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        GSM-R現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)方案與建設(shè)對(duì)比研究

        2016-10-21 01:51:39張華峰
        關(guān)鍵詞:雙網(wǎng)青藏線交織

        張華峰

        (中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司,河南洛陽(yáng) 471000)

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        GSM-R現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)方案與建設(shè)對(duì)比研究

        張華峰

        (中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司,河南洛陽(yáng)471000)

        作為承載列控安全信息的通道,GSM-R網(wǎng)絡(luò)需具備極高的可靠性和安全性,其無線系統(tǒng)組網(wǎng)方案是GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃的重中之重。通過對(duì)GSM-R目前常見的兩種同址雙站和單網(wǎng)交織組網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比,從組網(wǎng)復(fù)雜度、可靠性、頻率規(guī)劃及網(wǎng)優(yōu)、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本等幾個(gè)方面對(duì)GSM-R無線組網(wǎng)進(jìn)行分析和比較,采用可靠性數(shù)學(xué)建模方法對(duì)兩種方案進(jìn)行數(shù)學(xué)分析??煽啃詫?duì)比結(jié)果表明系統(tǒng)冗余越多,可靠性越高,但是在實(shí)際工程實(shí)施時(shí)要從多方面綜合考慮,并對(duì)未來大規(guī)模GSM-R改造項(xiàng)目的建設(shè)提出相關(guān)建議。

        GSM-R; 無線組網(wǎng); 同址雙站; 單網(wǎng)交織; 對(duì)比分析

        1 概述

        GSM-R系統(tǒng)基于行車安全性考慮,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的性能要求很高,因此,合理的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,是提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。目前,GSM-R主要使用的覆蓋方案有單層網(wǎng)交織、同站址雙網(wǎng)及雙網(wǎng)交織方案[1,2]。對(duì)于雙網(wǎng)交織覆蓋,需要再多建1套站點(diǎn)機(jī)房及鐵塔等基礎(chǔ)設(shè)備,大大增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本,在目前工程項(xiàng)目中應(yīng)用較少。我國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路規(guī)劃(2008年調(diào)整)》中規(guī)劃的“四縱四橫”客運(yùn)專線網(wǎng)絡(luò)是世界上最大的高速鐵路網(wǎng)絡(luò),到2020年,包括客運(yùn)專線鐵路、城際鐵路以及客車和貨車混行的時(shí)速200km以上鐵路在內(nèi)的快速鐵路里程將會(huì)達(dá)到5萬(wàn)km,這也將是世界上GSM-R應(yīng)用最廣泛的鐵路網(wǎng)絡(luò)。雖然目前國(guó)內(nèi)外使用較多的是單網(wǎng)交織覆蓋方式[3-6],但考慮到后續(xù)中國(guó)有近7萬(wàn)km既有線路進(jìn)行GSM-R改造,故有必要對(duì)上述幾種GSM-R組網(wǎng)方式進(jìn)行進(jìn)一步研究。以青藏線和大秦線的同址雙站組網(wǎng)[7,8]為例,與目前常見的單網(wǎng)交織組網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比研究,深入分析幾種方案的優(yōu)缺點(diǎn),旨在為未來大規(guī)模的GSM-R改造項(xiàng)目提供一些理論參考。

        2 同址雙站覆蓋

        同址雙站組網(wǎng)指在同一站址設(shè)置2套基站,2套基站形成雙覆蓋冗余,與主備BSC進(jìn)行連接,但實(shí)際應(yīng)用中存在2種不同形式的同址雙站方案,主備用基站同頻和異頻,青藏線GSM-R采用的是A/B網(wǎng)覆蓋[9],A網(wǎng)基站和B網(wǎng)基站獨(dú)立工作,各自使用獨(dú)立的頻點(diǎn),大秦線GSM-R主備基站采用相同頻率發(fā)射,下面將詳細(xì)進(jìn)行介紹。

        2.1青藏線GSM-R A/B雙網(wǎng)覆蓋

        青藏線GSM-R采用雙層A/B網(wǎng)覆蓋[10],每個(gè)站點(diǎn)設(shè)置2套獨(dú)立的基站,站點(diǎn)之間采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),同址站點(diǎn)共用1套鐵塔,A、B網(wǎng)天線分別架設(shè)在不同高度,如圖1所示。

