鐵路樞紐地區GSM-R系統網絡改造的探討與研究

丁　杰　上海鐵路局上海通信段

隨著我國高速鐵路建設和既有鐵路電氣化改造的不斷推進，GSM-R系統已經成為無線通信的標準配置，由于受到頻率資源、既有無線通信制式、調度臺設置等因素限制，鐵路樞紐地區的GSM-R無線網絡應用還存在諸多的問題和難點，通過對中國鐵路上海局集團有限公司合肥鐵路樞紐地區合蕪線接入引起的GSM-R網絡改造的探討和研究，研究了樞紐地區GSM-R網絡改造過程中可能產生的問題和一些基本的解決思路。

1　GSM-R網絡系統改造背景

現在我國鐵路在用的列車無線調度通信系統有兩種制式：450MHz無線調度通信系統（目前主要用于既有普速鐵路上的普通客車和貨運列車）和鐵路數字移動通信系統（簡稱GSM-R系統，主要用于新建的客運專線和新批復改造的鐵路）。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，我國鐵路目前使用的無線調度通信系統的無線通信專用頻率（450MHz）已由工信部收回，因此需對鐵路目前正在使用的無線調度通信系統進行全面的改造升級，改造的方案是將450MHz無線調度通信系統全部改造成GSM-R系統。

2　合肥樞紐地區現狀

隨著合肥樞紐地區客運專線的規劃建設，合肥鐵路樞紐逐步形成“連六線、銜七城”的大格局，從而確立了在全國鐵路網中的樞紐地位。合肥樞紐地區的GSM-R網絡建設從2007年合寧線建設開始，后續在合武、合蚌、南環、寧西、合福等線路的建設時，都對合肥樞紐地區的GSM-R網絡進行了優化改造，合肥鐵路樞紐的特點是鐵路線路交錯、行車組織多樣、網絡情況復雜。

2.1　線路及車站基本情況

合肥樞紐地區主要匯聚了以下線路，高速鐵路主要有合福高鐵、合蚌客專、合寧客專、合武客專；普速鐵路主要有寧西線、淮南線（水合）、淮南線（合蕪）、合九線。樞紐地區內主要有南環線、桃東線、合蕪繞行線、淮南繞行線、合肥新客線、蚌福聯絡線、淮南直通線。主要車站有合肥南站、合肥站、合肥北城站、肥東站、長安集站等12個車站。合肥樞紐線路示意圖如圖1所示。

圖1　合肥樞紐線路示意圖

2.2　既有調度區段情況

合肥樞紐地區涉及四個調度區段，分別為合肥樞紐臺、寧武臺、淮南臺、寧西臺。樞紐地區各車站根據調度臺管轄范圍，分別設置車站調度值班臺，各站有線調度系統設置情況見表1。

表1　合肥地區車站那調度臺設置情況表

2.3　既有GSM-R站點情況

合肥樞紐地區GSM-R站點目前主要以合寧、合武、南環線基站為主，形成以長安集站、肥東站和合肥北城站為頂點的三角形包圍結構，共有21座GSM-R基站。

3　改造過程中存在的難點問題

樞紐地區的GSM-R網絡改造受地域條件、頻率資源分配、多線并線等因素的影響，主要存在以下難點：

（1）頻率資源緊張，頻率規劃難度大

我國GSM-R頻率帶寬只有4MHz，在樞紐地區，日益增長的鐵路業務需求和緊張的無線頻率資源之間的矛盾變得十分突出，現有的大型鐵路樞紐地區已經呈現出頻率資源緊張的勢頭，對建設、運營、維護等方面造成不利影響，頻率資源緊張，導致樞紐地區的無線解決方案十分復雜。

（2）樞紐地區方案反復調整，沒有統籌規劃

樞紐地區線路眾多，目前樞紐地區基站大都由各條線路分別建設，缺少對樞紐地區的統籌考慮，各條客專線路、新建線路在GSM-R網絡設計時，沒有統籌考慮全部接入需求，在各線設計時需要對樞紐地區GSM-R基站設置方案、頻率規劃方案進行反復調整。

