交叉并线区段GSM-R网络设计原则与系统优化

郭少磊

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

交叉并线区段GSM-R网络设计原则与系统优化

郭少磊

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

依据工程实践，针对GSM-R系统频率资源有限、国内电磁环境差等情况，对铁路交叉并线区段在基站设置、频率配置、切换调整几方面总结出设计原则和系统优化方法。

GSM-R；交叉并线区段；设计原则；系统优化

1 概述

随着铁路无线通信技术的发展,GSM-R铁路数字移动通信系统已取代450 M无线列调系统,成为我国铁路无线通信技术发展的方向。现阶段,一些既有线路的无线通信系统已逐步由450 M无线列调系统升级为GSM-R系统,而新建线路的无线通信系统都采用的是GSM-R系统。随着近几年铁路建设大发展,GSM-R网络规模越来越大,无线覆盖也越来越复杂。由于GSM-R系统频率资源有限,加之国内整体电磁环境较差,还要满足CTCS-3级列控信息传送等重要业务的需求,这就给复杂的交叉并线区段无线规划带来很大的难度。本文依据工程实践,通过对实际案例的分析,总结出交叉并线区段GSM-R系统的设计原则与系统的优化方法,以更好地避免上述问题的发生。

2 案例分析

2.1 案例一

案例说明:线路1为已运营的GSM-R普通单网覆盖线路,基站间平均距离为6 km;线路2为正在建设的GSM-R交织单网覆盖线路,从线路1叉出,基站间平均距离为3 km,基站C与线路1的基站A、B设置切换关系;线路3为待建设的普通线路,拟采用GSM-R普通单网覆盖,两个RU间为通过漏缆覆盖的隧道区段,RU需接入近端机完成覆盖,隧道之前的区段通过基站A覆盖,线路3过基站B后与线路1平行,利用线路1的既有基站覆盖。各线路基站载频都为O2配置。

原设计方案:在线路3与线路2交叉位置新设一基站E,并接入直放站近端机连接线路3的两个RU,完成对线路3的无线覆盖,具体方案如图1所示。

图1 案例一原设计方案示意图

此方案存在的问题:一方面此区段会存在5个基站的覆盖信号,需要配置5(基站数)×2(载频配置数)=10个不同的载频(下同),还需要满足400 k频率配置间隔的要求,而GSM-R系统只有4 M频段可用,造成了频率规划的困难;另一方面,新设基站E需与基站A、B设置切换关系,而信号会覆盖到线路1和线路2上,会影响到线路1与线路2之间和线路1上基站B与基站A之间的GSM-R网络用户的正常切换。在线路交叉并线区段,基站信号覆盖情况较为复杂,每增加一个基站的信号覆盖,会引起相互线路间影响的连锁反应。

优化方案:在此交叉区段利用既有线路的基站,通过增设基站C向线路3方向覆盖的天线并把RU接入到基站C,完成对线路3的信号覆盖,可避免新增基站引起的频率资源不够、线路间相互影响等问题,具体方案如图2所示。

2.2 案例二

案例说明:线路1与线路2垂直交叉,先期建设的线路1为GSM-R普通单网覆盖,基站间平均距离为6 km,沿线每个基站配置2个载频;后期建设的线路2运行CTCS-3级列控系统,为GSM-R交织单网覆盖,基站间平均距离为3 km,沿线每个基站配置2个载频。

原设计方案:线路2基站位置如图3所示。因为线路2运行CTCS-3级列控系统,GSM-R网络为单网交织覆盖,需满足单个基站宕机的情况下GSM-R网络正常可用,列车最高运行速度350 km/h,小区覆盖重叠距离为1 km,故在线路交叉区段存在着线路1基站E、F和线路2基站A、B、C、D共6个基站的覆盖信号,需要配置6(基站数)×2(载频配置数)=12个不同的载频,而GSM-R系统只有4 M频段,无法满足400 k频率配置间隔的要求,造成了网内频率干扰。

优化方案:在两条线路的交叉点位置配置共用基站A,如图4所示。根据两条线路用户数量配置3载频或4载频。为避免线路基站间的相互干扰,基站A、B、C、D、E使用窄波瓣天线,并严格控制基站的覆盖范围,使基站D、E的覆盖不延伸到线路2上。这样即使在基站A配置4载频的情况下,也可满足400 k频率配置间隔的要求。

图3 案例二原设计方案示意图

图4 案例二优化方案示意图

2.3 案例三

案例说明:线路2与线路1斜交叉后并行,线路1为后期建设线路,GSM-R单网交织覆盖,基站间平均距离为3 km;线路2为既有线路, GSM-R普通单网覆盖,GSM-R网络用户需由基站C切入到线路1的GSM-R网络。

原设计方案:线路2基站位置如图5所示。此设计方案存在问题:线路2往基站C方向的较长区段存在着基站A、B与基站C 3个基站的信号覆盖相差不大的情况,极易造成乒乓切换,而线路1则存在着GSM-R网络用户切换到基站C上再切换回来增加两次切换的问题。为解决此问题,在保证线路2的GSM-R网络用户场强可用的情况下,增大基站C向基站B的切换门限,使切换点靠近基站B,同时,增大基站B向基站C的切换门限,使切换点靠近基站C。同时,需要增大基站A、B间的防回切时间以避免发生在基站A、B间的乒乓切换。此类调整较复杂,需设计简单有效的优化方案。

图5 案例三原设计方案示意图

优化方案:线路1新设基站B位与线路1、2交叉点位置,基站B设置3面天线,覆盖线路1和线路2,基站B与基站A和基站C分别设置切换关系。此方案可避免原方案存在的问题,保证线路1和线路2的GSM-R用户顺利切换,具体方案如图6所示。

图6 案例三优化方案示意图

3 结论

通过对以上案例的分析可得到以下结论。

1)尽量减少在线路交叉区段有覆盖范围的基站个数。

2)后期建设线路应尽量利用既有线路的基站通过增加覆盖天线、增设RU等方式进行网络覆盖,降低交叉区段基站覆盖的复杂性,避免新增基站引起的线路间基站的相互干扰影响。

3)在线路交叉通过区段,在交叉点设置共用基站,基站使用窄波瓣天线并严格控制基站的覆盖范围,避免线路基站间的相互干扰影响。

4)两条线路交叉后并行且共用基站的线路,基站间的切换门限应设置为较大值,尽量使切换点靠近目标小区,同时应增大基站间的防回切时间,避免乒乓切换及误切换。

Based on engineering practice, the paper summarizes the design principles and system optimization methods in terms of base station setting, frequency allocation and network adjustment in railway crossing and parallel sections under the conditions of limited GSM-R system frequency resources and the poor domestic electromagnetic environment.

GSM-R; railway crossing and parallel section; design principle; system optimization

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.010

2013-06-27)