劉盛堯

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

GSM-R 系統(tǒng)作為國內(nèi)鐵路專用無線通信制式，不僅在高鐵線路得到了廣泛的應(yīng)用，而且大量的普速鐵路也陸續(xù)建設(shè)了GSM-R 系統(tǒng)用于取代老舊的450 MHz 無線列調(diào)通信系統(tǒng)，受可用頻點、鐵路等級、業(yè)務(wù)需求等因素的限制，在鐵路樞紐地區(qū)尤其是大型樞紐地區(qū)合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及實施方案就顯得至關(guān)重要。目前，國內(nèi)鐵路樞紐地區(qū)的GSM-R 系統(tǒng)普遍存在以下問題。

1）BSC 接入方案缺乏規(guī)劃，影響通信質(zhì)量及不同等級線路的維護管理工作。

2）站點布置缺乏規(guī)劃：站點布置未考慮后續(xù)線路接入的問題，給后續(xù)線路接入造成了極大的困難。

3）缺少統(tǒng)一的頻率規(guī)劃：由于GSM-R 系統(tǒng)頻率資源緊張，且各工程 GSM-R 系統(tǒng)頻率規(guī)劃只考慮滿足本工程需要，未結(jié)合樞紐情況進行統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致樞紐地區(qū)網(wǎng)內(nèi)干擾嚴重、后續(xù)線路引入困難，影響樞紐內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。

南昌地區(qū)是國內(nèi)重要的鐵路樞紐，鐵路交通發(fā)達，南昌市是京九鐵路經(jīng)過的唯一省會城市，京九鐵路、滬昆鐵路、西環(huán)鐵路、昌九城際鐵路、向莆鐵路、杭長客專等都在南昌市交匯，本文將以南昌樞紐的GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及實施方案為例展開論述。

2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

鐵路樞紐地區(qū)的GSM-R 系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)建立在充分調(diào)查樞紐地區(qū)線路規(guī)劃基礎(chǔ)上開展，為了避免不必要的重復(fù)建設(shè)、降低實施中的難度，在規(guī)劃中應(yīng)盡量減少對既有設(shè)備改動。如圖1 所示，杭長客專（設(shè)計速度350 km/h，CTCS-3 等級鐵路，GSM-R系統(tǒng)承載列控業(yè)務(wù)）自東向西橫穿整個南昌樞紐，并在樞紐地區(qū)與西環(huán)鐵路、京九鐵路以及向莆鐵路存在相鄰、交越、并行等位置關(guān)系，由于之前的線路缺少統(tǒng)一規(guī)劃導(dǎo)致杭長客專接入困難，因此，需對南昌樞紐進行統(tǒng)一規(guī)劃以便于杭長客專的引入，并為后續(xù)線路預(yù)留接入條件，以下將從BSC 設(shè)置、交越/交叉區(qū)段、并線區(qū)段、庫檢基站及相關(guān)站場、頻率規(guī)劃等方面進行討論。

圖1 南昌樞紐平面示意圖Fig.1 Layout of Nanchang Hub

2.1 BSC設(shè)置規(guī)劃

國內(nèi)的GSM-R 移動交換網(wǎng)絡(luò)采用匯接網(wǎng)和本地網(wǎng)二級結(jié)構(gòu)，路局設(shè)置本地網(wǎng)的交換中心，因此，BSC 的設(shè)置規(guī)劃是樞紐GSM-R 系統(tǒng)規(guī)劃的第一步。

1）不同等級鐵路的BSC 宜分別設(shè)置：考慮到業(yè)務(wù)需求、維護等方面問題，高鐵鐵路與普速鐵路的BSC 宜分別設(shè)置，列控等級鐵路與非列控等級鐵路的BSC 宜分別設(shè)置。

2）盡可能的減少移動終端跨BSC 切換：為保證良好的通信質(zhì)量，應(yīng)減少移動終端跨BSC 切換，但考慮設(shè)備廠家、業(yè)務(wù)需求、維護等方面因素，樞紐地區(qū)無法做到只設(shè)置一套BSC 設(shè)備，因此，跨BSC 切換是無法避免的，只能通過合理的規(guī)劃盡可能的減少切換的次數(shù)，尤其是CTCS-3 等級鐵路的GSM-R 系統(tǒng)承載了列控業(yè)務(wù)，對通信質(zhì)量的要求更加嚴格。

