长昆客专跨武广客专GSM-R改造方案分析

2012-07-13冯敬然

铁路通信信号工程技术 2012年2期

赵旭景岩冯敬然

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251）

1 概述

长昆客专为在建铁路，是我国四纵四横沪昆客专的重要组成部分，其东起湖南省长沙市，西至云南省昆明市，全长近1 100 km。长昆客专自长沙南站与武广客专线间距小于500 m并线，至武广客专沙子岭隧道小里程口处上跨武广客专后分线，并线区段线路长约4.9 km，地形为丘陵，线路最小垂直间距20 m，最大340 m，线路走向如图1所示。图2为通过铁道第三勘察设计院集团有限公司开发的铁路3D模拟仿真平台，仿真得到的长昆客专上跨武广客专模拟图。

2 客专并线段既有无线情况

武广客专在与长昆并线段有3座隧道：王公祠隧道、包家塘隧道、沙子岭隧道，采用GSM-R交织冗余网络覆盖方式。沙子岭隧道小里程口外设置武广1604号基站。站内含2载频基站，光纤直放站近端机，光纤直放站远端机等设备。沙子岭隧道两端光纤直放站主用信号源为1604号基站，备用信号源为相邻1605号基站。

1604号基站铁塔为2层平台30 m铁塔，第一层平台挂设1604号基站天线，主要覆盖1603号基站及其小里程方向；第二层平台挂设基站同址远端机天线。在1604号基站故障情况下， 1605号基站信号利用该处远端机天线与1603号基站形成交叠区，作为故障后切换区。并线区段设备连接关系如图3所示，图中实线表示主用连接，虚线表示备用连接。

3 客专并线段GSM-R改造方案

长昆客专与武广客专并线4.9 km，最大垂直线间距340 m，经过实地勘察，在并线段长昆客专新设基站覆盖，易导致武广客专移动台接入长昆客专基站信号，移动台误切换及掉话，并线段使用武广客专既有基站信号覆盖为最佳方案。由此进行如下无线系统改造。

1）设备改造部分

长昆袁家冲隧道与武广王公祠隧道位置平行，在袁家冲隧道大小里程口放置光纤直放站远端机，远端机采用与武广客专同型设备，具有主从2路信号输入，主用信号为武广1603号基站，从用信号为武广1602号基站。这与袁家冲隧道平行的武广王公祠隧道逻辑关系一致，并接入武广光纤直放站系统。袁家冲隧道与王公祠隧道垂直间距为15 m，隧道小里程口利用王公祠隧道口铁塔、天线覆盖。长昆客专在出袁家冲隧道大里程口后，有约4 000 m半径的线路曲线，故在袁家冲隧道大里程口设置15 m铁塔，补强覆盖长昆客专出袁家冲隧道大里程口后的弧度曲线部分。

武广客专为GSM-R交织覆盖线路。当武广1604号基站故障，其覆盖区域会被1603、1605号基站信号覆盖。而长昆上跨武广客专后，长昆线与武广线位分向，若武广1604号基站故障，则长昆客专上跨点至相邻长昆基站间无有效覆盖。故在武广1604号基站同址新设长昆1载频基站，并新设50 m铁塔（三层平台）代替既有30 m铁塔。新设长昆1载频基站接入武广客专长沙南站既有基站控制器（BSC）。通信物理连接上，为避免由于光缆中断导致的基站故障，设置长昆1载频基站光缆与武广1604号基站光缆不同径路；通信逻辑连接上，为避免传输系统故障导致基站失效，利用长昆客专新设传输系统，在长沙南站与武广既有传输设备连通，接入与武广1604号基站不同奇偶性的基站环中。

新设长昆1载频基站后，上跨点处覆盖模式由单网交织改为同站址双网覆盖。若隧道内直放站主备用信号仍然是1604、1605号基站，则1604号基站故障后，长昆1载频基站在隧道内无信号，即1载频基站与1605号基站无切换区，接入1604信号的列车进入隧道后会掉话，故需将沙子岭隧道内光纤直放站远端机改为同站址双网连接模式。结合图3武广既有GSM-R连接关系，沙子岭隧道光纤直放站远端机主用信号保持不变（为武广1604号基站信号），备用信号改为长昆新设1载频基站，同时，在武广长沙南BSC中添加长昆1载频基站与武广1605号基站的切换关系；沙子岭隧道大里程口直放站远端机设备、连线及铁塔等既有情况不做更改。改造后，沙子岭隧道大里程口为武广1604号基站、长昆1载频基站与1605号基站切换区。

