葛偉濤

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 概述

目前，我國(guó)鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R：GSM for Railways)，其可以提供語(yǔ)音通信、調(diào)度通信、列控?cái)?shù)據(jù)傳輸、調(diào)度命令和無(wú)線車次號(hào)校核信息傳送等業(yè)務(wù)[1]。隨著滬蘇通鐵路、趙甸聯(lián)絡(luò)線的開通，加上已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的寧啟鐵路、在建的鹽通高鐵/陳橋聯(lián)絡(luò)線和南通動(dòng)走線，南通地區(qū)逐漸形成了以南通站和南通西站為主要節(jié)點(diǎn)的鐵路樞紐。樞紐地區(qū)幾條鐵路交錯(cuò)縱橫，形成了三角區(qū)和并線區(qū)。上述區(qū)域各條線路的設(shè)計(jì)時(shí)速、信號(hào)列控等級(jí)各不相同，造成鐵路GSM-R通信覆蓋需求也各不相同。中國(guó)鐵路GSM-R系統(tǒng)有限頻率資源使得在此類區(qū)域的無(wú)線小區(qū)規(guī)劃、頻率分配、切換設(shè)置成為難題[2-3]。

因此，鐵路樞紐應(yīng)“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施、持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃建設(shè)”[4]。對(duì)樞紐內(nèi)各條線路GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃，并對(duì)未來(lái)需要建設(shè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的線路進(jìn)行站點(diǎn)及頻率規(guī)劃預(yù)留，統(tǒng)籌考慮各線GSM-R系統(tǒng)的基站設(shè)置、小區(qū)覆蓋及頻點(diǎn)規(guī)劃，避免相互影響、干擾，實(shí)現(xiàn)樞紐內(nèi)GSM-R系統(tǒng)資源共享，提高網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量及其安全可靠性，減少后續(xù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)既有網(wǎng)絡(luò)的影響，避免拆改及重復(fù)建設(shè)，提高工程投資的利用率[5]。本文介紹南通樞紐內(nèi)既有鐵路及基站設(shè)置情況，其次分析鹽通高鐵正線、陳橋聯(lián)絡(luò)線及南通動(dòng)走線覆蓋方案，最后提出南通地區(qū)基站頻率規(guī)劃方案，為今后類似項(xiàng)目提供工程實(shí)例。

2 樞紐內(nèi)鐵路及既有基站覆蓋情況

南通樞紐內(nèi)既有鐵路包括寧啟鐵路、滬蘇通鐵路、趙甸聯(lián)絡(luò)線，其中，寧啟鐵路于2004年4月開通，滬蘇通鐵路、趙甸聯(lián)絡(luò)線于2020年7月開通。在建鐵路包括鹽通高鐵和陳橋聯(lián)絡(luò)線。各條線路的線路等級(jí)、設(shè)計(jì)時(shí)速及信號(hào)列控制式如表1所示。

南通樞紐內(nèi)寧啟鐵路、滬蘇通鐵路、趙甸聯(lián)絡(luò)線已開通，滬蘇通鐵路開通時(shí)已將寧啟鐵路BPNT03基站關(guān)閉，樞紐內(nèi)寧啟鐵路利用BP-NT02、ZhaoDian、BP-NT04、NanTong基站形成單網(wǎng)覆蓋，滬蘇通鐵路利用BP-NT02、ZhaoDian、NanTongXi、NTX-ZJGB01基站形成單網(wǎng)覆蓋，趙甸聯(lián)絡(luò)線利用ZhaoDian、NanTongXi基站形成單網(wǎng)覆蓋。既有基站里程、廠家、載頻數(shù)量如表2所示，既有基站及線路示意如圖1所示。

