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(jīng)淮南市，與淮南鐵路并行。經(jīng)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(tǒng)作為鐵路綜合數(shù)字移動通信平臺，不僅需要提供話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務，還必須滿足最高時速下移動通信業(yè)務的需要，以及列車控制系統(tǒng)對傳輸通道的需求。合蚌客運專線存在部分復雜、特殊區(qū)段，這些區(qū)段通過窯河泄洪區(qū)、與京滬高速鐵路并線、與蚌福聯(lián)絡線并線、位于合肥樞紐區(qū)等。在這些區(qū)段，需要對GSM-R系統(tǒng)方案進行特別研究，以保證通信的持續(xù)性和可靠性。

2 特殊區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)段

因合蚌客運專線北聯(lián)建設中的京滬高速鐵路，并線區(qū)段的GSM-R系統(tǒng)需統(tǒng)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(qū)段，合蚌客運專線基站設置需結(jié)合京滬高速鐵路已設置情況。并線區(qū)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(guī)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(qū)段GSM-R系統(tǒng)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(huán)。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(huán)。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(xiàn)，因此只在DK9+500處設置1套C2基站即可。

2.2 窯河泄洪區(qū)區(qū)段

(1)合蚌客運專線DK36+600至DK39+100為跨越窯河區(qū)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(nèi)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(shù)據(jù)的可靠傳輸。對此困難地段，傳統(tǒng)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(jīng)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(fā)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(qū)距離=350 km/h×10 s/3 600≈972 m，切換區(qū)域約為1 km。因此，這樣的覆蓋電平，能否保證列車控制系統(tǒng)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(zhuǎn)換，或同一小區(qū)的2個直放站之間轉(zhuǎn)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(cè)，即 D1=0，D2=D。此時Tb=0。BTS射頻信號經(jīng)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(jié)合環(huán)境進行確認。經(jīng)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(yōu)化。

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

圖3 窯河泄洪區(qū)區(qū)段GSM-R系統(tǒng)示意

2.3 合蚌客運專線與蚌福聯(lián)絡線并線區(qū)段

2.3.1 話務量預測及容量配置

(1)車站基站信道配置

基站忙時話務量計算(表1)。

表1 基站忙時話務量計算

基站忙時信道數(shù)計算(表2)。

表2 基站忙時信道數(shù)計算

經(jīng)過計算，其需要的總信道數(shù)為23個，采用3載頻基站。受頻點規(guī)劃限制，結(jié)合車站股道數(shù)量，合肥北城采用C3站型。

(2)區(qū)間基站信道配置

基站忙時話務量計算(表3)

表3 基站忙時話務量計算

基站忙時信道數(shù)計算(表4)。

表4 基站忙時信道數(shù)計算

2.3.2 合蚌客運專線與蚌福聯(lián)絡線并線區(qū)段GSM-R系統(tǒng)

經(jīng)過計算，其需要的總信道數(shù)為14個，并為列控系統(tǒng)跨RBC切換等需求考慮一定預留，采用2載頻基站。對于在DK106+300～DK124+800區(qū)段，合蚌客運專線與蚌福聯(lián)絡線并線，共用區(qū)間基站，配置為C2+1站型備用，如圖4所示。

圖4 合蚌客運專線、蚌福聯(lián)絡線并線區(qū)段GSM-R系統(tǒng)示意

2.4 合肥樞紐區(qū)段

合寧線在合肥站已設置1套C3基站，本工程再增加1套C2基站，天饋利用既有C3基站鐵塔平臺安裝。

(1)蚌福聯(lián)絡線從DK124+800岔出，去往合肥南站。合蚌在DK125+350處與合武線交叉，合武線在DK125+350附近設有1處C2基站，合肥樞紐區(qū)段示意如圖5所示。

(2)考慮合武線在DK125+350附近的C2基站位于十字交叉口，位置比較重要，本工程再增加1套C1基站，利用既有基站機房安裝。既有C2基站往合肥方向已有天線覆蓋，再往合蚌DK123+400方向增加1副天饋，安裝在既有基站鐵塔上層平臺，C1基站3副天饋覆蓋合蚌、蚌福聯(lián)絡線，安裝在下層平臺。

圖5 合肥樞紐區(qū)段GSM-R系統(tǒng)示意

(3)因合蚌線路等級高于合寧、合武，建議將DK125+350及合肥基站均納入合蚌BSC，以減少跨BSC切換，影響GSM-R網(wǎng)絡性能。

3 結(jié)論和建議

(1)列車在復雜、特殊區(qū)段的高速運行，對作為列控信息承載平臺的GSM-R無線通信系統(tǒng)提出了嚴峻挑戰(zhàn)，需要對GSM-R系統(tǒng)進行合理的無線規(guī)劃，才能保證通信的持續(xù)性和可靠性。

(2)GSM-R系統(tǒng)的場強覆蓋預測、容量配置和重疊區(qū)設計方案的選擇，是本系統(tǒng)應用效果優(yōu)劣的關鍵，而頻點的設置、接入條件則應在建設初期統(tǒng)一考慮。這些都應在工程實施的初步設計和施工設計階段予以足夠的重視。只有這樣，才能保證GSM-R方案在復雜、特殊區(qū)段的順利實施。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵路GSM-R系統(tǒng)工程設計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］中華人民共和國鐵道部.GSM-R數(shù)字移動通信應用技術條件 第二分冊:列車無線車次號校核信息傳送系統(tǒng)［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［4］中華人民共和國鐵道部.GSM-R數(shù)字移動通信應用技術條件 第三分冊:調(diào)度命令信息無線傳送系統(tǒng)［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［5］中華人民共和國鐵道部.列車無線電通信天線類型、基本參數(shù)及測量方法［S］.北京:中國鐵道出版社，1987.

［6］吳克非.中國鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)設計指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.