鐵路樞紐地區GSM-R網絡規劃研究

李 竑任啟軍徐德龍馬 君

(1．上海局電務處，上海 200071；2．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073)

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鐵路樞紐地區GSM-R網絡規劃研究

李 竑1任啟軍1徐德龍1馬 君2

(1．上海局電務處，上海 200071；2．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073)

摘要：以上海鐵路局樞紐地區規劃為例，探討鐵路樞紐地區GSM-R無線網絡規劃中BSC規劃、站點規劃及頻率分配等重點、難點問題。

關鍵詞：樞紐地區；GSM-R；規劃

Abstract:Taking railway junction areas of Shanghai Railway Administration as an example, the paper discusses the solutions to some important and dif fi cult issues such as BSC planning, BTS planning and frequency allocation in GSM-R wireless network planning in railway junction areas.

Keywords:railway junction area; GSM-R; network planning

根據《中國鐵路總公司關于調整鐵路專用無線通信業務和頻率有關工作的通知》（鐵總運函［2014］31號）文件，我國鐵路無線調度通信系統的無線通信專用頻率（450 MHz）已由工信部收回，需抓緊著手對目前我國鐵路450 MHz無線調度通信系統進行制式改造。現在全路在用的列車無線調度通信系統制式有2種，即450 MHz無線調度通信系統（主要用于既有普速鐵路）和鐵路綜合數字無線通信系統（簡稱GSM-R系統，主要用于客運專線和新建鐵路），改造方案是將450 MHz系統全部改造成GSM-R系統。該項改造工程工作量很大，主要的技術難點是鐵路樞紐地區、客運專線與既有線并線交匯等特殊區域的GSM-R網絡規劃。

鐵路樞紐地區的地形條件復雜、線路多樣，是眾多客運專線、既有客運、貨運線及聯絡線、繞行線交匯地區，樞紐地區日益增長的業務需求和緊張的無線頻率資源之間存在矛盾。除此之外，隨著GSM-R線路的建設，樞紐地區GSM-R無線站點布置、頻率規劃方案存在反復調整的情況，缺少統籌考慮。因此，有必要對樞紐地區GSM-R無線網絡進行統一規劃。

1　概述

1.1規劃目標

1）通過對樞紐地區、特殊區域以及BSC的統籌規劃，實現各線之間無線網絡的合理銜接，優化通信基礎設施資源配置，減少工程廢棄和相互影響。

2）合理配置特殊區域GSM-R無線網頻率，消除各線無線網間頻率干擾，實現GSM-R無線網資源共享，保障GSM-R系統服務質量。

3）完善和優化上海局核心網系統，建設技術先進、結構清晰、安全可靠的移動通信網絡，為高鐵、客專、城際、既有普速鐵路移動通信系統提供安全可靠的平臺。

1.2規劃原則

1）無線網規劃根據鐵路路網中長期規劃、“十二五”鐵路通信網規劃和鐵路局通信網規劃，結合新線建設和既有線列車無線調度通信系統改造，按統一規劃、分步實施、持續完善的原則進行。

2）對BSC設置地點及接入線路進行規劃時，結合高速、普速鐵路運輸組織方式和養護維修特點，兼顧運用和維護的需要。

3）以既有和在建的GSM-R網絡為基礎，按照各線均裝備GSM-R系統的要求進行規劃。規劃和建設時，優先保障高等級線路運用，最大限度減少對既有無線網絡物理設施的調整。

1.3規劃指標

樞紐地區GSM-R無線網絡規劃涉及工程設計各項指標，滿足《鐵路GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定》要求。

2　BSC冗余規劃

BSC（含PCU）的冗余備份需根據設備自身特點，基于現網基站設置情況，從提高系統可靠性及操作難易程度等方面綜合考慮。根據上海局GSM-R無線網現狀，BSC（含PCU）設備級冗余備份有以下兩種方式。

1）BSC熱備份

BSC熱備份方案一如圖1所示，主備兩個BSC同時物理連接相同的MSC（MGW）/SGSN 和BTS。正常情況下，主用BSC與MSC/SGSN 和BTS通信，承擔全部工作；備用BSC與MSC/ SGSN和BTS僅保持物理連接。主備用BSC之間沒有直接的物理連接，兩者之間的心跳消息通過A接口信令鏈路所在2 M的單個時隙進行透傳，由MSC提供信令轉接功能。當滿足倒換條件后，備用BSC可以自動完成倒換，接替原主用BSC管理BTS和與核心網設備通信的任務。

該GSM-R無線子系統冗余方案的特點如下：

*基站環兩端基站分別接入主備用BSC，可保證在BSC發生故障時BTS的無縫倒接。

*BTS需配置4個2 M端口，硬件均支持分別接入兩個BSC，無需進行硬件改造或升級，只需增加傳輸鏈路即可。

*網絡配置簡單，無需對單網交織的網絡結構進行改變，只需BTS版本支持即可，但須對基站環上的全部基站進行版本升級。

2）BSC冷備份

BSC冷備份系統結構如圖2所示，主要是通過傳輸系統實現BSC的N+1冷備份。此方案需通過網管顯示BSC故障，并通過人工干預的方式進行故障檢測及判決。備用BSC日常可下掛測試基站上電運行或保持斷電狀態，但定期應對其硬件設備進行健康性檢查，對其軟件版本和數據庫進行人工核查。

此方案需要注意的事項：

確保備用BSC的硬件配置不小于現網BSC的配置；確保備用BSC采用的軟件版本與現網運行的BSC軟件版本一致；定期對備用BSC進行上電檢查；定期對備用BSC數據庫進行更新，與現網保持一致。

