趙留俊

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司電化電信工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300308）

1 線(xiàn)路概況與難點(diǎn)分析

商合杭高鐵起自商丘站，與鄭徐高鐵并行約5 km后向南與京九鐵路并線(xiàn)，并線(xiàn)區(qū)段長(zhǎng)度約115 km。京九鐵路無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)為GSM-R 系統(tǒng)，兩線(xiàn)并線(xiàn)區(qū)段京九鐵路共有21 處基站，其中中國(guó)鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)鄭州局集團(tuán)公司）8處，中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)上海局集團(tuán)公司）13 處。商合杭高鐵是CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)高速鐵路，GSM-R系統(tǒng)承載列控?cái)?shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)控制高速列車(chē)的行車(chē)速度，對(duì)GSM-R 無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。京九鐵路為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)干線(xiàn)鐵路，列車(chē)密度大，施工天窗既少又短。商合杭高鐵與京九鐵路、鄭徐高鐵交叉并線(xiàn)示意見(jiàn)圖1。

商合杭高鐵與京九鐵路并線(xiàn)區(qū)段是全國(guó)已開(kāi)通GSM-R 鐵路中并線(xiàn)距離最長(zhǎng)、涉及既有基站最多，也是商合杭高鐵全線(xiàn)實(shí)施難度最大的區(qū)段。根據(jù)GSM-R無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特性，并行區(qū)段只能利用京九鐵路既有基站或關(guān)閉京九鐵路既有基站再新建基站。在商合杭高鐵GSM-R 系統(tǒng)調(diào)試開(kāi)通過(guò)程中，如何既滿(mǎn)足商合杭高鐵工期和無(wú)線(xiàn)覆蓋要求，又不影響京九鐵路列車(chē)的正常運(yùn)行，成為商合杭高鐵通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工的最大難點(diǎn)。

圖1 商合杭高鐵與京九鐵路、鄭徐高鐵交叉并線(xiàn)示意圖

2 并線(xiàn)區(qū)段GSM-R無(wú)線(xiàn)覆蓋設(shè)計(jì)方案

2.1 初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案

為節(jié)省工程投資，最大限度利用京九鐵路既有通信設(shè)施，并線(xiàn)區(qū)段GSM-R 無(wú)線(xiàn)覆蓋初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案為利用既有的同站址雙網(wǎng)方案。利用既有京九鐵路基站，商合杭高鐵在京九鐵路基站位置同站址對(duì)側(cè)新設(shè)基站，形成同站址雙基站冗余覆蓋。并線(xiàn)區(qū)段以商合杭高鐵新設(shè)基站為主用基站，京九鐵路既有基站為備用基站，為滿(mǎn)足頻率規(guī)劃需求，將京九鐵路既有基站全部調(diào)整為1 載頻，商合杭高鐵新建基站為2 載頻。同站址雙基站覆蓋示意見(jiàn)圖2。

圖2 同站址雙基站覆蓋示意圖

2.2 初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案問(wèn)題分析

按照初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案，并線(xiàn)區(qū)段利用京九鐵路既有基站實(shí)施難度較大，主要原因如下：

（1）全部新建基站是設(shè)計(jì)規(guī)范和指導(dǎo)文件的要求。商合杭高鐵GSM-R 系統(tǒng)承載C3 列控?cái)?shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)控制列車(chē)車(chē)速，安全等級(jí)高；京九鐵路GSM-R 系統(tǒng)僅承載語(yǔ)音調(diào)度通信、調(diào)度命令和車(chē)次號(hào)傳輸業(yè)務(wù)，等級(jí)較低。根據(jù)TB 10088—2015《鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）設(shè)計(jì)規(guī)范》，GSM-R 系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)覆蓋和頻率配置應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，優(yōu)先考慮高等級(jí)線(xiàn)路業(yè)務(wù)運(yùn)用要求［1］。根據(jù)《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于做好特殊區(qū)域GSM-R 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃工作的意見(jiàn)》（鐵總運(yùn)〔2014〕252 號(hào)），“線(xiàn)路平行或交越（交匯）地段，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)以高等級(jí)線(xiàn)路的小區(qū)規(guī)劃為基礎(chǔ)，兼顧低等級(jí)線(xiàn)路的運(yùn)用需要”［2］。當(dāng)主用基站宕機(jī)時(shí)，用京九鐵路既有基站承載商合杭高鐵C3 列控?cái)?shù)據(jù)不符合規(guī)范要求。

（2）京九鐵路基站及配套傳輸?shù)仍O(shè)備已接近大修改造期，承載C3 列控?cái)?shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)較大。京九鐵路基站為2009年采購(gòu)，2010年調(diào)試開(kāi)通，已近10年。根據(jù)《鐵路通信維護(hù)規(guī)則》 （鐵總運(yùn)〔2014〕295 號(hào)）［3］，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)（京津城際基站及配套的傳輸設(shè)備使用10 年后全部更換），京九鐵路基站也將要更新改造。若商合杭高鐵開(kāi)通后改造京九鐵路基站，一定程度上將影響商合杭高鐵的正常運(yùn)營(yíng)。