        圖1 青藏線GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        在格爾木和拉薩各設(shè)2套BSC,其中BSC50承載西寧、格爾木—唐古拉北A網(wǎng)共98個(gè)基站業(yè)務(wù)處理;BSC51承載唐古拉北—拉薩B網(wǎng)96個(gè)基站業(yè)務(wù)處理。BSC60負(fù)責(zé)拉薩—唐古拉北A網(wǎng)96個(gè)基站覆蓋范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)處理;BSC61下唐古拉北—格爾木B網(wǎng)96個(gè)基站覆蓋范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)處理。

        基站工作方式為主備同時(shí)工作,正常情況下,業(yè)務(wù)均由A網(wǎng)承擔(dān),并且配置相鄰站點(diǎn)的A、B網(wǎng)互為切換鄰區(qū),保證異常情況下業(yè)務(wù)及時(shí)切換。A網(wǎng)站點(diǎn)站型一般為O2,B網(wǎng)站點(diǎn)一般為O1,主用A網(wǎng)站點(diǎn)和備用B網(wǎng)站點(diǎn)采用不同的BCCH頻點(diǎn),由于頻率資源的限制,在頻率規(guī)劃時(shí)B網(wǎng)只是用1000-1004這5個(gè)頻點(diǎn),其余用于A網(wǎng)使用。

        2.2大秦線GSM-R雙網(wǎng)備份覆蓋(圖2)

        大秦線GSM-R也是采用共站雙網(wǎng)覆蓋,其組網(wǎng)方式類似于青藏線,但考慮到頻率資源緊缺的特點(diǎn),在頻率規(guī)劃及分配方面有一定改進(jìn),所有A網(wǎng)站點(diǎn)可以充分使用4M頻率資源,一定程度上緩解了網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)的壓力。

        圖2 大秦線GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

        BSCA和BSCB下的主、備基站覆蓋完全一樣,如果某個(gè)主基站故障,根據(jù)倒換機(jī)制,備基站接替主站工作,保證了單點(diǎn)故障中斷業(yè)務(wù)時(shí)常較短。目前雙網(wǎng)備份基站倒換業(yè)務(wù)中斷時(shí)間在60s內(nèi)。

        雙網(wǎng)備份覆蓋基站與BSC組網(wǎng)靈活,沒有要求主、備基站組網(wǎng)方式必須一致,也沒有要求BBU與RRU組網(wǎng)方式一致,但要求主、備基站的頻點(diǎn)一致,主備基站小區(qū)覆蓋范圍一致。

        該組網(wǎng)中,主備站點(diǎn)不同時(shí)工作,在主用正常時(shí)備用站點(diǎn)無發(fā)射功率,需要增加機(jī)制來進(jìn)行主備工作檢測(cè),異常情況下主備的倒換工作,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面較青藏線難度提高,且理論上業(yè)務(wù)中斷時(shí)間有所增加。

        3 同址雙網(wǎng)與單網(wǎng)交織覆蓋對(duì)比分析

        3.1單網(wǎng)交織覆蓋

        每站址設(shè)置1套基站,奇、偶數(shù)基站進(jìn)行交疊覆蓋且同時(shí)運(yùn)行工作,如圖3所示。

        圖3 單網(wǎng)交織覆蓋示意

        該組網(wǎng)下,奇數(shù)站與偶數(shù)站間深度交織,任何站點(diǎn)出現(xiàn)異常,均可以由相鄰站點(diǎn)完成其覆蓋區(qū)域的業(yè)務(wù)接替,但由于重疊區(qū)域較多,使得站點(diǎn)更加密集,因此,會(huì)在很大程度上增加切換次數(shù),而且由于頻率資源緊張,一定程度上增加了干擾的幾率,給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化增加了難度。

        3.2可靠性數(shù)學(xué)建模分析

        如圖2(a)所示的同址雙站模型,根據(jù)可靠性數(shù)學(xué)建模方法,可抽象為可靠性模型框圖如圖4所示[11]。

        圖4 同址雙站可靠性框圖

        系統(tǒng)可靠度為

        (1)

        式中,RS1=R1R3R5;RS2=R2R4R6。

        如圖3所示的單網(wǎng)交織[12]覆蓋方案,可靠性框圖如圖5所示。

        圖5 單網(wǎng)交織可靠性框圖

        系統(tǒng)可靠度為

        (2)

