鹽通高鐵與寧啟鐵路交叉并線區段GSM-R方案研究

葛偉濤

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308)

1 概述

我國鐵路系統的快速發展使得普速鐵路與高速鐵路并行、交叉區段越來越多，但GSM-R 系統可用的頻道數量僅有19 個，實際工程中每個基站至少要配置兩個載頻，當不同等級鐵路并行區段較長時，若每條線分別使用獨立的GSM-R 系統和載頻進行無線覆蓋，在頻率規劃上難度較大。若低等級鐵路全部利用高等級鐵路既有GSM-R 系統進行無線覆蓋，在隧道、路塹等較多的復雜地形中可能無法實現。因此，隨著國內鐵路GSM-R 系統不斷發展，尤其是高鐵線路的大量建設，樞紐地區、交叉并線地區的GSM-R 系統引入難度也越來越大，因此，樞紐地區、交叉并線地區GSM-R 系統網絡規劃就顯得十分重要。如何很好地解決復雜地理條件下普速鐵路和高速鐵路并行區段GSM-R 系統的無線覆蓋問題，將是鐵路數字移動通信系統設計中的工作重點之一。

鹽通高鐵是一條連接江蘇省鹽城市與南通市的高速鐵路，是我國“八縱八橫”高速鐵路主通道之一“沿海通道”的重要組成部分。線路北起鹽城站，與徐宿淮鹽鐵路貫通，向南經鹽城市所轄的大豐區、東臺市，南通市所轄的海安縣、如皋市、通州區，引入滬蘇通鐵路南通西站。鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安、如皋南、國道村線路所、陳橋線路所附近交叉并線。為減小鹽通高鐵GSM-R 基站與既有寧啟鐵路基站的影響，保證交叉并線區段兩線正常運營，需對交叉并線區段GSM-R 覆蓋方案進行特殊設計。本文主要對鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安、如皋地區交叉并線區段GSM-R 覆蓋方案進行研究，并提出最終工程實施方案，以便類似工程參考借鑒。

2 與寧啟鐵路在海安站附近交叉并線段

鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK95+280 至鹽通、寧啟大里程方向逐漸并線，并線后進入既有海安站新建鹽通高速場。寧啟鐵路為200 km/h 的客貨混鐵路，信號采用CTCS-2 列控，GSM-R 采用單網覆蓋。鹽通高鐵設計時速為350 km，信號采用CTCS-3 列控系統。設計時速300 km 及以上的CTCS-3 列控區段，GSM-R 系統應采取場強冗余覆蓋等系統可靠性措施。交叉或多線并行區段可采用共用基站，因此，此區段有以下3 種方案。

方案一：分布式基站方案

鹽通高鐵在DK91+380、DK95+280、DK99+200（海安站）各設1 套基站，組成單網交織方案覆蓋鹽通高鐵，其中DK91+380、DK99+200 基站為宏基站，各設置2 副天線，分別指向鹽通大、小里程方向；DK95+280 基站為分布式基站，由基帶處理單元（BBU）和射頻拉遠單元（RRU）組成，該處RRU 設置3 副天線，分別指向鹽通大、小里程和寧啟K196+350 方向，并在寧啟K196+350既有機房內新設1 套RRU，通過短段光纜接入DK95+280 BBU。將寧啟K193+235 與DK95+280 BBU 建立切換關系，利用寧啟K193+235 基站、K196+350 RRU 和DK99+200 基站覆蓋寧啟鐵路。待鹽通高鐵基站開通后，關閉寧啟K196+350、K201+900 基站。方案一基站示意如圖1 所示。

圖1 方案一 分布式基站方案Fig.1 Solution 1:distributed base stations

方案二：數字直放站方案

與方案一相比，將DK95+280 分布式基站（BBU+RRU）改為宏基站、數字直放站近端機和數字直放站遠端機，將寧啟K196+350 新設的RRU改為數字直放站遠端機，其余與方案一相同。方案二基站示意如圖2 所示。

方案三：宏基站方案

與上述兩個方案不同的是，在DK95+280 設置宏基站，不關閉寧啟K196+350 基站。為了減小寧啟K196+350 基站對鹽通高鐵的影響，參考石濟客專與京滬高鐵交叉區域、商合杭鐵路與京九鐵路交叉區域的開通方案，將寧啟K196+350 指向寧啟大里程的天線關閉，即交匯地區鹽通高鐵仍由DK91+380、DK95+280、DK99+200 組成單網交織方案覆蓋，寧啟鐵路由寧啟K193+235、寧啟K196+350、DK95+280、DK99+200 基站覆蓋。方案三基站示意如圖3 所示。

圖2 方案二 數字直放站方案Fig.2 Solution 2:digital repeaters

圖3 方案三 宏基站方案Fig.3 Solution 3:macro base station

3 種方案優缺點如表1 所示。

表1 鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安站附近交叉并線方案對比分析Tab.1 Comparison between solutions for the intersecting sections and parallel sections near Hai 'an Station

以上3 種方案均能滿足兩條線路覆蓋需求，為了減小對既有鐵路的影響，參考已開通項目案例，結合運營單位意見，最終按照方案三進行實施。

3 與寧啟鐵路在DK99+200至DK119+715并線段

鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK99+200 至DK119+715 完全并線，并線長度約20.5 km。并線區段共涉及寧啟既有基站5 處，分別為寧啟K201+900、K206+300、K211+629、K216+978、K233+359。此區段有以下3 種覆蓋方案。

