铁路枢纽地区GSM-R网络规划研究

李 竑任启军徐德龙马 君

(1．上海局电务处，上海 200071；2．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073)



铁路枢纽地区GSM-R网络规划研究

李 竑1任启军1徐德龙1马 君2

(1．上海局电务处，上海 200071；2．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073)

摘要：以上海铁路局枢纽地区规划为例，探讨铁路枢纽地区GSM-R无线网络规划中BSC规划、站点规划及频率分配等重点、难点问题。

关键词：枢纽地区；GSM-R；规划

Abstract:Taking railway junction areas of Shanghai Railway Administration as an example, the paper discusses the solutions to some important and dif fi cult issues such as BSC planning, BTS planning and frequency allocation in GSM-R wireless network planning in railway junction areas.

Keywords:railway junction area; GSM-R; network planning

根据《中国铁路总公司关于调整铁路专用无线通信业务和频率有关工作的通知》（铁总运函［2014］31号）文件，我国铁路无线调度通信系统的无线通信专用频率（450 MHz）已由工信部收回，需抓紧着手对目前我国铁路450 MHz无线调度通信系统进行制式改造。现在全路在用的列车无线调度通信系统制式有2种，即450 MHz无线调度通信系统（主要用于既有普速铁路）和铁路综合数字无线通信系统（简称GSM-R系统，主要用于客运专线和新建铁路），改造方案是将450 MHz系统全部改造成GSM-R系统。该项改造工程工作量很大，主要的技术难点是铁路枢纽地区、客运专线与既有线并线交汇等特殊区域的GSM-R网络规划。

铁路枢纽地区的地形条件复杂、线路多样，是众多客运专线、既有客运、货运线及联络线、绕行线交汇地区，枢纽地区日益增长的业务需求和紧张的无线频率资源之间存在矛盾。除此之外，随着GSM-R线路的建设，枢纽地区GSM-R无线站点布置、频率规划方案存在反复调整的情况，缺少统筹考虑。因此，有必要对枢纽地区GSM-R无线网络进行统一规划。

1　概述

1.1规划目标

1）通过对枢纽地区、特殊区域以及BSC的统筹规划，实现各线之间无线网络的合理衔接，优化通信基础设施资源配置，减少工程废弃和相互影响。

2）合理配置特殊区域GSM-R无线网频率，消除各线无线网间频率干扰，实现GSM-R无线网资源共享，保障GSM-R系统服务质量。

3）完善和优化上海局核心网系统，建设技术先进、结构清晰、安全可靠的移动通信网络，为高铁、客专、城际、既有普速铁路移动通信系统提供安全可靠的平台。

1.2规划原则

1）无线网规划根据铁路路网中长期规划、“十二五”铁路通信网规划和铁路局通信网规划，结合新线建设和既有线列车无线调度通信系统改造，按统一规划、分步实施、持续完善的原则进行。

2）对BSC设置地点及接入线路进行规划时，结合高速、普速铁路运输组织方式和养护维修特点，兼顾运用和维护的需要。

3）以既有和在建的GSM-R网络为基础，按照各线均装备GSM-R系统的要求进行规划。规划和建设时，优先保障高等级线路运用，最大限度减少对既有无线网络物理设施的调整。

1.3规划指标

枢纽地区GSM-R无线网络规划涉及工程设计各项指标，满足《铁路GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定》要求。

2　BSC冗余规划

BSC（含PCU）的冗余备份需根据设备自身特点，基于现网基站设置情况，从提高系统可靠性及操作难易程度等方面综合考虑。根据上海局GSM-R无线网现状，BSC（含PCU）设备级冗余备份有以下两种方式。

1）BSC热备份

BSC热备份方案一如图1所示，主备两个BSC同时物理连接相同的MSC（MGW）/SGSN 和BTS。正常情况下，主用BSC与MSC/SGSN 和BTS通信，承担全部工作；备用BSC与MSC/ SGSN和BTS仅保持物理连接。主备用BSC之间没有直接的物理连接，两者之间的心跳消息通过A接口信令链路所在2 M的单个时隙进行透传，由MSC提供信令转接功能。当满足倒换条件后，备用BSC可以自动完成倒换，接替原主用BSC管理BTS和与核心网设备通信的任务。

该GSM-R无线子系统冗余方案的特点如下：

*基站环两端基站分别接入主备用BSC，可保证在BSC发生故障时BTS的无缝倒接。

*BTS需配置4个2 M端口，硬件均支持分别接入两个BSC，无需进行硬件改造或升级，只需增加传输链路即可。

*网络配置简单，无需对单网交织的网络结构进行改变，只需BTS版本支持即可，但须对基站环上的全部基站进行版本升级。

2）BSC冷备份

BSC冷备份系统结构如图2所示，主要是通过传输系统实现BSC的N+1冷备份。此方案需通过网管显示BSC故障，并通过人工干预的方式进行故障检测及判决。备用BSC日常可下挂测试基站上电运行或保持断电状态，但定期应对其硬件设备进行健康性检查，对其软件版本和数据库进行人工核查。

此方案需要注意的事项：

确保备用BSC的硬件配置不小于现网BSC的配置；确保备用BSC采用的软件版本与现网运行的BSC软件版本一致；定期对备用BSC进行上电检查；定期对备用BSC数据库进行更新，与现网保持一致。

