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（中土集團(tuán)福州勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 福州 350013）

1 工程概述

尼日利亞新建鐵路Lagos（拉各斯）至Ibadan（伊巴丹）段位于尼日利亞西南部，線路南端起始于尼日利亞最大的港口城市Lagos（拉各斯），向東北方向經(jīng)Abeokuta（阿貝奧庫(kù)塔）延伸至Ibadan（伊巴丹）。線路縱貫?zāi)崛绽麃單髂喜? 個(gè)政治地位顯著、經(jīng)濟(jì)發(fā)展活躍的地區(qū)。

拉伊鐵路項(xiàng)目主要為L(zhǎng)agos-Ibadan 沿線城鎮(zhèn)的客運(yùn)及貨運(yùn)流通提供重要的運(yùn)輸通道，該線以客為主、兼顧貨運(yùn)，是一條內(nèi)陸港運(yùn)輸線，同時(shí)兼顧Lagos 城區(qū)段的城市通勤功能。正線工程線路全長(zhǎng)156.08 km，為雙線內(nèi)燃鐵路，新設(shè)9個(gè)車站。Apapa（阿帕帕）港口支線工程長(zhǎng)約6.513 km，單線內(nèi)燃鐵路由港灣站、港口站（一站兩場(chǎng)）構(gòu)成。該項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)促進(jìn)沿線地區(qū)的資源開發(fā)及工業(yè)化與城市化進(jìn)程，加強(qiáng)沿線各州間的密切聯(lián)系，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重大意義。

2 業(yè)務(wù)功能

按照拉伊鐵路運(yùn)輸組織對(duì)信息傳輸?shù)囊?，GSM-R 系統(tǒng)在鐵路沿線提供無(wú)盲區(qū)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，系統(tǒng)能夠提供組呼叫、廣播呼叫、多優(yōu)先級(jí)強(qiáng)占及強(qiáng)拆業(yè)務(wù)，以及功能尋址、基于位置的尋址、緊急呼叫、呼叫接入矩陣等功能，具體業(yè)務(wù)包括以下7 個(gè)方面。1）調(diào)度通信，包括列車調(diào)度、電力調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度等。2）調(diào)度命令（含調(diào)度命令、行車憑證、列車接車進(jìn)路預(yù)告信息等）、無(wú)線車次號(hào)校核信息傳輸[1，3]。3）為鐵路沿線的工務(wù)、電務(wù)、供電、機(jī)輛等維護(hù)人員提供語(yǔ)音通信功能。4）滿足事故搶修、搶險(xiǎn)救援等應(yīng)急移動(dòng)通信的需求。5）滿足鐵路道口守護(hù)人員的通信需求。6）客運(yùn)站管理人員的無(wú)線通信需求。7）其他各類公務(wù)移動(dòng)電話。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)尼日利亞現(xiàn)代化鐵路的規(guī)劃和該線所處的位置，該線GSM-R 系統(tǒng)由交換子系統(tǒng)（SSS）、移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）、運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)（BSS）以及各類GSM-R 手持終端組成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

3.1.1 交換子系統(tǒng)（SSS）

該工程在Lagos 調(diào)度中心新設(shè)移動(dòng)交換子系統(tǒng)，系統(tǒng)包括移動(dòng)交換中心（MSC）、訪問(wèn)位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、確認(rèn)中心（AC，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、記錄鐵路緊急呼叫確認(rèn)信息）、組呼寄存器（GCR）、互聯(lián)功能模塊（IWF）等。

3.1.2 移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）

基本業(yè)務(wù)是實(shí)現(xiàn)功能號(hào)注冊(cè)、注銷與管理業(yè)務(wù)以及功能尋址、位置尋址等鐵路特殊業(yè)務(wù)功能。移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)，包括業(yè)務(wù)控制點(diǎn)SCP、SSP。

3.1.3 運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)

圖1 GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在Lagos 調(diào)度中心新設(shè)運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)設(shè)備，主要包括交換網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)OMC-S（負(fù)責(zé)該線HLR、MSC、AUC（鑒權(quán)中心）和VLR 等核心網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)元級(jí)管理）、智能網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)OMC-I（負(fù)責(zé)為該線智能網(wǎng)子系統(tǒng)提供管理與維護(hù)功能）、無(wú)線網(wǎng)管服務(wù)器OMC-R（負(fù)責(zé)該線所有基站子系統(tǒng)設(shè)備的網(wǎng)元級(jí)管理）。