2）铁塔改造部分

长昆、武广客专上跨点基站为同站址双网模式，负责上述2条客专的覆盖，主用基站为武广1604号基站，从用为长昆1载频基站。为保证主用信号覆盖效果，在新设50 m铁塔第1层平台放置武广1604号基站3副天线，分别指向武广客专小里程方向，长昆客专大、小里程方向；第2层平台设置长昆1载频基站3副天线，与主用1604号基站天线同指向；同站址覆盖模式下，光纤直放站远端机主备与基站主备信号相同，直放站天线与基站天线信号相同，故取消该处直放站天线。

3）网络优化部分

武广1604号基站与长昆1载频基站覆盖范围相同，移动台优先接入信号强度高的基站。为优先使用1604号基站信号，调低长昆基站的输出功率为1604号基站输出功率-6 dBm；在长沙南武广既有BSC处，调高长昆基站“切换门限”参数“HandOver_Margin”为1604号基站+6 dBm。上述参数保证移动台优先使用1604号基站信号。改造后长昆跨武广无线通信系统如图4所示。

4 改造方案适应性分析

4.1 场强覆盖部分

根据改造方案，由Aircom软件仿真分析场强覆盖，如图5所示，可以得出并线区段利用武广客专基站满足两客专覆盖场强要求。

图5中场强仿真，沿线路方向中心区域第一层，场强值≥-70 dBm；线路外区域第二层，场强值≥-80 dBm；线路外区域第三层，场强值为-90 dBm。图中wuguang为武广客专1603号基站，wuguang_fork为长昆客专上跨武广客专位置的武广1604号基站，SITE1为武广1604号基站相邻的长昆基站。由图5可以看出，用武广基站覆盖长昆客专并线区段满足250 km/h客专无线通信场强要求（95%时间地点概率下，-95 dBm）。

4.2 切换逻辑部分

图6表示了移动台走行与基站设备关系，细黑线表示长昆客专示意线位，粗黑线表示武广客专示意线位，黑色三角代表武广基站，斜线圆形填充表示长昆基站，黑色箭头表示天线覆盖方向。

1）武广1604号基站正常

上跨点主用基站信号为武广1604号基站，同址长昆1载频基站信号比1604号基站低6 dBm，移动台优先接入1604号基站。切换情况如下。

a．武广客专移动台A→B→C走行，移动台由1602号基站在王公祠隧道与包家塘隧道间切换为1603号基站信号，继续切换至1604号基站；沙子岭隧道内为1604号基站主用信号，故沙子岭隧道内移动台仍在使用1604号基站信号；移动台驶出沙子岭隧道，在大里程口远端机天线与1605号基站天线构成切换区，切换至1605号基站信号内。

b．长昆客专移动台A→B→D走行，移动台由1602号基站在袁家冲隧道与包家塘隧道间切换为1603号基站信号，继续切换至1604号基站。因长昆SITE1基站与武广1605号基站间相隔较远，彼此信号无交越，故经过上跨点后移动台可唯一切换至长昆SITE1基站。

c．反之，武广移动台C→B→A走行，长昆客专移动台D→B→A走行，顺序为a．b．反向唯一切换。

2）武广1604号基站故障

上跨点处使用长昆1载频基站信号，BSC中已经设置1603、1605号基站与长昆1载频的切换关系，故移动台切换情况如下。

a．武广客专移动台A→B→C走行，移动台正常切换到1603基站，继续切换到长昆1载频基站；1604号基站故障，沙子岭隧道内为长昆1载频基站信号，移动台隧道内仍连接长昆1载频基站；移动台驶出隧道，在大里程口切换到1605号基站。

b．长昆客专移动台A→B→D走行，移动台同上情况切换至长昆1载频基站。长昆1载频基站与长昆SITE1站存在切换区及切换关系，且SITE1与1605号基站信号无交越，移动台可唯一切换到长昆SITE1。

c．移动台反向走行，则切换关系相反且唯一。