        式中,RS3=1-(1-R1)(1-R2R3),當(dāng)組成無線系統(tǒng)的各單元可靠度如表1所示,根據(jù)式(1)和式(2),可得同址雙站冗余覆蓋和交織站址冗余覆蓋方案的系統(tǒng)可靠度對(duì)比結(jié)果如表2所示。

        表1 無線系統(tǒng)單元可靠度預(yù)測(cè)

        表2 同址雙站與單網(wǎng)交織方案系統(tǒng)可靠度對(duì)比

        從可靠性對(duì)比結(jié)果可以看出:系統(tǒng)冗余越多,可靠性越高,但是在實(shí)際工程實(shí)施時(shí)要從組網(wǎng)復(fù)雜度、可靠性、頻率規(guī)劃及優(yōu)化難度等方面綜合考慮。

        3.3青藏線與大秦線組網(wǎng)方案綜合比對(duì)

        從組網(wǎng)復(fù)雜度,可靠性,頻率規(guī)劃及優(yōu)化難度,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本方面對(duì)兩種同址雙站組網(wǎng)方式和交織站址方式進(jìn)行對(duì)比分析[13,14],分析比較結(jié)果如表3所示。

        4 結(jié)語(yǔ)

        經(jīng)過對(duì)2種同址雙站及單網(wǎng)交織組網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比,從業(yè)務(wù)應(yīng)用角度來講,這3種方式都有效增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性,都能夠承載列控?cái)?shù)據(jù)傳輸[15],但實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)該首選雙網(wǎng)備份,即主用基站發(fā)功,備用不發(fā)功,異常情況下進(jìn)行倒換的方式,該方式充分利用了頻帶資源,對(duì)于頻率規(guī)劃及后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化都留有較大空間。

        但由于共站雙網(wǎng)覆蓋組網(wǎng)對(duì)于傳輸要求較高,新建鐵路在建設(shè)或者在已有傳輸資源充足的鐵路區(qū)段,可以充分考慮,進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,但是某些現(xiàn)有區(qū)段,可能是對(duì)現(xiàn)有鐵路450M區(qū)段進(jìn)行改造,現(xiàn)有的傳輸資源不滿足雙網(wǎng)要求,此時(shí)要新建傳輸可能投入成本會(huì)很大,但又要保證可靠性的列控區(qū)段,可以引導(dǎo)客戶采用單網(wǎng)交織的組網(wǎng)方式。

        表3 無線組網(wǎng)方式對(duì)比分析

        青藏線A/B網(wǎng)方式與大秦線雙網(wǎng)備份相比,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及后續(xù)優(yōu)化會(huì)存在一些壓力,但是業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間快的特點(diǎn),在可靠性要求更高的區(qū)段可以較大程度被用戶認(rèn)可,具體使用哪種方案,需要參考實(shí)際鐵路線路的特點(diǎn)以及相關(guān)線路的地形、地貌來統(tǒng)一綜合考慮。

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        Comparative Study on Networking Scheme and Construction of Existing GSM-R Network

        ZHANG Hua-feng

        (The1stEngineeringCo.,Ltd.ofChinaRailwayConstructionElectrificationBureauGroup,Luoyang471000,China)

        Asatrainoperationcontrolinformationchannel,GSM-R(GSMforRailway)networkshouldbehighlyreliableandsafeanditswirelesssystemnetworkschemeisthekeyinGSM-Rsystemplanning.Basedonthecomparisonbetweentheco-locateddouble-siteandsinglenetworkintertwinedforGSM-Rwirelessnetworking,thispaperanalyzesandcomparesthewirelesssystemnetworkingschemeintermsofthenetworkingcomplexity,reliability,frequency-planningandnetworkoptimization,networkconstructioncost,andconductsmathematicalanalysisofthetwoschemesbasedonreliablemathematicalmodeling.Thecomparisonresultsshowthatthemoreredundantofthesystem,themorereliableofthesystem,butcomprehensiveconsiderationsarerequiredinpracticalengineering.Relevantsuggestionsfortheconstructionoffuturelarge-scaleGSM-Rrenovationprojectareputforward.

        GSM-R;Wirelessnetworking;Co-locateddouble-site;Singlenetworkintertwine;Comparisonandanalysis

        2015-12-15;

        2016-01-06

        張華峰(1973—),男,高級(jí)工程師,E-mail:417884164@qq.com。

        1004-2954(2016)08-0156-04

        U285.21

        A< class="emphasis_italic">DOI

        :10.13238/j.issn.1004-2954.2016.08.033

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