郑西高速铁路GSM-R基站子系统设计

■ 徐智强

1 超大型车站和特殊地形工程概况

西安北站作为国家高速铁路网重要的枢纽站之一，站房总面积约33万m2，其中客运用房约17万m2，车站东西长1 km（含两侧雨棚），南北宽550.38 m（含高架行车道），地下1层，地上3层（含高架层）。西安北站以西5 km是西安动车运用所。

渭河特大桥全长79.4 km，在渭南境内两跨渭河行洪区。渭河行洪区位于渭南北站以东，呈U形分布。

2 西安北站GSM-R基站子系统设计方案

西安北站有18个站台34股道，假如34股道全部有车辆停靠，则需信道数为34个，所需基站站型为O 6（含余量）。但设计中不能简单地设置一个O 6基站：（1）如果设O6基站，则无法实现与两侧其他基站交织冗余。GSM-R只有4 M b/s带宽，为满足列控，保证广播控制信道（BCCH）不受干扰且在交织冗余条件下，可用频点只有11个。再者，西安北站西侧5 km处的动车所设置的基站站型为O 3，频点数量决定在此设置O 6基站不可行。（2）无论将O6设在站房东侧还是西侧，由于站房阻挡及车辆行驶方向不同，不能满足部分车辆对信道的需求。（3）在车站内设置铁塔影响车站整体美观。

经过反复现场勘察，结合西安北站站房特点，将O 6基站拆分，在西安北站东西咽喉区各设1个O3基站，方案优点：（1）东西咽喉区分别设置的O3基站与动车运用所设置的一个O 3基站相连续，东西O 3基站外侧区间都为O2基站，在现有带宽条件下完全满足交织冗余条件。（2）由东西两个O3基站来满足车站内列控用户和其他用户对信道的需求。东咽喉区O 3负担东去车辆的信道需求，西咽喉区O3负担西去车辆的信道需求，完全不受站房阻挡及车辆行驶方向的影响。（3）将基站及铁塔设在车站外的咽喉区，车站内无需设置铁塔，不影响站房整体景观。

西安北站话务量分别由东西咽喉区的2个O3分担，将这种用双基站小站型代替单基站大站型的设计称为减法设计，此方案完全克服了单基站大站型方案的缺点。

西安北站GSM-R基站子系统设计中，还需考虑站房及钢制无柱雨棚下站台区信号覆盖问题。西安北站分南北站房，南北站房在二层连通，二层下方中间为股道，由于站房及钢制无柱雨棚的阻挡，站台区成为弱场强区。结合站房特点，采用直放站+天线方式的解决方案：在站台区四角分别设置1台直放站，每台直放站带2副天线，其中一副方向角朝站台区中心，以覆盖站台区，另外一副方向角朝站台外线路，以实现交织冗余（见图1）。4个远端机的天线1负责覆盖站房及雨棚下的弱场强区，天线2负责覆盖区间，以实现交织冗余。近端机与远端机连接采用主、备方式，连接图见图2。其中，M U1主控RU1和RU2，备控RU3和RU4，M U2主控RU3和RU4，备控RU1和RU2，当东西咽喉区基站收发信机（BTS）单点故障时，RU由另外一个M U控制，实现交织冗余。

3 渭河行洪区基站子系统设计方案

渭河行洪区防洪坝一处宽度为4.27 km，一处为4.7 km。如果按常规设计思路，即基站间距按3 km左右设计，至少有2处铁塔设在行洪区内，不仅成本高昂，更重要的是安全得不到保障。渭河流域洪水频发，若在设计阶段不能解决此问题，将会给运营维护甚至行车安全埋下隐患。

在无经验借鉴、我国无类似基站大间距设计先例的情况下，经过对现场反复踏勘，在满足交织冗余条件的前提下，采用基站大间距设计方案（见图3）。将基站定在行洪区大坝外侧，两处基站间距分别为4.67 km，4.92 km，为保证信号覆盖距离，将这几处基站的铁塔高度设计为55 m，满足铁塔高度不超过60 m的规范要求。后在计算机环境无任何改变的情况下，进行计算机仿真，效果满足设计指标要求。经过动态测试和设备运行情况验证，信号覆盖完全满足各项技术指标要求。该设计方案不仅节约投资，而且方便后期维护，更重要的是消除了安全隐患。

4 结束语

（1）目前GSM-R系统的4 M b/s带宽在一些大型枢纽设计中已显得捉襟见肘，西安北站的设计中所有频点已全部使用，在以后的设计中，频率资源的缺乏将很快凸显。

（2）基站子系统在满足冗余的前提下应尽可能拉大基站间距，由于区间都是O2站型，信道资源比较丰富，较大的站间距可有效提高信道利用率。更重要的是可减少频率切换，提高系统可靠性，同时节省工程投资。

（3）西安北站和渭河行洪区GSM-R设计方案经过仿真模拟、静态测试、动态测试及良好的运行情况验证，证明设计方案合理、可行。

图1 西安北站直放站设备布置示意图

图2 西安北站GSM-R系统图（截图）

图3 渭河行洪区GSM-R系统图（截图）

西安北站和两跨渭河行洪区的设计方案严格遵循GSM-R设计程序，密切结合现场实际，打破常规设计思路，富有创新性，为今后特殊条件、特殊地形的设计提供了可借鉴的设计方案和工程经验。