（3）京九鐵路3處鐵塔高度不滿(mǎn)足商合杭高鐵的覆蓋需求，1 處基站距離商合杭高鐵約800 m，也不滿(mǎn)足商合杭高鐵覆蓋需求。京九鐵路基站塔高均為35 m，商合杭高鐵橋高一般為10～20 m，部分區(qū)域橋高近30 m，京九鐵路基站天線(xiàn)僅高出商合杭高鐵軌面3 m，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果，以上區(qū)域GSM-R 場(chǎng)強(qiáng)較弱，不滿(mǎn)足商合杭高鐵的無(wú)線(xiàn)覆蓋和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求。

（4）管理維護(hù)不便。高鐵和普速鐵路的維護(hù)天窗點(diǎn)不同，管理和維護(hù)人員也不同，利用京九鐵路基站需要鐵路局集團(tuán)公司重新調(diào)整管理維護(hù)分工和責(zé)任界定［4-5］。

（5）聯(lián)調(diào)聯(lián)試不便。利用京九鐵路既有基站，不確定因素較多，可能導(dǎo)致聯(lián)調(diào)聯(lián)試GSM-R 系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量（QoS）指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，影響商合杭高鐵開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。商合杭高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，需要測(cè)試主備基站全開(kāi)、主開(kāi)備關(guān)和主關(guān)備開(kāi)3 種場(chǎng)景下的GSM-R 覆蓋和服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)。京九鐵路天窗點(diǎn)極少，聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間很難關(guān)閉京九鐵路基站，將影響商合杭高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試和開(kāi)通的工期。新建基站時(shí)，可將商合杭高鐵主備用基站和京九鐵路既有基站均按1載頻開(kāi)通進(jìn)行測(cè)試，待商合杭高鐵完成聯(lián)調(diào)聯(lián)試后，再申請(qǐng)京九鐵路天窗點(diǎn)，關(guān)閉京九基站，對(duì)并線(xiàn)區(qū)段商合杭高鐵和京九鐵路的無(wú)線(xiàn)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量均進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化使并線(xiàn)區(qū)域的無(wú)線(xiàn)覆蓋滿(mǎn)足商合杭高鐵和京九鐵路共同的覆蓋和服務(wù)質(zhì)量要求［6-7］。

2.3 變更設(shè)計(jì)方案

針對(duì)初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案存在的各項(xiàng)問(wèn)題，為確保商合杭高鐵GSM-R 系統(tǒng)調(diào)試開(kāi)通工期，且不影響京九鐵路的正常運(yùn)營(yíng)，經(jīng)建設(shè)單位組織專(zhuān)家論證會(huì)研討，建議并行區(qū)段全部新建基站，有以下2個(gè)方案：

（1）單網(wǎng)交織覆蓋方案。單網(wǎng)交織站址冗余覆蓋中的冗余基站位于原來(lái)2個(gè)連續(xù)的基站之間，提高了原基站的無(wú)線(xiàn)覆蓋可靠性［8］。單網(wǎng)交織站址比較突出的優(yōu)勢(shì)在于：如果某地發(fā)生災(zāi)害，只有其中一個(gè)基站受到破壞，另一個(gè)基站服務(wù)不受影響。但也會(huì)產(chǎn)生小區(qū)規(guī)劃復(fù)雜、站址數(shù)量增加導(dǎo)致征地、院落、機(jī)房、電力箱變和鐵塔等投資增加的問(wèn)題。我國(guó)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)高速鐵路GSM-R 無(wú)線(xiàn)覆蓋一般使用單網(wǎng)交織的冗余覆蓋方案，商合杭高鐵其他區(qū)段也采用單網(wǎng)交織覆蓋方案。單網(wǎng)交織覆蓋示意見(jiàn)圖3。

圖3 單網(wǎng)交織覆蓋示意圖

（2）新建同站址雙基站覆蓋方案。新建的同站址雙基站覆蓋方案充分利用商合杭高鐵已征地的基站站址，在機(jī)房?jī)?nèi)再新設(shè)1 套1 載頻基站，同時(shí)新設(shè)天饋線(xiàn)、傳輸和配線(xiàn)架設(shè)備，同址的2套基站共用鐵塔，其中原來(lái)的2 載頻基站為主用基站，天線(xiàn)掛設(shè)在鐵塔的1層平臺(tái)；新設(shè)的基站為備用基站，天線(xiàn)掛設(shè)在鐵塔的2層平臺(tái)。

2個(gè)覆蓋方案對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 單網(wǎng)交織與同站址雙基站覆蓋方案比較

商合杭高鐵站后施工單位進(jìn)場(chǎng)后，已按初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案完成了基站的征地。由于單網(wǎng)交織方案基站間距一般為3～4 km，基站間距小于3 km 會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)干擾增加，切換頻繁，不能滿(mǎn)足20 s 無(wú)切換的要求，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化困難；基站間距大于4 km，單處基站故障后，相鄰2個(gè)基站距離過(guò)遠(yuǎn)，會(huì)導(dǎo)致中間電平較低，無(wú)法壓制網(wǎng)外干擾，容易導(dǎo)致非正常數(shù)據(jù)丟包，使列車(chē)CTCS-3 級(jí)列控降級(jí)為CTCS-2 級(jí)列控，從而導(dǎo)致列車(chē)降速。