南昌樞紐內(nèi)既有京九、西環(huán)鐵路基站均接入京九在南昌設(shè)置的BSC 設(shè)備，向莆鐵路采用單獨設(shè)置的BSC 設(shè)備。如不進行BSC 規(guī)劃，則杭長客專在南昌樞紐內(nèi)存在4 次跨BSC 切換，為保證通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及方便設(shè)備監(jiān)測及維護管理，需對樞紐內(nèi)BSC 接入方案進行調(diào)整。調(diào)整方案為與杭長客專并線、交越的相關(guān)線路基站接入杭長客專的BSC 設(shè)備，調(diào)整后杭長客專在進入和離開南昌樞紐時均不發(fā)生跨BSC切換，該區(qū)段基站按照CTCS-3 區(qū)段設(shè)備進行維護管理，并能實現(xiàn)對杭長客專相關(guān)基站的Abis/A/PRI 接口監(jiān)測。

2.2 交越/交叉區(qū)段覆蓋規(guī)劃

交越/交叉區(qū)段涉及到不同方向的多條線路，如果規(guī)劃不當(dāng)就會造成區(qū)域內(nèi)信號混亂，切換難以控制，嚴重影響通信質(zhì)量，根據(jù)相關(guān)工程的經(jīng)驗，大多用如下4 種解決方案。

1）交越/交叉點單基站解決方案：適用于非列控等級鐵路交越的情況，根據(jù)線路情況設(shè)置天線數(shù)量及角度。

2）交越/交叉點同站址雙網(wǎng)解決方案：適用于有列控等級鐵路交越的情況，實現(xiàn)冗余覆蓋，可根據(jù)線路情況設(shè)置天線數(shù)量及角度。

3）光纖直放站解決方案：適用于交越/交叉點不具備設(shè)置基站條件，多用于非列控等級鐵路交越/交叉的情況，但要控制好光纖直放站遠端機與信源基站的距離，以免產(chǎn)生時延干擾。

4）分布式基站解決方案：組網(wǎng)方式靈活，交越/ 交叉區(qū)段的覆蓋的有效解決方式，有列控等級鐵路交越時需考慮冗余覆蓋，分布式基站解決方案在相關(guān)論文著作中已有詳細介紹，本文在此不再贅述。

南昌樞紐杭長客專與其他線路交越/交叉區(qū)段的既有基站無法滿足CTCS-3 等級鐵路對GSM-R系統(tǒng)的要求，結(jié)合設(shè)備廠家的技術(shù)特點，南昌樞紐滬昆高鐵交越/交叉區(qū)段采用的是分布式基站A、B 網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用以替換既有基站，容量O2+O1，“A 網(wǎng)”配置1 套BBU、每個位置組配置兩套“A網(wǎng)”RRU，配置兩個載頻，每套RRU 配置1 個載頻；“B 網(wǎng)”配置1 套BBU、每個位置組配置1 套“B 網(wǎng)”RRU，配置1 個載頻，連接示意如圖2 所示。

圖2 分布式基站連接示意圖Fig.2 Schematic diagram of connections of distributed base stations

根據(jù)規(guī)劃，在交越/交叉點為既有浙贛鐵路（普速）450 MHz 無線列調(diào)改造以及新建昌吉贛客專預(yù)留接入條件，如圖3 所示。

2.3 并線區(qū)段覆蓋規(guī)劃

鐵路GSM-R 系統(tǒng)的頻率資源十分有限，對于并線區(qū)段的統(tǒng)一規(guī)劃可以充分利用頻率、基站資源，實現(xiàn)“資源共享”，如果并線線路的等級不同，則站點、站距設(shè)置應(yīng)以滿足高等級鐵路的標準為原則，為減少跨BSC 切換并線區(qū)段基站宜接入高等級鐵路BSC。如圖1 所示杭長客專在南昌樞紐與向莆鐵路、西環(huán)鐵路均有并線、交越區(qū)段，且向莆鐵路、西環(huán)鐵路均先于杭長客專開通，因此在向莆鐵路、西環(huán)鐵路的建設(shè)過程中基站站點需按CTCS-3 等級鐵路標準為杭長客專預(yù)留條件，根據(jù)BSC 設(shè)置規(guī)劃，杭長客專開通時并線、交越區(qū)段的基站均接入杭長高鐵的BSC 設(shè)備。