3　站點規劃

3.1基站站點規劃

3.1.1基站規劃原則

考慮到樞紐內電磁環境復雜，在市中心鐵路沿線可能出現較高的樓宇影響GSM-R無線信號的傳播，應在理論計算的基礎上再留出余量。結合樞紐內線路交叉、并線具體情況，基站站點規劃應符合以下原則。

1）為滿足GSM-R智能網基于位置尋址通信的要求，優先在車站規劃設置獨立的無線小區。

2）線路平行和交越（交匯）地段，無線網規劃以高等級線路的小區規劃為基礎，兼顧低等級線路的運用需要；相同等級的線路，優先以承載重要業務的線路進行無線網規劃。

3）機車和動車組檢修作業區域盡量單獨設置基站小區，根據業務需要和檢修作業量規劃信道容量。

4）對于有兩條或多條線路交叉區域，基站盡量設置在線路交叉點附近，并設置覆蓋交叉點所有鐵路方向的天線。

5）基站盡量設置在彎道附近，基站站址不能滿足在彎道處設置基站，需采取必要的網絡優化措施，避免在彎道區域發生乒乓切換等問題。

6）樞紐內盡量少設直放站，以避免產生網內干擾，保障GSM-R無線網絡穩定可靠。

7）選址時細致分析河流、水位資料，落實洪區、蓄洪區、洪水位、內澇水位等基本概念，特別注意要規避干涸的河道（分洪區）。

8）關注站址所在地區空軍、機場等對鐵塔高度的要求，在臨近機場等航空管制區域范圍內設置基站時，提前考慮凈空和市政規劃要求，盡可能在滿足G網覆蓋的前提下降低鐵塔高度。

9）在滿足系統技術要求的前提下進行綜合、集約化選址，盡可能與牽引供電、電力、信號等專業設施同址設置，盡量使用大型臨時用地。

10）基站選址盡可能靠近既有道路，方便運營維護。

11）基站設置優先按線覆蓋，綜合考慮不同等級線路維修天窗、環評等因素。

3.1.2杭州樞紐基站規劃方案

隨著客運專線的建設，杭州樞紐已逐步形成銜接滬昆、宣杭、蕭甬、寧杭、杭黃鐵路以及滬杭、杭甬、杭長客專等8條干線，上海、南京、蕪湖、黃山、金華和寧波6個方向的大型鐵路樞紐。

杭州樞紐地區滬寧城際鐵路、寧杭城際鐵路、杭甬客專、杭長客專GSM-R系統均已建，采用單網交織的無線組網方式；杭黃客專、商合杭客專GSM-R系統在建，采用普通單網的無線組網方式。滬昆線、宣杭線、蕭甬線等既有線GSM-R系統待規劃，均采用普通單網的無線組網方式。

考慮到杭州樞紐內杭州東、杭州南、杭州站周邊地區頻率資源非常緊張，在杭長客專、杭甬客專建設階段已反復對該區域頻率配置進行調整，因此建議杭州樞紐內滬昆線、滬昆繞行線的規劃基站均采用O1+1站型。

另外，對于利用已建基站、未單獨規劃基站的既有線車站，建議通過短號碼分配實現位置尋址等業務應用。

3.2 既有線基站容量規劃

既有線GSM－R業務主要考慮個別呼叫、組呼叫、廣播呼叫、GPRS數據業務等。根據相關規范，參照鐵路移動用戶忙時話務量進行理論計算，并綜合考慮既有線GSM-R實際應用情況，得到既有線基站載頻配置需求。

對于車站基站，經計算，既有線大型車站需要的總信道數為14個，一般車站需要的總信道數為11個，可配置2載頻。綜合考慮既有線GSM-R實際應用情況，對已開通京九線上海局管內各車站基站24 h話務量峰值進行統計分析，如表1所示，可以看出單載頻也可滿足業務需求。因此，對于特殊區段的個別車站基站，考慮到樞紐地區頻率資源比較緊張，且為了便于維護，也可采用1（主）+1（備）載頻基站。

表1　京九線車站基站話務統計數據

對于區間基站，經計算，既有線區間基站需要的總信道數為7個，可配置單載頻。考慮到便于維

護，且提高設備可靠性，建議采用1（主）+1（備）載頻基站，或在頻率資源相對充足區段，采用2載頻基站。

3.3分布式基站應用

除了傳統基站方案，部分既有線及樞紐地區規劃時會采用分布式基站方案，達到減少房建等基礎設施建設、緩解頻率資源緊張等目的。分布式基站有共載頻和不共載頻兩種方式，各廠家實現方式有所不同，在頻率資源分配時也有所區別。因此，應針對不同樞紐GSM-R無線網絡建設現狀，合理地選擇分布式基站。

4　小結

通過對樞紐地區GSM-R無線網絡規劃的研究，可結合局內新線建設和鐵路局通信網規劃，統籌各線GSM-R無線網建設需要，制定局內鐵路樞紐地區及特殊地區的GSM-R無線網規劃，為局內相關線路GSM-R無線網的設計及實施提供條件，減少后續網絡對既有網絡的影響，實現各線之間GSM-R無線網的無縫銜接，優化通信基礎設施資源，同時通過合理配置樞紐地區的GSM-R無線網頻率，實現GSM-R無線網資源共享，保障GSM-R系統服務質量。

參考文獻

[1]鐵總運[2014]252號 中國鐵路總公司關于做好特殊區域GSM-R無線網規劃工作的意見[S].

[2]鐵建設[2007]92號 中華人民共和國鐵道部《鐵路GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定[S].

收稿日期：（2015-06-29）

基金項目：上海鐵路局科研項目（2015082）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.004