铁路十字交叉区域GSM－R无线网络覆盖研究

赵留俊 周建美

新建铁路无线通信系统一般为GSM－R系统，只有4MHz频段，19个频点，而一般每个小区均设计为2个频点，导致铁路并线、交汇和交叉的区域无线覆盖和频率规划极为困难。这些特殊区域的GSM－R网络覆盖方案成为铁路无线通信设计的难点，也是需要重点关注的问题。

对于二条线完全并行的区域，在线路交叉位置，移动终端无法自动选择需要接入的基站，只能共用GSM－R网络。GSM－R系统最常用的天线为65°定向天线，根据电子地图仿真和实际测试经验，在开阔区域，垂直铁路单侧1km范围内，GSMR无线信号在－80dBm以上。已开通的京沪高铁与沪宁高铁的完全并线区域，和津秦高铁与大秦线完全并线区域，均共用GSM－R无线网络。

对于三角形和 “T”形汇合的特殊区域，根据无线通信业务的需求及特殊区域的线路长度，一般在线路汇合点设置基站，或使用分布式基站将整个区域做成一个小区处理，对于有CTCS－3列控需求的高铁线路，基站或分布式基站应冗余设置。

对于二条铁路十字交叉的情况，存在2种解决方案：①在交叉点设置基站，二条线共用基站；②二条线均不在交叉点设置基站，不共用基站。这2个方案各有优缺点，且在已开通的工程中均有应用。目前，业界对铁路十字交叉区域GSM－R无线网络覆盖方案仍存在争议。本文结合工程实例就以上2种方案进行研究和探讨。

1 已开通工程案例

1.1 共用基站案例

1.津保铁路与京沪高铁。这二条线十字交叉的位置前后各1.5km设有基站，十字交叉位置附近有京沪天津西联络线及新建的京津联络线。由于京沪高铁、京沪天津西联络线及京津联络线均为CTCS－3级列控线路，无线网络应做冗余覆盖，因此在京沪高铁基站布点设计时，应该在十字交叉位置设置2套基站，满足各线冗余覆盖需求，同时也满足津保铁路无线覆盖需求。

2.京沪高铁与沪宁城际。这二条线均为单网交织覆盖方式，在十字交叉点附近设置2套基站（O2＋O1），形成同站址双基站冗余覆盖。

3.瓦日线与京九线。这二条线十字交叉，在交叉区域均有联络线，为保证联络线短号码和组呼业务正常运用，二线在交叉点处设置共用基站。

1.2 不共用基站案例

1.津秦高铁与迁曹铁路。这二条线均为单网交织覆盖，一条为高速铁路，另一条为重载铁路。二条线属于不同的铁路局，且无联络线。二条线基站厂家不同，虽然津秦高铁在二条线十字交叉位置新设了基站，但不共用基站。

2.瓦日线与大西高铁。大西高铁为客运专线，瓦日线为重载非列控货运线路。二条线在既有南同蒲线新堡站附近十字交叉，但无上下线关系。二条线路GSM－R系统均为单网覆盖方式，但二条线均不在交叉点设置基站，使用各自设置的基站覆盖各自线路，二条线GSM－R网络不做切换关系。

3.瓦日线与京广高铁。瓦日线下钻京广高铁，二条线十字交叉。瓦日线施工时京广高铁已开通，为不影响京广高铁运行，二线不共用基站。

4.瓦日线与京沪高铁。瓦日线下钻京沪高铁，二条线十字交叉，不共用基站。其交叉区段，瓦日线设有U型防护槽，瓦日线使用漏缆覆盖，不影响京沪高铁。

2 正在设计的工程案例

2.1 共用基站案例

1.哈牡客专与既有滨绥铁路。哈牡客专设计时速250km/h，承载CTCS－3级列控，GSM－R系统单网交织覆盖；既有滨绥铁路电化工程为单网覆盖，2条线无上下线关系，电化工程先实施。二条线共有7处十字交叉的区域。拟实施方案为在十字交叉位置设置基站，客专和电化工程均设置基站，由于电化工程先实施，基站按照客专标准建设，客专工程实施后关停电化工程基站设备。

2.长白线与通让线。二条线在大安北附近十字交叉，有上下线关系，且均为单网覆盖，长白线在十字交叉口设置共用基站。

3.京通线与通辽枢纽联络线。在通辽枢纽附近，京通线、通大线、通霍线及多条联络线形成十字交叉，多条线之间存在上下线关系，且各条线均为单网覆盖，在十字交叉口设置共用基站。

4.蒙华通道与太中银铁路。这二条线十字交叉，蒙华通道新设联络线连接太中银铁路。太中银铁路基站为华为设备，十字交叉区域使用分布式基站覆盖。将太中银一处基站改为BBU＋RRU，蒙华通道距交叉点最近的2个基站均为RRU。