2.4 庫檢基站及相關(guān)站場的覆蓋規(guī)劃

樞紐地區(qū)存在著一定數(shù)量的動車所、機車庫、存車場等站場，需設(shè)置基站實現(xiàn)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，由于動車所、機車庫的庫房的屏蔽效果好，因此在實際工程中可采用室外站場空間波覆蓋+室內(nèi)庫房室內(nèi)分布覆蓋的方式解決，這些站場往往都是與正線連接，基站的設(shè)置需結(jié)合正線基站的規(guī)劃進行：一方面，結(jié)合線路走向規(guī)劃站點設(shè)置、鄰區(qū)關(guān)系；另一方面，為保證站場及正線覆蓋質(zhì)量良好，應(yīng)控制好與臨近基站覆蓋范圍避免相互干擾。

圖3 其他線路交越/交叉點預(yù)留基站示意圖Fig.3 Schematic diagram of base stations reserved for the crossings of other lines

如圖4 所示，南昌樞紐設(shè)有南昌西動車所，向莆鐵路在南昌西動車所設(shè)置1 套基站NanChangXiDCS，采用鐵塔+天線的方式覆蓋動車所及向莆鐵路，為保證覆蓋效果，向莆鐵路在路塹彎道處還設(shè)置了1 套直放站，該直放站設(shè)置1 套北向天線實現(xiàn)彎道處的覆蓋以及NanChangXiDCS 基站與西環(huán)線LHD-SM04基站的切換，其信源基站為NanChangXiDCS。由于NanChangXiDCS 基站與杭長高鐵正線NCXGA02_BUA 基站距離只有900 m 左右，為避免NanChangXiDCS 基站對杭長高鐵正線的影響，擬將南昌西動車所基站的鐵塔天線改為動車所室內(nèi)覆蓋天線，動車所室外部分及動車走行線采用杭長正線NCX-GA02_BUA 基站進行覆蓋，彎道處所設(shè)直放站設(shè)備的信源基站仍為NanChangXiDCS 并增設(shè)1 副南向天線用于實現(xiàn)NanChangXiDCS 與杭長高鐵NCX-GA02_BUA 的切換。

2.5 頻率規(guī)劃

通過對GSM-R 主要業(yè)務(wù)的估算（點對點呼叫、組呼、廣播呼叫、CSD 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等），確定基站的載頻數(shù)。對樞紐地區(qū)頻率方案進行整體規(guī)劃，調(diào)整同鄰頻復(fù)用距離，消除對不合理的頻點使用，并對將來有可能進行G 網(wǎng)覆蓋的線路進行頻點預(yù)留。在實際規(guī)劃過程中需結(jié)合具體工期節(jié)點分布規(guī)劃。

圖4 南昌西動車所平面示意圖Fig.4 Layout of Nanchang West EMU Depot

3 實施方案

由于鐵路樞紐地區(qū)的線路多、各條線路之間的關(guān)系復(fù)雜，尤其存在著大量的既有線路，在實施過程中如何在滿足工期的前提下，兼顧既有線路的正常運營，使實施工作對既有線路的影響程度降到最低就顯得的至關(guān)重要，這就需要根據(jù)樞紐地區(qū)GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，制定合理、有效的實施方案。

3.1 總體實施規(guī)劃

由于鐵路樞紐地區(qū)的GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整工作量及難度都很大，在實施過程中“一步到位”的可行性不大，因此需要結(jié)合具體情況制定總體的實施規(guī)劃，有計劃的分步實施，針對各分布實施工作指定具體的方案及應(yīng)對措施。