京九鐵路既有基站間距為5～6 km，如果商合杭高鐵采用單網(wǎng)交織方案，會(huì)導(dǎo)致既有已征地的站址基本完全廢棄，還會(huì)增加更多的征地，故單網(wǎng)交織覆蓋方案不可行，最終采用新建同站址雙基站覆蓋方案。

新建同站址雙基站覆蓋方案是在初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案基礎(chǔ)上，充分利用已完成的征地，結(jié)合工期和2條鐵路無(wú)線(xiàn)通信需求等因素提出的改進(jìn)方案。該方案規(guī)避了初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案存在的各種問(wèn)題，最大限度減少了對(duì)京九鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，為商合杭高鐵按期調(diào)試開(kāi)通打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 并線(xiàn)區(qū)段調(diào)試方案

經(jīng)上海局集團(tuán)公司電務(wù)部、鄭州局集團(tuán)公司電務(wù)部、上海通信段、鄭州通信段、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、集成商和供貨商聯(lián)合研討，在確保京九鐵路正常運(yùn)營(yíng)的前提下，確定并線(xiàn)區(qū)段調(diào)試方案如下：

（1）在天窗點(diǎn)調(diào)整京九鐵路基站頻率，將原來(lái)2載頻的基站改為1 載頻。頻率調(diào)整分段進(jìn)行，施工單位、設(shè)備廠(chǎng)家嚴(yán)格按施工方案執(zhí)行，通信段做好配合工作；

（2）開(kāi)啟商合杭高鐵A 網(wǎng)，在商合杭高鐵做場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試，在京九鐵路做場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試（含網(wǎng)絡(luò)調(diào)整驗(yàn)證）；

（3）關(guān)閉商合杭高鐵A 網(wǎng)，開(kāi)啟商合杭高鐵B 網(wǎng)（臨時(shí)使用原A 網(wǎng)頻率），在商合杭高鐵做場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試，在京九鐵路做場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試、服務(wù)質(zhì)量測(cè)試和組呼、短號(hào)碼等業(yè)務(wù)驗(yàn)證測(cè)試；

（4）建設(shè)單位向鐵路局集團(tuán)公司相關(guān)部門(mén)申請(qǐng)關(guān)閉京九基站，開(kāi)啟商合杭高鐵A/B網(wǎng)后，分別在商合杭高鐵和京九鐵路做場(chǎng)強(qiáng)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量測(cè)試。

若聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間需同時(shí)關(guān)閉京九并線(xiàn)處商合杭高鐵A/B基站，需臨時(shí)開(kāi)啟相應(yīng)的京九基站，以保證京九鐵路正常運(yùn)營(yíng)。若關(guān)閉京九基站后，京九鐵路場(chǎng)強(qiáng)覆蓋或服務(wù)質(zhì)量測(cè)試出現(xiàn)問(wèn)題，需要在天窗點(diǎn)測(cè)試完成前開(kāi)啟京九鐵路既有基站，分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因，提出解決問(wèn)題的措施［9］。

根據(jù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)，無(wú)論是全基站覆蓋還是半數(shù)基站覆蓋，并線(xiàn)區(qū)段場(chǎng)強(qiáng)基本均大于-60 dBm，半數(shù)基站覆蓋時(shí)，抗干擾能力較傳統(tǒng)單網(wǎng)交織覆蓋方案顯著增強(qiáng)，基本無(wú)非正常數(shù)據(jù)丟包的情況，半數(shù)基站的測(cè)試結(jié)果優(yōu)于單網(wǎng)交織覆蓋范圍。全基站場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4，半數(shù)基站場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。

圖4 全基站場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)

圖5 半數(shù)基站場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

商合杭高鐵GSM-R 網(wǎng)絡(luò)調(diào)試開(kāi)通期間，關(guān)閉京九鐵路既有GSM-R 網(wǎng)絡(luò)后，京九鐵路所有列車(chē)均正常運(yùn)行，無(wú)1趟列車(chē)因無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)切換晚點(diǎn)或停車(chē)，創(chuàng)造了全路最大范圍關(guān)閉既有GSM-R 網(wǎng)絡(luò)但不影響既有列車(chē)正常運(yùn)營(yíng)的成功案例。

對(duì)商合杭高鐵與京九鐵路并行區(qū)域GSM-R 無(wú)線(xiàn)覆蓋方案進(jìn)行分析，為避免并線(xiàn)區(qū)域GSM-R 網(wǎng)絡(luò)相互影響，對(duì)于類(lèi)似區(qū)域GSM-R 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，建議在初步設(shè)計(jì)階段就完成并線(xiàn)區(qū)域的GSM-R 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案［10］。在站后施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，完成并線(xiàn)區(qū)域GSM-R 網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案的專(zhuān)家評(píng)審，穩(wěn)定施工圖設(shè)計(jì)方案，以盡量減少實(shí)施階段的變更設(shè)計(jì)。