3　站点规划

3.1基站站点规划

3.1.1基站规划原则

考虑到枢纽内电磁环境复杂，在市中心铁路沿线可能出现较高的楼宇影响GSM-R无线信号的传播，应在理论计算的基础上再留出余量。结合枢纽内线路交叉、并线具体情况，基站站点规划应符合以下原则。

1）为满足GSM-R智能网基于位置寻址通信的要求，优先在车站规划设置独立的无线小区。

2）线路平行和交越（交汇）地段，无线网规划以高等级线路的小区规划为基础，兼顾低等级线路的运用需要；相同等级的线路，优先以承载重要业务的线路进行无线网规划。

3）机车和动车组检修作业区域尽量单独设置基站小区，根据业务需要和检修作业量规划信道容量。

4）对于有两条或多条线路交叉区域，基站尽量设置在线路交叉点附近，并设置覆盖交叉点所有铁路方向的天线。

5）基站尽量设置在弯道附近，基站站址不能满足在弯道处设置基站，需采取必要的网络优化措施，避免在弯道区域发生乒乓切换等问题。

6）枢纽内尽量少设直放站，以避免产生网内干扰，保障GSM-R无线网络稳定可靠。

7）选址时细致分析河流、水位资料，落实洪区、蓄洪区、洪水位、内涝水位等基本概念，特别注意要规避干涸的河道（分洪区）。

8）关注站址所在地区空军、机场等对铁塔高度的要求，在临近机场等航空管制区域范围内设置基站时，提前考虑净空和市政规划要求，尽可能在满足G网覆盖的前提下降低铁塔高度。

9）在满足系统技术要求的前提下进行综合、集约化选址，尽可能与牵引供电、电力、信号等专业设施同址设置，尽量使用大型临时用地。

10）基站选址尽可能靠近既有道路，方便运营维护。

11）基站设置优先按线覆盖，综合考虑不同等级线路维修天窗、环评等因素。

3.1.2杭州枢纽基站规划方案

随着客运专线的建设，杭州枢纽已逐步形成衔接沪昆、宣杭、萧甬、宁杭、杭黄铁路以及沪杭、杭甬、杭长客专等8条干线，上海、南京、芜湖、黄山、金华和宁波6个方向的大型铁路枢纽。

杭州枢纽地区沪宁城际铁路、宁杭城际铁路、杭甬客专、杭长客专GSM-R系统均已建，采用单网交织的无线组网方式；杭黄客专、商合杭客专GSM-R系统在建，采用普通单网的无线组网方式。沪昆线、宣杭线、萧甬线等既有线GSM-R系统待规划，均采用普通单网的无线组网方式。

考虑到杭州枢纽内杭州东、杭州南、杭州站周边地区频率资源非常紧张，在杭长客专、杭甬客专建设阶段已反复对该区域频率配置进行调整，因此建议杭州枢纽内沪昆线、沪昆绕行线的规划基站均采用O1+1站型。

另外，对于利用已建基站、未单独规划基站的既有线车站，建议通过短号码分配实现位置寻址等业务应用。

3.2 既有线基站容量规划

既有线GSM－R业务主要考虑个别呼叫、组呼叫、广播呼叫、GPRS数据业务等。根据相关规范，参照铁路移动用户忙时话务量进行理论计算，并综合考虑既有线GSM-R实际应用情况，得到既有线基站载频配置需求。

对于车站基站，经计算，既有线大型车站需要的总信道数为14个，一般车站需要的总信道数为11个，可配置2载频。综合考虑既有线GSM-R实际应用情况，对已开通京九线上海局管内各车站基站24 h话务量峰值进行统计分析，如表1所示，可以看出单载频也可满足业务需求。因此，对于特殊区段的个别车站基站，考虑到枢纽地区频率资源比较紧张，且为了便于维护，也可采用1（主）+1（备）载频基站。

表1　京九线车站基站话务统计数据

对于区间基站，经计算，既有线区间基站需要的总信道数为7个，可配置单载频。考虑到便于维

护，且提高设备可靠性，建议采用1（主）+1（备）载频基站，或在频率资源相对充足区段，采用2载频基站。

3.3分布式基站应用

除了传统基站方案，部分既有线及枢纽地区规划时会采用分布式基站方案，达到减少房建等基础设施建设、缓解频率资源紧张等目的。分布式基站有共载频和不共载频两种方式，各厂家实现方式有所不同，在频率资源分配时也有所区别。因此，应针对不同枢纽GSM-R无线网络建设现状，合理地选择分布式基站。

4　小结

通过对枢纽地区GSM-R无线网络规划的研究，可结合局内新线建设和铁路局通信网规划，统筹各线GSM-R无线网建设需要，制定局内铁路枢纽地区及特殊地区的GSM-R无线网规划，为局内相关线路GSM-R无线网的设计及实施提供条件，减少后续网络对既有网络的影响，实现各线之间GSM-R无线网的无缝衔接，优化通信基础设施资源，同时通过合理配置枢纽地区的GSM-R无线网频率，实现GSM-R无线网资源共享，保障GSM-R系统服务质量。

参考文献

[1]铁总运[2014]252号 中国铁路总公司关于做好特殊区域GSM-R无线网规划工作的意见[S].

[2]铁建设[2007]92号 中华人民共和国铁道部《铁路GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定[S].

收稿日期：（2015-06-29）

基金项目：上海铁路局科研项目（2015082）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.004