大型鐵路樞紐GSM-R系統規劃的探討

吳浠橋 向志華 梁 瑩

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

大型鐵路樞紐GSM-R系統規劃的探討

吳浠橋 向志華 梁 瑩

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

GSM-R系統是保障調度指揮和行車安全的重要手段。在大型鐵路樞紐內，線路眾多，地形復雜，且樞紐內各線的建設工期不一致，GSM-R系統在大型鐵路樞紐內必須進行規劃。本文從“GSM-R承載的業務”；“BSC接入方案規劃”；“GSM-R無線覆蓋、容量和干擾的平衡”3個方面對GSM-R網絡規劃進行了論述，在論述過程中，結合了貴陽樞紐和成都樞紐的實際情況，并且對樞紐內重點區域通過電子地圖和軟件進行了模擬分析。所以，做好大型鐵路樞紐GSM-R系統規劃，能減少后續網絡建設對既有網絡的影響，保證資源節約和行車安全。

GSM-R規劃；同頻干擾；GSM-R短號碼

1　概述

GSM-R是鐵路無線通信最重要的系統，是一個綜合業務的鐵路數字移動通信平臺，提供列車調度、列車控制、區間維修、應急搶險等語音和數據傳輸業務，是滿足鐵路運輸指揮和生產需要，適應鐵路信息化發展，保證鐵路運輸能力、提高鐵路綜合效益的有力技術支持和保障。

中國GSM-R系統僅分配了2×4 MHz帶寬資源，共計19個可用頻點，頻率資源有限。隨著中國高速鐵路的發展，越來越多的線路將采用GSM-R系統，同時根據工信部和鐵路總公司各種政策性文件，既有線的無線列調系統將全部改建為GSM-R系統。如果各線路GSM-R系統獨立規劃、建設，空間無線信號將相互影響，容易造成嚴重的相互干擾，在這些區域容易造成移動臺無線接入、小區重選、切換混亂，影響行車安全和調度指揮。

鑒于上述問題，對大型鐵路樞紐應“統一規劃、分步實施、持續發展的規劃建設”，實現樞紐內GSM-R系統資源共享、提高通信網絡的質量及安全可靠性，減少后續網絡建設對既有網絡的影響，同時提高資金的利用率。

本文將以貴陽和成都樞紐為列，對大型鐵路樞紐的GSM-R系統規劃進行探討。

貴陽樞紐和成都樞紐是中國西南重要的鐵路交通樞紐。貴陽樞紐現銜接川黔、滬昆、黔桂3條普速鐵路干線，貴廣客專、貴開客專、長昆客專等多條疏解和聯絡線路；貴陽樞紐在建鐵路有渝黔、成貴客專等；成都樞紐現銜接寶成線、達成線、成渝線、遂成線、成昆線、成灌線、西成客專、成貴客專以及樞紐北環線等線路；成都樞紐在建鐵路有成渝客專、成蒲線和成蘭線。這兩個樞紐已經形成大型環型樞紐格局，如圖1、2所示。

樞紐內有客貨共線、客專、貨車線等各種類型、等級、時速的鐵路，移動通信業務需求多樣，且GSM-R系統頻率資源有限和無線通信系統的開放性，各鐵路線的工期不一致等特點造成樞紐地區GSM-R網絡規劃困難。如果不對樞紐內GSM-R系統進行統一規劃，會造成后續工程方案設計和實施困難、廢棄工程多、方案不合理、服務質量（QoS）差等后果，影響系統正常運用，從而影響鐵路運輸的安全和效率。

樞紐內GSM-R網絡規劃可以從幾個方面考慮：1）GSM-R承載的業務；2）BSC接入方案規劃；3）無線覆蓋、容量和干擾的平衡。

2　GSM-R承載的業務

GSM-R作為多業務平臺可實現語音通信及數據傳輸等多種業務，但鐵路樞紐地區無線語音和數據業務需求繁多，包括列車調度通信語音和數據業務，編組站調車、列檢、貨運等業務，客運站綜合業務等。由于頻率資源的關系，GSM-R系統容量有限，難以承載全部業務。為更好發揮GSM-R系統在調度指揮中的作用，規劃中提出以GSM-R系統為主，同時利用其他無線通信系統作為補充的方式，分類承載樞紐內各種移動通信業務。