南昌樞紐的GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整是由杭長客專引入而引起的，杭長客專的是分東、西兩端分別開通，其中，西段（南昌西—長沙南）先期開通，東段（杭州東—南昌西）比西段延后約半年開通，結(jié)合具體工期，南昌樞紐地區(qū)GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的實施工作總體規(guī)劃如下：

1）按具體工期要求完成杭長客專西段相關(guān)基站替換的調(diào)整工作（含南昌西動車所），由于并線、交越區(qū)段的基站主要集中在東段，因此并線、交越/交叉區(qū)段基站的BSC 設(shè)備割接工作在東段完成；

2）按具體工期要求先完成杭長客專東段并線、交越/交叉區(qū)段的基站接入杭長BSC 設(shè)備的割接工作，之后完成杭長高鐵東段相關(guān)基站的替換工作；

3）南昌樞紐GSM-R 系統(tǒng)頻率調(diào)整，上述調(diào)整主要是“點”、“線”范圍內(nèi)的調(diào)整，影響范圍不大，但樞紐地區(qū)的頻率調(diào)整涉及整個樞紐范圍內(nèi)（含既有鐵路）的40 余處基站的大面積調(diào)整，尤其是涉及京九、西環(huán)、向莆等既有線路，因此頻率調(diào)整需充分準備，提前申請施工計劃，利用施工天窗點完成調(diào)整工作。

3.2 具體實施方案

實施方案是要把之前的所有規(guī)劃落到實處，因此要力求方案的完整細致，方案需涵蓋前提條件、數(shù)據(jù)準備、操作步驟、時間節(jié)點、驗證方案、撥測記錄、應(yīng)急措施、倒回方案、值守人員安排、添乘優(yōu)化等內(nèi)容。

前提條件、數(shù)據(jù)準備屬于前期工作：編號方案的批復(fù)，施工計劃的申請及批復(fù)，與現(xiàn)網(wǎng)運營維護單位簽訂相關(guān)保密、安全、施工協(xié)議；設(shè)備安裝、配線工作已完成，電路通道測試無誤，設(shè)備單機加電調(diào)試正常；中心設(shè)備工作正常；實施人員、測試儀器儀表和工具到位；數(shù)據(jù)參數(shù)完成編制、審核，并在實驗室通過測試。

操作步驟、時間節(jié)點：包括實施過程中每一步的操作說明，并對應(yīng)具體時間要求，以便實施過程中的進度把控；操作步驟除了詳盡的說明具體操作內(nèi)容，還要明確操作、復(fù)核等具體人員及職責(zé)。

驗證方案、撥測記錄：實施操作完成后需進行相關(guān)的撥測驗證，以確保實施的正確無誤，測試人員應(yīng)包括現(xiàn)場測試人員、后臺跟蹤人員，針對具體測試項目做好撥測記錄，并存檔備查。

應(yīng)急措施、倒回方案：針對實施過程中可能出現(xiàn)的異常情況，制定具體的應(yīng)對措施；開始實施操作前應(yīng)備份現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，在實施不成功時將網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)原來的狀態(tài)。

值守人員安排、添乘優(yōu)化：實施完成后，應(yīng)安排值守人員在網(wǎng)管進行值守工作，以確保網(wǎng)絡(luò)的正常運行；安排具體測試人員添乘測試列車，驗證實施工作對既有線路的運營是否有影響，如有影響則立即進行相關(guān)的優(yōu)化工作。

3.2.1 基站替換方案

樞紐內(nèi)的基站替換往往是由于既有的基站無法滿足樞紐引入的要求而需新設(shè)基站替換既有，既有基站一般都帶著既有線的業(yè)務(wù)，所以基站替換方案的難點就是如何減少對既有線的影響。在實際施工中一般都是申請施工天窗點，在天窗點內(nèi)完成調(diào)整。但南昌樞紐的基站替換方案同時涉及京九、西環(huán)、向莆等多條既有線，每條線路的天窗點時間都不一樣，天窗時間沒有“交集”，尤其是京九鐵路是國內(nèi)南北重要的鐵路運輸大通道，是“八縱八橫”骨干鐵路之一，是國內(nèi)最為繁忙的鐵路線之一。為了不影響既有鐵路的正常運營，南昌樞紐基站替換的方案采用“分層開啟，分層關(guān)閉”的方式。