3 樞紐內(nèi)鹽通高鐵覆蓋方案

南通樞紐內(nèi)鹽通高鐵正線經(jīng)國(guó)道村線路所至南通西站與滬蘇通鐵路接軌，鹽城至國(guó)道村線路所設(shè)計(jì)速度為350 km/h，信號(hào)采用CTCS-3列控方式。根據(jù)CTCS-3列控技術(shù)體制要求，GSM-R網(wǎng)絡(luò)必須采用抵抗單點(diǎn)故障的組網(wǎng)模式[6]，因此此段GSM-R采用單網(wǎng)交織和同站址雙網(wǎng)相結(jié)合的覆蓋方案；國(guó)道村線路所至南通西站設(shè)計(jì)速度為250 km/h，信號(hào)采用CTCS-2列控系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)CTCS-3切CTCS-2執(zhí)行應(yīng)答器位于DK138+116；信號(hào)系統(tǒng)CTCS-2切CTCS-3執(zhí)行應(yīng)答器位于DK143+282。信號(hào)系統(tǒng)CTCS-2向CTCS-3切換時(shí)RBC連接應(yīng)答器位于DK149+388。CTCS-3等級(jí)與其他等級(jí)列控線路之間轉(zhuǎn)換區(qū)段的無(wú)線覆蓋設(shè)計(jì)應(yīng)符合CTCS-3等級(jí)列控業(yè)務(wù)需求[7]。其他等級(jí)向CTCS-3級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)域，GSM-R網(wǎng)絡(luò)無(wú)線覆蓋范圍應(yīng)滿足從GSM-R通信電臺(tái)開始注冊(cè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)至具備等級(jí)轉(zhuǎn)換條件的時(shí)間要求（列車以允許的最高速度運(yùn)行計(jì)算距離），轉(zhuǎn)換區(qū)域的主要操作所需時(shí)間為：

表1 南通樞紐各條線路概況Tab.1 Overview of each line of Nantong hub

表2 南通樞紐既有基站表Tab.2 Table of the existing base stations in Nantong hub

圖1 南通樞紐既有基站示意圖Fig.1 Schematic diagram of the existing base stations in Nantong hub

1）GSM-R 網(wǎng)絡(luò)注冊(cè) ：40 s；

2）車載與地面RBC間的連接建立：10秒/次，保證2次GSM-R連接建立時(shí)間；

3）車載與地面間的數(shù)據(jù)交換及司機(jī)確認(rèn)：20～25 s。

以上總計(jì)80～85 s（如圖2所示），GSM-R網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按照該時(shí)間要求和其他等級(jí)到CTCS-3等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)域的列車運(yùn)行時(shí)速計(jì)算無(wú)線覆蓋距離[8]。

經(jīng)計(jì)算，按速度 250 km/h 考慮，上述條件考慮最長(zhǎng)距離后冗余覆蓋應(yīng)至DK152+166，位于趙甸基站三岔口。因此鹽通高鐵正線國(guó)道村-南通西（不含）按照CTCS-3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用冗余覆蓋，覆蓋電平按照95%時(shí)間地點(diǎn)概率下，最小可用接收電平不小于-92 dBm 設(shè)計(jì)。

3.1 樞紐內(nèi)鹽通高鐵正線覆蓋方案

鹽通高鐵在寧啟K251+360鹽通高鐵一側(cè)DK147+120、國(guó)道村線路所DK150+048和滬蘇通ZhaoDian既有機(jī)房各新設(shè)1套2載頻BTS，并將滬蘇通既有BTS調(diào)整為1載頻基站，組成同站址雙網(wǎng)，其中鹽通新設(shè)2載頻基站為A網(wǎng)，即ZhaoDianA，新設(shè)2副天線安裝于鐵塔一層平臺(tái)，接入鹽通BSC；滬蘇通既有基站組成B網(wǎng)，即ZhaoDianB，既有2副天線由鐵塔一層平臺(tái)調(diào)整至二層平臺(tái)，接入滬蘇通BSC。樞紐內(nèi)鹽通高鐵正線利用 DK147+120（RGN-GDCXLS06）、DK150+048（GuoDaoCunXLS）、ZhaoDianA、ZhaoDianB、滬蘇通NanTongXi基站覆蓋。待鹽通高鐵基站啟用時(shí)，關(guān)閉寧啟BP-NT02?；距弲^(qū)關(guān)系如表3所示，基站示意如圖3所示。

3.2 樞紐內(nèi)陳橋聯(lián)絡(luò)線覆蓋方案

鹽通高鐵陳橋聯(lián)絡(luò)線為國(guó)道村線路所至陳橋線路所的聯(lián)絡(luò)線，設(shè)計(jì)速度為160 km/h，信號(hào)采用CTCS-2列控，GSM-R采用單網(wǎng)覆蓋，覆蓋電平按照95%時(shí)間地點(diǎn)概率下，最小可用接收電平不小于-92 dBm設(shè)計(jì)。陳橋聯(lián)絡(luò)線利用GuoDaoCunXLS、ZhaoDianA、ZhaoDianB、BP-NT04基站覆蓋。

圖2 等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)域GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍要求（其他等級(jí)-CTCS-3級(jí)）Fig.2 Requirements of GSM-R network coverage range in the level transition region (other level-CTCS-3)