3.1.4 基站子系統(tǒng)（BSS）

Lagos 調(diào)度中心新設(shè)基站控制器BSC 和碼速率變換器TRAU。在沿線車站設(shè)置03 基站，區(qū)間設(shè)置02 基站，每個(gè)基站通過(guò)傳輸系統(tǒng)ADM 設(shè)備提供的2M 環(huán)形通道接入BSC。每3 ～5 個(gè)基站構(gòu)成一個(gè)2M 環(huán)，并保證每個(gè)環(huán)內(nèi)的載頻數(shù)不大于11。

拉伊鐵路GSM-R 系統(tǒng)采用單網(wǎng)線性覆蓋方式，全線無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)按95%的時(shí)間和地點(diǎn)概率，安裝于機(jī)車上的電臺(tái)最小接收電平不小于-98 dBm 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1.5 GSM-R系統(tǒng)手持終端

根據(jù)各專業(yè)移動(dòng)人員作業(yè)模式及通話要求，為車站、站場(chǎng)、沿線區(qū)間及其他鐵路作業(yè)區(qū)的各工種地面工作人員配置作業(yè)手持臺(tái)（OPH），為鐵路公務(wù)人員、與鐵路業(yè)務(wù)相關(guān)的人員配置通用手持臺(tái)（GPH），為警察配置通用手持臺(tái)（GPH）。SIM 卡管理中心設(shè)置在Lagos 調(diào)度中心。

3.2 無(wú)線覆蓋

GSM-R 系統(tǒng)無(wú)線覆蓋的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)鐵路沿線的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋程度、服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為GSM-R 系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施提供理論上的依據(jù)[2，4]。

3.2.1 覆蓋距離

根據(jù)Okumura-Hata 模型的路徑損耗計(jì)算公式，結(jié)合該線較為平坦的地形地勢(shì)，天線鐵塔的高度按照車站35 m、區(qū)間30 m 進(jìn)行設(shè)計(jì)，基站間距平均約為6 km。為了得到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)基站設(shè)置方案，工程施工時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整基站間距、選用大功率基站、設(shè)置高增益雙極化天線、適當(dāng)增加天線鐵塔高度等手段，最大限度地控制網(wǎng)絡(luò)切換、小區(qū)重選等因素，提升系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。

3.2.2 弱場(chǎng)解決方案

由于該線所處地段較為平整開闊，且線路彎道較少，區(qū)間基站的合理設(shè)置能夠滿足全線的無(wú)線覆蓋，不存在弱場(chǎng)區(qū)段。

3.2.3 系統(tǒng)覆蓋設(shè)計(jì)指標(biāo)

鐵路沿線無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋，以最小可用接收電平表示，并應(yīng)符合表1 的規(guī)定。

表1 無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)接收電平表

因該線GSM-R 系統(tǒng)不傳輸列控?cái)?shù)據(jù)，因而機(jī)車頂部天線按最小可用接收電平-98 dBm 進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。

3.2.4 系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量

話音業(yè)務(wù)（電路域）和非列控類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，應(yīng)滿足表2 的規(guī)定。

表2 系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量表

4 模擬仿真

運(yùn)用模擬仿真軟件，在拉伊鐵路電子地圖的基礎(chǔ)上導(dǎo)入預(yù)測(cè)選定的基站位置、類型、頻率分配、天線高度等數(shù)據(jù)，建立基站及天線數(shù)據(jù)庫(kù)，選定傳播模型，生成全線基站及頻率規(guī)劃圖。模擬仿真結(jié)果顯示，該工程設(shè)計(jì)方案的覆蓋模型符合規(guī)范規(guī)定的接收電平要求，為工程實(shí)施提供了理論依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵路GSM-R 移動(dòng)通信系統(tǒng)有其自身的獨(dú)立性和可靠性要求，作為鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用GSM-R 有助于推進(jìn)鐵路通信信號(hào)的一體化建設(shè)，提高鐵路通信質(zhì)量。隨著尼日利亞現(xiàn)代化鐵路的發(fā)展和各類通信功能需求的增加，該線GSM-R 系統(tǒng)的綜合應(yīng)用功能將得到進(jìn)一步提升和完善。