉換，或同一小區的2個直放站之間轉換2路信號C/I值不大于9 dB(工程設計一般取12 dB)時，要求時延差不大于15 μs(理論極限值)。光纖直放站時延示意見圖2。

圖2 光纖直放站時延示意

(2)如果移動臺(A點)處于基站側，即 D1=0，D2=D。此時Tb=0。BTS射頻信號經光纖直放站、光纖和空間到達 A 點的時延:Tr=Dr+Df+D2×3.333 μs其中:Df=D×5 μs(Df=距離 D/信號在光纖中的傳播速度)，Dr=直放站遠端機處理時延，取 1 μs，D2=D。兩路信號到達A點的時延差:ΔT=Tr-Tb=Dr+D×5 μs+D×3.333 μs=1 μs+D×5 μs+D×3.333 μs≤15 μs可得:D≤1.68 km。關于15 μs，如果考慮工程預留，按13 μs計算，則距離D為1.44 km。

(3)以上計算是時延極限情況下的計算，考慮到此處(A點)兩個信號差大于12 dB時，信號差別較大，時延帶來干擾可以不考慮。由于基站信號與直放站信號差在12 dB的位置，無法準確確定，故在實際工程中，可以適當增加距離D。但實際距離還需結合環境進行確認。經過分析，本方案中，直放站與基站的距離較大，可能存在時延問題，考慮工程預留，一般建議不大于1.5 km，故對此方案需進一步優化。

(4)根據計算和收集實測數據，在DK35+100與DK40+840處利用設置共站址雙網冗余方案，站型按照C2+C1配置。能解決該特殊區段的覆蓋問題。此區段基站設置如圖3所示。