山区GSM-R系统中场强覆盖的探讨

2010-01-25吴浠桥

铁道标准设计 2010年1期

吴浠桥,胡华

(中铁二院工程集团有限责任公司通号院,成都 610031)

1 概述

GSM-R是在GSM蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用要素的系统,能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信的要求。

自21世纪以来,我国铁路客运专线GSM-R系统建设进入实施阶段。武广铁路客运专线是当今世界铁路上即将开通运营的线路里程最长、技术标准最高、投资规模最大、地质条件最复杂、环境保护要求高的铁路。其GSM-R工程是采用深度冗余交织的GSM-R网络,同时由于其承载列控信号,又是高速铁路条件下运行,多普勒效应和电磁干扰都会对列控信号传输造成巨大的负面影响,因此,为保证列控系统和铁路的正常运营,要求无线信号要始终保持高质量和稳定,即便在单点故障的情况下,GSM-R网络也要能够提供可靠的服务,确保列车正常运行。

同时由于武广铁路客运专线部分铁路处于崇山峻岭中,无线电波在山区中的传播情况更为复杂,所以,GSM-R系统在山区的场强覆盖更值得研究。

笔者针对武广铁路客运专线的不同地质情况下,结合实际工程经验和工程造价对GSM-R系统的覆盖进行探讨。

2 不同地质情况的覆盖

(1)长大明区间

武广铁路客运专线DK2 097+000至清远站区间的线路处于长大明区间。

由于此区间地势比较平坦,可以采用Okumura-Hata模型的郊区地形模型。GSM-R的频率为930 MHz,基站天线高度为25 m,移动台高度为4 m。其路径损耗参见图1，计算公式如下。

Lb城=69.55+26.16×lgf-13.82×lghb-

a(hm)+(44.9-6.55×lghb)×lgd-

(2×(lg(f/28))2+5.4)

当路径损耗为120 dBm时,可以得出基站覆盖半径为4 km,同时，由于武广铁路客运专线时速为350 km,切换距离约为1 km,所以两个基站间距离可以为6～7 km；但是考虑单点故障的情况下,当3个连续基站的中间基站出故障时,故障基站两边的基站就需覆盖至故障基站且进行切换,所以两个相邻基站的间距为2～3 km。明区间基站覆盖方式见图2。

图2 明区间基站覆盖方式

探讨方案：采用基站加直放站方式覆盖。

假如采用基站加直放站方式,那么需考虑基站与直放站的时延问题。

光纤直放站存在另一个重要的时延限制,即多径时延限制。当基站信号切换到直放站信号或同一小区的两个直放站之间切换时,要求两路信号C/R值不大于9 dB时,时延差不应大于15 μs。在长大明区间,考虑单点故障后,基站和直放站均采用全向电波覆盖。根据时延计算,基站与直放站的间距不大于2 km,才能满足时延要求。

图3就是在明区间采用基站加直放站方式解决明区间覆盖的方案,此方案和用基站覆盖方案相比：(1)增加了系统的复杂度；(2)增加了工程造价,因为多了2个直放站远端机、2个直放站近端机、1个铁塔及基站至远端机的光缆；(3)工程实施上也更为复杂,含立铁塔和敷设短段光缆；(4)系统调测更为复杂,需要对直放站进行调测。

图3 基站加直放站方式

所以,在明区间采用基站方式解决覆盖问题更显优势。

(2)短隧道

武广铁路上的龙黄洞隧道,隧道长472 m。

按照一般GSM-R系统的覆盖,隧道覆盖方案解决如图4所示。

但是,武广GSM-R系统是采用单网交织冗余覆盖,需要考虑单点故障的情况下,GSM-R系统的覆盖。在图4中,假如光纤直放站出现问题,那么隧道里面就会出现弱场区,就会影响武广铁路客运专线的列控信息传送,可能导致列车事故。所以武广铁路客运专线采用图5的解决方案,这样,即使在任何一个洞口的直放站出现问题,另一个隧道口的直放站的信号也会对隧道进行覆盖。

图4 短隧道一般解决方案

图5 单网交织系统解决方案

探讨方案：采用基站或直放站加天线方式覆盖隧道。

采用定向天线或泄露电缆覆盖均可达到1 km处信号强度大于-65 dBm覆盖效果,泄漏电缆覆盖强度稍低。但由于隧道中高低起伏,蜿蜒曲折,实际效果泄露电缆覆盖会更加均匀。同时由于武广铁路客运专线设计时速为350 km,所以列车通过隧道时,产生的风压很大,假如采用壁挂式天线,天线的受力面积比漏泄同轴电缆大得多,所以天线容易被损坏,影响隧道内通话。

所以,在隧道内采用漏缆覆盖比天线方式更佳。

(3)长大隧道

在长大隧道中,一般采用直放站加漏泄同轴电缆方式解决,一般GSM-R系统中,一个直放站一端带1 km的漏缆,如表1所示,所以两个直放站间距2 km。