宁安新建GSM-R基站接入京沪高枢纽区段方法探讨

樊 华 上海铁路局上海通信段

宁安新建GSM-R基站接入京沪高枢纽区段方法探讨

樊 华 上海铁路局上海通信段

当前，我国CTCS-2、CTCS-3等级铁路已全部使用GSM-R无线信号进行列车自动控制，而在铁路枢纽地区以及线路相邻区域，多个GSM-R系统基站同时工作时较易形成同频干扰，从而引发行车降级或故障，因此新建铁路接入既有枢纽部分需在施工时研究接入方式，科学论证，统筹规划，以减少新建铁路对既有线路高铁行车影响，借此论证宁安新建基站接入枢纽区段方式。

GSM-R；直放站；同频干扰

1 引言

GSM-R是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，支持铁路特有的列车调度语音业务、语音组呼、功能寻址、功能号表示。支持列控信息传送,支持列车与地面控制设备间双向数据无线传输，使列车运行安全性大大提高。支持列车移动闭塞方式，使列车追踪间隔减少，提高运输效率效率。典型的GSM-R网络是在沿路轨方向安装定向天线，以形成沿轨的椭圆形小区。

2 宁安与京沪高GSM-R基站相邻区段介绍

新建南京至安庆城际铁路全长257.522km，是长三角客运网的延伸线，地处江苏省、安徽省境内，设计时速250km/h。无线组网方案为普通单网覆盖，承载CTCS-2级列控数据。线路引入南京南站与京沪、沪汉蓉高速铁路并行段通信GSM-R系统按单网交织覆盖建成，并行区段长度约8 km。

目前，南京南枢纽区段已有3条高铁线路接入,该地区GSM-R系统频率资源紧张，新增宁安铁路基站接入会产生同频干扰或小区重叠等问题。为满足基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输的要求，减少宁安线基站接入对既有高铁线路行车的影响，避免因基站频率干扰引发行车降级或故障，需对基站接入方式进行改进，研究出一套科学合理的优化解决方案。

3 宁安与京沪高GSM-R基站相邻区段方案探讨

根据宁安铁路设计文件，在宁安正线DK8+500王府山隧道入口设置1处基站，基站铁塔高40 m，安装1副定向天线指向南京方向，安庆方向隧道内场强覆盖问题利用直放站加漏缆解决（见图1）。

图1 宁安与京沪高GSM-R基站相邻区段示意图

因宁安新设基站与既有京沪基站直线距离500 m，京沪基站采取交织覆盖方式，基站间距离为3 km，而宁安基站采取单网覆盖，基站间距离为5 km，基站过于密集会产生同频干扰而影响京沪基站间无线信号的接收，同时由于各小区重叠区大小不易划分，会造成弱场或是越区切换时间过长，通信质量得不到保证。针对该问题形成以下几种解决方式：

①可采用新设基站降低天线高度，调整倾角和基站发射功率来降低干扰；

②可将新设基站改成直放站远端机接入最近的1处京沪既有基站，利用京沪线既有基站天线解决该区段场强覆盖问题；

③可利用宁安铁路下一个基站加直放站近端机来解决场强覆盖问题。

对以上三种方案进一步展开形成以下具体解决方案：

方案Ⅰ：降低天线高度和基站发射功率

该方案是在原设计的基础上，通过在施工时将原天线架设高度40 m下降至30 m，天线安装方向指向南京方向，基站内其余设备、隧道漏缆及直放站设备保持不变。后期调试开通过程中，通过调整天线倾角并降低基站发射功率，以减少对京沪线既有基站的频率干扰（见图2）。

图2 方案Ⅰ设备连接示意图

方案Ⅱ：基站改成直放并接入既有京沪高铁基站

该方案是将原DK8+500基站改成直放站远端机，敷设1 条12芯光缆至既有京沪高铁基站，在京沪高铁基站内增设直放站近端机1套，利用耦合器连接至京沪CJ-NJN17基站BTS设备，同时原铁塔高度由设计40 m改成30 m，隧道内设备保持不变（见图3）。

图3 方案Ⅱ设备连接示意图

方案Ⅲ：基站改成直放并接入宁安相邻基站

该方案是将原DK8+500基站改成直放站远端机，敷设1 条12芯光缆至宁安相邻基站（DK13+470），在该基站内增设直放站近端机1套，利用耦合器连接至该基站BTS设备，隧道内设备保持不变（见图4）。

图4 方案Ⅲ设备连接示意图

方案对比分析和确定。通过对现场多次踏勘调查后，本着以设计为基础、维护为根本，同时借鉴既有枢纽GSM-R接入施工经验，从方案实效性，施工难易程度、施工成本、后期维护等方面对以上三种方案进行分析对比，具体见表1。