客運無線通信采用數字式無線通信系統。一方面分流GSM-R系統的用戶，同時實現語音、數據傳輸等業務需求；另一方面可以將鐵路各種信息資源進行有效整合共享、發揮整體效益，提高鐵路服務質量和安全管理水平。客站數字無線系統應與鐵路既有的各種信息系統如TMIS、DMIS/CTC系統進行互聯互通，實現信息共享及實時更新。在公共安全保障方面，客站數字無線系統通過優先級設置、緊急呼叫等功能，提供地震、火災、反恐維穩等應急通信功能，并能與原鐵道部、路局、公安應急通信系統互聯，有效提高應對突發事件的響應時間和聯動能力。

編組站調度、車號商檢和列檢業務無線通信采用400 MHz數字式無線通信系統，滿足《鐵路平面無線調車設備技術條件》（TBT2834-2002）中對調車作業的指標要求，同時具備調車單傳送、編組站語音單呼、組呼等業務。貴陽南編組站建議采用數字平調系統，同時將編組站內車號商檢、列檢業務和列尾等業務與GSM-R系統分離。

3　BSC接入方案規劃

由于鐵路樞紐引入線路較多，各線可能均會在樞紐內設置BSC/PCU設備，如不進行BSC接入基站的統一規劃，將會使列車在樞紐內運行時出現頻繁的跨BSC切換，影響通信質量，同時會導致樞紐內設備數量較多，給運營維護帶來諸多不便。由于樞紐內GSM-R系統的可靠性要求較高，一旦業務中斷，會影響到各個線路的運輸生產，因此還應考慮保護措施。

樞紐BSC規劃從下面兩個方面進行論述。

1）根據調度臺劃分和維護管理需求合理確定BSC數量和冗余方式，防止設備維護倒換影響過多線路行車指揮。

2）樞紐內相鄰線和并行線的基站盡量歸為統一BSC控制，結合機車交路劃分BSC控制范圍，減少機車綜合無線通信設備（CIR）跨BSC切換次數。

下面以貴陽樞紐和成都樞紐為例，說明一下樞紐的規劃。

3.1貴陽樞紐

貴陽樞紐，為規劃較早的樞紐，在各線的建設前期，應嚴格按照上述原則進行規劃。采用客專和普速鐵路分別設置BSC的方式，如圖3所示。貴陽樞紐設置1套1+1冗余備份的BSC，用于接入客運專線GSM-R系統；同時又單獨設置1套BSC/PCU，用于樞紐內既有線基站的接入。

貴陽樞紐規劃BSC的優勢如下.

1）減少樞紐內跨BSC切換，提高網絡通信質量；

2）方便維護管理、后期網絡優化和樞紐內其他線路基站的接入；

3）通過BSC的冗余熱備，提高樞紐內基站子系統的安全可靠性。

3.2成都樞紐

成都樞紐，由于規劃較晚，可以根據工程實際情況進行規劃，規劃方案如下：各線引入樞紐設置的基站，分別接入正線和既有設置的BSC，規劃結果如下：成灌線（已完成建設）和成綿樂客專（已完成建設）分別在成都設置BSC；成渝客專正線接入成渝客專工程的BSC；成渝客專、成昆線（正在建設）、成蒲線（正在建設）、寶成線引入樞紐利用成綿樂客專BSC；達成線、遂成線、成渝線、成花線既有線改造工程（未進行GSM-R改造），單獨設置1套BSC接入。如圖4所示。

如果成都樞紐改造既有BSC，使客運鐵路采用1+1主備冗余的BSC方式，改造過程存在如下問題：1）施工過程中，協調難度大，施工進度受運輸組織影響等；2）貨車線與客運專線用于維修管理的時間不一致，導致BSC擴容或者修改數據時，無法協調各線的運輸組織，影響線路運行。