方案一：利用寧啟基站組成同站址雙網覆蓋

在寧啟鐵路基站對應鹽通高鐵一側各新設1 套基站，新設基站為2 載頻，接入鹽通基站控制器（BSC）。將既有寧啟鐵路基站調整為1 載頻，使得鹽通2 載頻基站與寧啟1 載頻基站組成同站址雙網覆蓋兩線并線段，鹽通基站主用，寧啟基站備用。

方案二：鹽通新建基站組成同站址雙網覆蓋

在寧啟鐵路基站對應鹽通高鐵一側新建2 套基站（O2+O1）組成同站址雙網覆蓋，基站配套傳輸及電源按照2 套設置，新設基站均接入鹽通BSC，待鹽通高鐵開通后，關閉寧啟既有基站。

方案三：鹽通新建基站組成單網交織覆蓋

此方案不考慮既有基站位置，鹽通高鐵按照3.5 km 左右站間距新建基站。新建基站組成單網交織方案，待鹽通高鐵開通后，關閉寧啟既有基站。

3 個方案基站示意如圖4 所示，方案優缺點如表2 所示。

圖4 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK99+200至DK119+715并線段基站示意圖Fig.4 Schematic diagram of base stations in the parallel section from DK99+200 to DK119+715 of the two Railways

上述3 個方案均能滿足覆蓋需求，根據《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），線路平行或交越（交匯）地段，無線網規劃應以高等級線路的小區規劃為基礎，兼顧低等級線路的運用需要。從設計規范、工程投資、維護便利、聯調聯式難易程度等角度綜合考慮，推薦采用方案三。但由于本工程初步設計批復采用方案一，并已按照方案一進行征地。考慮到運營維護單位意見，結合商合杭與京九鐵路并線段實施方案：商合杭鐵路與京九并線區段關閉既有京九鐵路基站，在商合杭新建AB 雙網，形成同站址雙基站冗余覆蓋，經專家研討，最終按照方案二實施。

4 與寧啟鐵路在DK119+715至DK147+120并線段

鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK119+715 至DK147+120 由并線逐漸分離，再逐漸并線，分離后兩線最遠距離約2.86 km，交叉并線區段長度約27.4 km。并線區段共涉及寧啟既有基站7處，分別為K223+359、K228+580、K233+451、K238+011、K242+572、K247+450、K251+360。根據無線網規劃應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的原則，此區段有以下兩種覆蓋方案。

表2 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK99+200至DK119+715并線段方案對比分析Tab.2 Comparison between solutions for the parallel section from DK99+200 to DK119+715 of the two Railways

方案一：分線段各自基站覆蓋方案

在DK124+000、DK128+100、DK131+400、D K134+960、D K138+510、D K143+330、DK147+120 分別新設1 套基站組成單網交織方案覆蓋鹽通正線，在兩線分線處DK124+000 和兩線匯聚處DK143+330 處基站設置3 副天線，分別指向鹽通正線大小里程和寧啟鐵路方向，其余基站均設置2 副天線，分別指向鹽通大小里程方向。利用DK124+000、K233+451、K238+011、K242+572、DK143+330、DK147+120 基站覆蓋寧啟鐵路。待鹽通高鐵基站開通后，關閉寧啟K228+580、K247+450、K251+360 基站。為避免兩線分線段鹽通基站與寧啟基站互相影響，DK128+100、DK131+400、DK134+960、DK138+510 采用水平波瓣寬度為33°的窄波瓣天線，并將K233+451、K238+011、K242+572 基站天線也更換為33°的窄波瓣天線。

方案二：分線段利用鹽通基站覆蓋

與方案一不同的是，在DK128+100、DK131+400、DK134+960、DK138+510 增加1 副指向寧啟鐵路的天線，且所有天線均采用水平波瓣寬度為65°的天線。為避免兩線基站互相干擾，鹽通基站開通后，關閉寧啟K233+451、K238+011、K242+572 基站，即并線段兩線全部利用鹽通新設基站覆蓋。

兩個方案基站示意如圖5 所示，優缺點如表3所示。

上述兩個方案均能滿足兩線覆蓋需求，兩個方案投資相當，但從運營維護、頻率規劃等角度綜合考慮，為了減小寧啟鐵路對鹽通高鐵的影響，最終按照方案二實施。

5 總結

隨著近幾年鐵路的高速建設，鐵路網密度越來越大，新建鐵路與既有鐵路交叉并線情況越來越多，交叉并線區段或樞紐地區的GSM-R 設計越來越重要，已成為影響通信系統設計的重點和難點，也成為影響聯調聯式的關鍵因素之一。本文通過分析鹽通高鐵與寧啟鐵路在海安站以及如皋地區交叉并線情況，為今后類似場景提供了工程案例。

圖5 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK119+715至DK147+120并線段基站示意圖Fig.1 Schematic diagram of base stations in the parallel section from DK119+715 to DK147+120 of the two Railways

表3 鹽通高鐵與寧啟鐵路在DK119+715至DK147+120并線段方案對比分析Tab.3 Comparison between solutions for the parallel section from DK119+715 to DK147+120 of the two Railways