（3）無線干擾問題突出

樞紐地區人口密度大，公眾移動通信發達，網絡覆蓋密集，頻點使用復雜，還有一些未知大功率無線電信號，這些因素都導致樞紐地區的無線干擾問題非常突出，在新建站點的規劃時需要充分考慮干擾考因素合理設置頻率和覆蓋范圍。

（4）機車需要多次改變CIR運用方式

由于樞紐地區線路復雜，運行的機車、車輛種類繁多，各線的通信運用模式、歸屬的調度區段、運輸組織方式都有所不同，導致一些通過樞紐地區的機車需要多次切換CIR的運用方式，增加了司機的操作。

（5）有線調度系統組網復雜

樞紐地區車站普遍存在多個場的問題，各個場歸屬于不同的調度臺，在車站設置了不同的車站值班臺分別接入不同的調度系統，由于設備制式和專業間的管理壁壘，各車站調度臺無法整合。

（6）存在鐵路運營線路共用問題

鐵路樞紐地區存在較多的鐵路線路共用或不同線路鄰近距離較近的問題，在進行GSM-R網覆蓋時都會統籌考慮，不同線別在同一小區內覆蓋的情況非常普遍，這使得短號碼資源的分配、組呼數據制作、CIR數據規劃制作都比較復雜。

4　解決措施和方法

合肥樞紐地區的GSM-R網路改造項目在實施前，已經經過6次較大的網絡改造，樞紐地區基本實現了GSM-R網絡和450MHz網絡的全覆蓋，因此在合蕪線GSM-R網絡改造過程中對樞紐地區的物理網絡調整較小，主要是網絡數據層面的調整和調度指揮方式上的調整。

4.1　統籌規劃合肥樞紐地區的GSM-R網絡

通過對合肥樞紐地區GSM-R網絡統籌規劃，實現合肥樞紐地區連接的各線之間無線網絡的合理布局，實現通信基礎設施資源優化配置，減少因規劃不合理引起的相互影響和不必要的投資浪費。合理配置樞紐地區的GSM-R無線網頻率，消除樞紐地區各線間和交叉區段的無線網間頻率干擾，實現GSM-R無線網資源最大化共享，保障整個樞紐地區GSM-R系統通信服務質量。

4.1.1站點規劃

合蕪線（合肥東—蕪湖）正線由合肥東站引出，經撮鎮、橋頭集引出合肥樞紐。在三十里鋪至撮鎮區間、撮鎮至橋頭集區間設置O2基站，撮鎮、橋頭集設置O3基站。考慮到該區域GSM-R基站布點比較密集，頻率資源比較緊張，將撮鎮、橋頭集O3基站改為O2基站，SSLP-CZ01基站由O2改為O1+1。正線自北向南引出合肥東站的切換順序為：HeFeiDong→LuoGang→SanShiLiPu→SSLP-CZ01→CuoZhen→CZ-QTJ01→QiaoTouJi。統籌后續新建商合杭以及合九線的改造，合肥樞紐內桃東、羅東、新客、合九引入等線路覆蓋由已建的GSM-R基站提供，不需單獨設置基站。合肥南動車所、合肥存車場利用正線GSM-R基站覆蓋，橋頭集庫檢點單獨設置GSM-R基站提供無線覆蓋。合肥樞紐地區站點規劃如表2所示。

表2　合肥地區GSM-R站點規劃表

4.1.2頻率規劃

在統籌考慮減少對已經建成線路影響的前提下，合理規劃本工程頻率資源，同步考慮后續項目的頻率資源占用情況，對合肥樞紐地區預留基站頻率規劃及本工作基站頻率規劃如表3所示。