這種規劃方式，便于減少同一線路的BSC切換，減少對既有基站的調整。

所以樞紐內的BSC規劃，能較早規劃最好；對規劃較晚的樞紐，也應盡量減少對既有基站的調整，同時減少不同BSC的頻繁切換。

4　無線覆蓋、容量和干擾的平衡

樞紐地區線路眾多，各線路交叉、并行，與正線相比，樞紐地區GSM-R用戶數量多，話務量大，因此，樞紐地區GSM-R工程需要考慮的因素多，設計復雜。在以往工程中，往往將覆蓋和容量作為GSM-R系統建設的重點，遇大型車站就設置多載頻基站，提高系統容量，同時不統籌考慮相鄰線并行、交叉區段的站點布置，最終會帶來嚴重后果，例如并行區段頻率無法分配、交叉區段切換點混亂，嚴重時導致用戶頻繁掉線，或鐵路樞紐整個GSM-R系統出現大面積擁塞，影響行車運輸。

因此，鐵路樞紐內GSM-R系統的建設，應該將問題的重點落實在干擾處理上，在充分認識和分析鐵路樞紐內造成干擾的因素和區段的基礎上，采用合理手段處理覆蓋和容量的問題，使鐵路樞紐內覆蓋、容量和干擾相互平衡。

下面以貴陽樞紐一個三角區域為例，如圖5所示。

假如此區域GSM-R網絡設計不統一規劃，按照各線考慮各自GSM-R網絡覆蓋，如圖6所示。

會造成如下問題：

1）頻繁切換。機車在長昆正線行車時，會完成1#、2#、3#、4#、5#、6#基站的4次切換，頻繁的切換，使列控類數據無法滿足傳輸無差錯時間TREC（傳輸恢復時間）指標，導致列控類數據丟失，影響列車運行安全。

2）造成誤切換。長昆鐵路正線行車時正常切換是1#、2#、3#、4#、5#、6#基站，但在三角形疏解區會誤切換至2#或者7#基站。

3）頻率資源緊張。長昆線GSM-R子系統采用交織單網方案，當長昆基站子系統處于降級模式時，在三角形區域可能出現同頻的情況，引起干擾，影響行車，從而在此區段無法進行頻率規劃。

為減少干擾和頻繁切換、誤切換，在分叉區采用同一基站信號。根據這一原則，調整GSM-R系統的基站布置（2#、3#、4#基站調整為1個基站）和基站的覆蓋范圍（增大5#基站的覆蓋范圍，減小6#、7#基站的覆蓋范圍，保證6#、7#基站（兩基站有高山阻擋）之間信號無法干擾），得到如下規劃結果：

根據模擬結果和長昆線和東北環、貴開線開通后的實測結果，此區域GSM-R覆蓋、干擾能滿足列車應用要求。

最后利用電子地圖模擬結果，如圖7、8所示。

5　結論

大型鐵路樞紐應緊密結合鐵路運輸生產的實際需要，按照 “統一規劃、分步實施、持續發展的規

劃建設思路”，對鐵路樞紐GSM-R網絡進行整體規劃；同時結合高速、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；達到無線覆蓋、容量及干擾的平衡，從而保障鐵路服務質量和安全管理水平。

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GSM-R system is crucial for ensuring the trains dispatching and operation safety. A large-scale railway junction station has complicated terrain and many lines constructed in different phases. So the GSM-R system for this kind of junction stations should be planed. The paper discusses the GSM-R network planning from the three aspects such as bearer services over the GSM-R system, BSC accessing plan, as well as the radio signals coverage, capacity and interference counteraction of the GSM-R network, and it also gives a simulated analysis of the key area in the junction stations through electric map and software combining with the actual conditions of Guiyang and Chengdu junction stations. It concludes that a well planned GSM-R system for the large-scale railway junction station can reduce the impact of following network construction on the existing network and ensure resources saving and train operation safety.

GSM-R network planning; same frequency interference; GSM-R short number

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.008

2016-04-20）

中國鐵路總公司重大課題研究項目（2014X005-A）