前文描述在南昌樞紐的多條線路交越/交叉區(qū)段采用的是分布式基站A、B 網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用A、B兩層網(wǎng)的特點。首先開啟A 層網(wǎng)，同時配置好A 層網(wǎng)與相關(guān)基站的鄰區(qū)關(guān)系等數(shù)據(jù)，并設(shè)置參數(shù)使終端優(yōu)先接入既有基站。A 層網(wǎng)開啟后測試人員進行測試驗證，確認A 層網(wǎng)數(shù)據(jù)配置無誤、設(shè)備工作正常后，后臺人員檢查既有基站是否有用戶占用，如無用戶占用，關(guān)閉既有基站，并設(shè)置參數(shù)使終端優(yōu)先接入A 層網(wǎng)（A、B 網(wǎng)正常情況下優(yōu)先接入A網(wǎng)），這時既有業(yè)務(wù)由A 層網(wǎng)負責(zé)承載，之后開啟B 層網(wǎng)，測試人員對B 層網(wǎng)進行測試驗證，驗證成功后完成替換工作。

3.2.2 基站接入BSC設(shè)備割接方案

基站接入BSC 設(shè)備的割接方案的重點是數(shù)據(jù)準備、電路通道驗證，割接前務(wù)必仔細核對GSM-R參數(shù)數(shù)據(jù)及傳輸通道數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性，通過設(shè)置測試端口，驗證每一條電路通道；為確保對既有線無影響，割接后的基站設(shè)備參數(shù)應(yīng)保持不變。

3.2.3 頻率調(diào)整方案

根據(jù)頻率規(guī)劃制作數(shù)據(jù)腳本，并通過各級復(fù)核確保數(shù)據(jù)的準確性，數(shù)據(jù)的準確性是頻率調(diào)整的關(guān)鍵。為便于實施，頻率調(diào)整工作可分布進行。南昌樞紐的頻率調(diào)整工作，根據(jù)杭長高鐵的具體工期，分以下3 步實施。

1）杭長客專西段交越區(qū)段基站替換的調(diào)整工作，由于整個樞紐不具備整體頻率調(diào)整的條件，新設(shè)基站頻點采用臨時可用頻點，其余基站保持不變。

2）杭長高鐵東段并線、交越區(qū)段的基站接入杭長BSC 設(shè)備的割接工作同時割接的基站采用臨時可用頻點，交越區(qū)段基站替換調(diào)整工作同時新設(shè)基站采用臨時可用頻點，其余基站保持不變。

3）以上兩次的頻率調(diào)整只是為了滿足杭長客專引入而作的臨時頻率調(diào)整，并未完全解決南昌樞紐GSM-R 網(wǎng)絡(luò)頻率混亂的問題，根據(jù)樞紐地區(qū)的頻率規(guī)劃，在施工天窗點內(nèi)對樞紐范圍內(nèi)40 余處基站進行徹底的頻率調(diào)整。

4 結(jié)束語

隨著近些年國內(nèi)鐵路的高速發(fā)展、GSM-R 系統(tǒng)的不斷普及，鐵路樞紐的引入的難度也越來越大，在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，合理的規(guī)劃站址、站距以及設(shè)備配置可以避免不必要的重復(fù)建設(shè)，降低樞紐內(nèi)GSM-R 系統(tǒng)內(nèi)部干擾。實施的可行性是建立在合理規(guī)劃的基礎(chǔ)上，詳盡的實施方案是實施成功的有力保障，隨著科技的不斷進步、通信設(shè)備的不斷更新以及工程經(jīng)驗的不斷豐富，將會給鐵路樞紐GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃及實施提供更好的解決方案，這需要在將來的工作中進一步研究和探討。