表1 施工方案对比表

（1）技术、施工角度分析

方案Ⅰ虽然施工简单、易操作，但从开通调试角度考虑，后期调试开通难度大，很有可能影响京沪C3列车运行，安全系数较低、风险较大。从技术角度分析，该方案重点在于降低天线高度，调整天线倾角来减小干扰，具体见表2。

表2 天线挂高、倾角场强覆盖距离分析表

从表2可看出，天线下倾角保持不变时，天线挂高40 m，覆盖距离2.3 km，天线挂高30 m，覆盖距离减少0.6 km；天线挂高不变时，天线下倾角增大1倍，场强覆盖距离平均增加约50 m，变化微弱。而宁安新设基站与既有京沪高基站间直线距离0.5 km，若采用此方案，因直线距离较短，基站天线高度及下倾角调整效果不甚明显，且两线间基站之间场强覆盖会出现80%的重叠区，存在明显干扰，应予以舍弃。

方案Ⅲ是从宁安铁路下一个基站下挂直放站远端机至隧道口，两者相距5 km，而光纤+直放站的结构在同一小区覆盖控制不好易形成同频干扰区域，实际是多径干扰，轻则造成通信质量下降，重则造成切换失败，甚至掉话，数据丢失。该站点选用直放站后同时也增加了该小区覆盖范围，因为宁安铁路的小里程和京沪高的大里程多为并线区段，可能对交织覆盖的3 km京沪高其他小区带来同频干扰。

方案Ⅱ是将该处基站改直放站接入既有京沪基站，它的优势在于：宁安王府山隧道口DK8+500直放站的天馈线是从既有京沪基站BTS设备上提取信号源，它与京沪基站不存在频率干扰问题，从根本上解决区间与既有京沪高铁基站之间的同频干扰问题，最大限度减少因频率干扰影响京沪CTCS-3列控行车数据传送。但因近端机通过加设耦合器提取信号源，标称为6 dB的耦合器，输出信号一般产生5.5 dB～6.5 dB衰耗，由此带来基站间覆盖或是邻区关系需要通过检测进一步验证。另从施工角度考虑，此方案涉及既有设备安全，缆线布放及设备安装施工需在天窗点内进行，安全风险较多，施工难度较大，要求施工单位具有较高的安全意识，较完善的施工组织能力和较强的施工技能。

（2）经济效益分析

针对以上三种方案，分别从设备、辅料成本；施工人工费、仪表机具费、营业线施工配合费等方面做了对比，具体数据见表3。

表3 施工方案成本分析表

从表3可以看出，方案Ⅱ施工成本最低，比方案Ⅰ节省成本约44万，经济效益最高。

通过以上三种方案的系统分析，重点是技术分析比对并结合现场实际情况，兼顾经济效益等因素，形成以下结论：宁安铁路南京南枢纽GSM-R系统基站接入施工方案宜采用方案Ⅱ：宁安新建GSM-R基站改成直放站方式并接入既有京沪高铁基站。

4 施工后各项指标验证

2015年7月宁安铁路DK8+500基站改直放站接入既有京沪基站后，检测人员对以上两条线路分别进行测试，具体如下：

（1）采用“同频干扰检测算法”对宁安线区段进行同频干扰测试，具体如下：

①在宁安正线上让模拟检测车（施工梯车代替）匀速通过该区段，用测试仪上的时间窗口代替距离窗口进行简化分析，在0.5 km内利用仪表抽样；

②根据仪表抽样结果，换算解出基站识别码BSIC，并判断是否相同。

③测试结果表明在测试的0.5 km内，BSIC数据均相同，不存在同频干扰，以下是检测示意图(见图5)：

图5 检测示意图

（2）对京沪高区段CZ-NJN17基站电平值变化情况进行测试，具体如下：

①利用京沪线动检车的开行，使用测试终端、TEMS、GPS测试CZ-NJN17基站电平值变化情况。

②直放站开通前测试结果如下图6（阴影部分为CZNJN17基站电平）:

图6 直放站开通前测试结果

直放站开通后测试结果如下图7（阴影部分为CZ-NJN17基站电平）：

图7 直放站开通后测试结果

③对比直放站开通前后CZN-NJN17基站电平变化，加装直放站后测试电平值（RxLev）下降2dbm～4dbm,对CZ-NJN17基站对相邻基站的切换、电平覆盖、CSD链路指标无影响。

5 结束语

随着十二五期间铁路建设的加大加快，尤其是高速铁路及客运专线的陆续开通，铁路枢纽车站接入的高铁线路愈来愈多，不同的列控方式及地理环境均对GSM-R通信提出更高要求，即使可以通过如分布式基站方式新技术不断的更新解决，但也存在不同厂家不同型号设备兼容的限制。通过优化接入方案而改进GSM-R运用效果不失为一种实用性较大的方式。本文的阐述希望对全路其他铁路线有所启发。

责任编辑：许耀元 窦国栋

来稿日期：2015-12-01