5.济青高铁平陵城联络线与胶济邯济联络线。这二条线十字交叉区域距既有胶济客专 （已开通GSM－R网络）和胶济货线较近，二条线均为单网覆盖，为便于频率规划，二条线在十字交叉口设置共用基站。

2.2 不共用基站案例

1.长白线与哈大客专。这二条线在长春枢纽小城子站附近十字交叉，无上下线关系，为避免影响既有哈大客专，二条线不共用基站。

2.京沈客专与大郑线。京沈客专设计为CTCS－3级列控，GSM－R系统为单网交织覆盖；通大铁路电化工程为单网覆盖，二条线无上下线关系，电化工程先实施。二条线在幺荒站附近十字交叉，为避免相互影响，二线不共用基站。

3.蒙华通道与大西高铁。这二条线均为单网，无上下线关系，交叉点附近无大西客专既有基站，二线不共用基站。

4.蒙华通道与郑西高铁。蒙华为单网，郑西高铁为单网交织，无上下线关系，交叉点附近无郑西客专既有基站，二线不共用基站。

以上工程实例汇总如表1所示。

3 关键问题分析

在已开通和正在设计的工程中，二条铁路十字交叉区域均有共用和不共用基站的案例。目前，业界对不共用基站存在争议的是终端在交叉点区域起呼或掉电的情况下是否会选错网络，这成为在十字交叉区域是否设置共用基站的关键问题。

根据3GPP协议，OMC－R给每个小区都定义了BCCH分配列表 （BA表）。BA表分为IDLE和ACTIVE 2个类型，BA IDLE列表 （BCCH空闲列表）用于终端在空闲模式下的小区选择和重选；BA ACTIVE列表 （BCCH激活列表）用于终端在专用模式 （通话状态）下测量相邻小区频点，在小区切换时起作用。

GSM－R系统BA表一般有6个BCCH频点。当终端开机时，若存储了上次关机时的BCCH载波消息，它将首先搜索已存储的BCCH频点，若无法驻留在该小区，则检查该小区的BA表，搜索并接入BA表中合适的BCCH频点，若仍未找到合适的选取，则搜索所有的BCCH频点，接入到电平最大的允许接入的频点上。

表1 工程实例汇总表

因此，二条线十字交叉区域不共用基站时，开机的终端会一直驻留在自己所在线路的小区，不会错选到其他线路小区；在交叉点发起短号码呼叫或组呼业务，也会叫到本线的调度员、车站值班员及终端用户；若在交叉点位置掉电，再开机时也会选择本线小区。

根据现有GSM－R网络编号规则，若十字交叉的二条线使用不同的BSC，则二条线的位置区不同。A、B二条线十字交叉区域共用基站时，交叉点的基站若接入A线BSC，B线终端在空闲模式下，随着位置的变化，在经过十字交叉点时，将有2次位置更新过程，需要网络侧MSC和VLR参与完成；B线终端在专用模式下，随着位置的变化，在经过十字交叉点时，将有2次跨BSC切换过程，需要网络侧MSC参与完成。

4 优缺点比较

对于二条铁路存在上下线关系的十字交叉区域，可以确定基本都需要共用基站；对于二条铁路无上下线关系的十字交叉区域，共用基站方案和不共用基站方案的优缺点如表2所示。

表2 共用基站方案和不共用基站方案的比较

5 总结

1.若十字交叉的二条线存在上下线的关系，共用基站，可根据2个工程实际情况选择分布式基站方案或在交叉点设置基站方案。

2.若十字交叉的二条线不存在上下线关系，共用基站和不共用基站方案均能满足无线通信业务需求。考虑到频率规划难度、二条线路的覆盖标准、工程实施进度和后期维护等方面的因素，建议二条线垂直交叉时，不共用基站；小角度斜交叉及交叉后二线间距仍不超过1km时，在交叉点设置共用基站。

随着铁路大规模建设和既有线GSM－R工程的实施，铁路十字交叉的情况越来越复杂，在二条线十字交叉的附近也会存在其他线路甚至是已经开通GSM－R网络的线路，对于存在较多线路的十字交叉区域，需要根据既有基站位置统筹规划，本着满足覆盖和业务的需求，高铁优先和最大限度利用既有设施的原则制定无线覆盖方案。

［1］ 钟章队，李旭，蒋文怡.铁路综合数字移动通信系统（GSM－R）［M］.中国铁道出版社，2007.

［2］ 韩斌杰.GSM原理及其网络优化［M］.北京：机械工业出版社，2004

［3］ 赵留俊.铁路交汇区域GSM－R无线网络覆盖方案研究［J］.高速铁路技术，2014（10）：42－46.

［4］ 赵留俊.铁路并线区域GSM－R网络规划与关键问题分析［D］.北京：北京交通大学，2011.