3.3 樞紐內(nèi)南通動(dòng)走線覆蓋方案

鹽通高鐵新設(shè)南通動(dòng)車所，由南通站至南通動(dòng)車所設(shè)南通動(dòng)走線。由于南通動(dòng)走線設(shè)計(jì)速度為120 km/h，信號(hào)采用CTCS-2列控，因此南通動(dòng)走線GSM-R采用單網(wǎng)覆蓋，覆蓋電平按照95%時(shí)間地點(diǎn)概率下，最小可用接收電平不小于-92 dBm設(shè)計(jì)。為了保證南通動(dòng)走線覆蓋，在BPNT04基站增加一副指向南通動(dòng)車所方向的基站，并在南通動(dòng)車所新設(shè)1套2載頻基站和2套射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU），2套R(shí)RU通過(guò)短段光纜接入NanTongDCS基站，為動(dòng)車所檢查庫(kù)內(nèi)室內(nèi)覆蓋提供信源。南通動(dòng)走線利用寧啟NanTong、NT-BP04、鹽通NanTongDCS基站覆蓋?；臼疽馊鐖D4所示。

表3 樞紐內(nèi)鹽通高鐵正線覆蓋基站鄰區(qū)關(guān)系表Tab.3 Relationship table of adjacent areas covered by base stations on the main line of Yantong high-speed railway in the hub

圖3 樞紐內(nèi)鹽通高鐵正線覆蓋基站示意圖Fig.3 Schematic diagram of base stations covering the main line of Yantong high-speed railway in the hub

3.4 鹽通高鐵引起既有鐵路覆蓋基站調(diào)整

鹽通高鐵新增基站后將對(duì)南通樞紐內(nèi)滬蘇通鐵路、趙甸聯(lián)絡(luò)線、寧啟鐵路覆蓋的基站進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整前后樞紐內(nèi)滬蘇通鐵路、趙甸聯(lián)絡(luò)線、寧啟鐵路覆蓋基站如表4所示。

4 樞紐內(nèi)頻率規(guī)劃方案

圖4 樞紐內(nèi)南通動(dòng)走線覆蓋基站示意圖Fig.4 Schematic diagram of base station covering the EMU running track in Nantong hub

由于南通樞紐內(nèi)基站數(shù)量及頻點(diǎn)有所調(diào)整，因此需要結(jié)合基站鄰區(qū)關(guān)系、既有基站占用頻點(diǎn)、基站站間距進(jìn)行頻率規(guī)劃。頻率規(guī)劃的主要原則是盡量減少對(duì)既有基站頻點(diǎn)的調(diào)整，存在鄰區(qū)關(guān)系的小區(qū)不能使用相同或相鄰頻點(diǎn)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，南通樞紐內(nèi)基站頻率規(guī)劃方案如表5所示。

5 總結(jié)

南通樞紐GSM-R設(shè)計(jì)覆蓋不止簡(jiǎn)單地關(guān)閉既有基站，調(diào)整基站頻點(diǎn)。鹽通高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試前需在寧啟鐵路驗(yàn)證關(guān)閉寧啟基站，利用鹽通高鐵基站覆蓋寧啟鐵路能否滿足寧啟鐵路覆蓋需求。待寧啟鐵路覆蓋場(chǎng)強(qiáng)及業(yè)務(wù)指標(biāo)滿足寧啟鐵路需求后，才能關(guān)閉寧啟鐵路基站，開啟鹽通高鐵基站，開始鹽通聯(lián)調(diào)聯(lián)試。需要注意的是，寧啟鐵路信號(hào)采用CTCS-2列控系統(tǒng)，關(guān)閉寧啟鐵路基站，利用鹽通高鐵基站覆蓋寧啟鐵路，還需根據(jù)GSM-R編號(hào)方案同步修改信號(hào)CTC與GSM-R的接口服務(wù)器中全球小區(qū)識(shí)別碼數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，由于鹽通高鐵正線采用CTCS-3列控系統(tǒng)，除了對(duì)GSM-R系統(tǒng)要求冗余覆蓋外，還需要對(duì)使用的既有基站Abis接口和重點(diǎn)區(qū)域基站的空口進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用以輔助運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位對(duì)CTCS-3線路的管理。因此，交叉并線或樞紐地區(qū)的GSM-R設(shè)計(jì)是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，是設(shè)計(jì)、施工、聯(lián)調(diào)聯(lián)式的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

表4 南通樞紐內(nèi)既有鐵路覆蓋基站表Tab.4 Table of base stations covering the existing railway in Nantong hub

表5 南通樞紐內(nèi)頻率規(guī)劃表Tab.5 Frequency planning table in Nantong hub