表3　合肥樞紐GSM-R基站頻率規劃表

4.2　合肥樞紐地區無線調度指揮

合肥樞紐地區原有無線調度指揮形式是：動車和寧西線普通列車采用GSM-R與車站和調度員通信，其余普通機車采用450M與車站和調度員通信，合蕪線開通后具備樞紐地區全部采用GSM-R進行行車組織的條件。

4.2.1兩種方案的優缺點

方案一：樞紐地區全部采用GSM-R方式通信，優點是車站值班員不需要在FAS臺和無線車站臺間切換，語音通話清晰。缺點是普通客車的調車作業使用GSM-R系統聯系不方便，合肥東環場、淮南線、合九線的列車需要多次轉換CIR運用模式。

方案二：保持既有機車450M的運用模式，啟用合蕪線全線采用GSM-R通信模式。優點是對既有線路行車組織模式影響小，CIR數據變換量也較小，工程實施簡單。缺點是樞紐地區行車組織形式不統一，同一區段下車站值班員在進行調度指揮時要區分列車類別。

4.2.2確定方案

考慮到合肥地區GSM-R網絡改造還未全部完成，經過同運輸部門的充分溝通協商，決定采用方案二，在合肥、合肥東往三十里鋪站交叉點（三十里鋪進站前）設置網絡切換點，增加淮南線(合蕪段)的GSM-R線路數據，包括相關的線路提示點、選線列表、站名顯示、短號碼等數據，工程實施后合肥樞紐地區無線調度指揮形式如圖2。

圖2　合肥地區無線調度系統線別選擇圖

5　樞紐地區無線調度通信改造的啟示

通過合肥樞紐地區合蕪線GSM-R改造的探索和研究，可以看出樞紐地區改造中面臨的困難和不足，雖然通過后期合理規劃也能達到預期目標，但實施難度和成本都成倍增加。

啟示一：樞紐地區GSM-R網絡改造應統籌規劃統一實施。樞紐地區GSM-R網絡改造應統籌規劃站點和頻率資源，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，有條件的樞紐地區應統一實施改造，避免后期不同項目間干擾和多次調整，減少工程廢棄和相互影響。

啟示二：樞紐地區的網絡建設應與調度臺設置同步。大型樞紐地區應設置樞紐調度臺，實施樞紐地區的集中統一調度，網絡建設也應統一制式，具備條件的樞紐地區GSM-R網改造中應盡量單獨設置BSC設備統一組網。

啟示三：盡量減少單小區場強覆蓋范圍。考慮到樞紐內電磁環境復雜，GSM-R智能網基于位置尋址通信等方面的要求，優先考慮以獨立的車站為單位規劃設置獨立的無線小區，且盡可能減少小區覆蓋范圍。樞紐地區應盡量不使用直放站組網，確有需要可以考慮分布式基站組網，避免產生不必要的網內干擾，確保GSM-R網絡質量。

啟示四：關注交叉并線區段的規劃。線路平行和交越（交匯）地段，無線網規劃應以高等級線路的小區規劃為基礎，對于有兩條鐵路線或更多條鐵路線路交叉區域，基站的設置應充分考慮各線等級因素設置在各線的線路交叉點附近，充分考慮采用多天線覆蓋的方式，覆蓋交叉點所有各鐵路線方向。

啟示五：合理分配頻率資源。GSM-R系統頻率規劃分配上應避免同頻道干擾、鄰頻道干擾和互調干擾等因素，同小區下的業務信道載波間隔設置應不小于400kHz，相鄰小區的控制信道及業務信道載波間隔同樣也應不小于400kHz。

[1]《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》（鐵總運[2014]252號）.

[2]《中國鐵路總公司關于既有普速鐵路450MHz無線列調改建GSM-R系統方案優化的指導意見》（鐵總運[2013]189號）.

[3]《鐵路GSM-R數字移動通信系統網絡技術規劃》.

[4]《鐵路GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定》（鐵建設[2007]92號文）.

[5]《鐵路數字調度通信系統及專用無線通信系統設計規范》（TB10086-2009）.