GSM-R现网组网方案与建设对比研究

张华峰

(中国铁建电气化局集团第一工程有限公司，河南洛阳　471000)



GSM-R现网组网方案与建设对比研究

张华峰

(中国铁建电气化局集团第一工程有限公司，河南洛阳471000)

作为承载列控安全信息的通道，GSM-R网络需具备极高的可靠性和安全性，其无线系统组网方案是GSM-R系统规划的重中之重。通过对GSM-R目前常见的两种同址双站和单网交织组网进行对比，从组网复杂度、可靠性、频率规划及网优、网络建设成本等几个方面对GSM-R无线组网进行分析和比较，采用可靠性数学建模方法对两种方案进行数学分析。可靠性对比结果表明系统冗余越多，可靠性越高，但是在实际工程实施时要从多方面综合考虑，并对未来大规模GSM-R改造项目的建设提出相关建议。

GSM-R； 无线组网； 同址双站； 单网交织； 对比分析

1　概述

GSM-R系统基于行车安全性考虑，对于网络的性能要求很高，因此，合理的网络覆盖，是提升系统性能的关键。目前，GSM-R主要使用的覆盖方案有单层网交织、同站址双网及双网交织方案[1，2]。对于双网交织覆盖，需要再多建1套站点机房及铁塔等基础设备，大大增加了网络建设成本，在目前工程项目中应用较少。我国《中长期铁路规划(2008年调整)》中规划的“四纵四横”客运专线网络是世界上最大的高速铁路网络，到2020年，包括客运专线铁路、城际铁路以及客车和货车混行的时速200km以上铁路在内的快速铁路里程将会达到5万km，这也将是世界上GSM-R应用最广泛的铁路网络。虽然目前国内外使用较多的是单网交织覆盖方式[3-6]，但考虑到后续中国有近7万km既有线路进行GSM-R改造，故有必要对上述几种GSM-R组网方式进行进一步研究。以青藏线和大秦线的同址双站组网[7，8]为例，与目前常见的单网交织组网进行对比研究，深入分析几种方案的优缺点，旨在为未来大规模的GSM-R改造项目提供一些理论参考。

2　同址双站覆盖

同址双站组网指在同一站址设置2套基站，2套基站形成双覆盖冗余，与主备BSC进行连接，但实际应用中存在2种不同形式的同址双站方案，主备用基站同频和异频，青藏线GSM-R采用的是A/B网覆盖[9]，A网基站和B网基站独立工作，各自使用独立的频点，大秦线GSM-R主备基站采用相同频率发射，下面将详细进行介绍。

2.1青藏线GSM-R A/B双网覆盖

青藏线GSM-R采用双层A/B网覆盖[10]，每个站点设置2套独立的基站，站点之间采用环网结构，同址站点共用1套铁塔，A、B网天线分别架设在不同高度，如图1所示。

图1　青藏线GSM-R网络结构

在格尔木和拉萨各设2套BSC，其中BSC50承载西宁、格尔木—唐古拉北A网共98个基站业务处理；BSC51承载唐古拉北—拉萨B网96个基站业务处理。BSC60负责拉萨—唐古拉北A网96个基站覆盖范围内的业务处理；BSC61下唐古拉北—格尔木B网96个基站覆盖范围内的业务处理。

基站工作方式为主备同时工作，正常情况下，业务均由A网承担，并且配置相邻站点的A、B网互为切换邻区，保证异常情况下业务及时切换。A网站点站型一般为O2，B网站点一般为O1，主用A网站点和备用B网站点采用不同的BCCH频点，由于频率资源的限制，在频率规划时B网只是用1000-1004这5个频点，其余用于A网使用。

2.2大秦线GSM-R双网备份覆盖(图2)

大秦线GSM-R也是采用共站双网覆盖，其组网方式类似于青藏线，但考虑到频率资源紧缺的特点，在频率规划及分配方面有一定改进，所有A网站点可以充分使用4M频率资源，一定程度上缓解了网规网优的压力。

图2　大秦线GSM-R网络结构示意

BSCA和BSCB下的主、备基站覆盖完全一样，如果某个主基站故障，根据倒换机制，备基站接替主站工作，保证了单点故障中断业务时常较短。目前双网备份基站倒换业务中断时间在60s内。

双网备份覆盖基站与BSC组网灵活，没有要求主、备基站组网方式必须一致，也没有要求BBU与RRU组网方式一致，但要求主、备基站的频点一致，主备基站小区覆盖范围一致。

该组网中，主备站点不同时工作，在主用正常时备用站点无发射功率，需要增加机制来进行主备工作检测，异常情况下主备的倒换工作，在系统设计方面较青藏线难度提高，且理论上业务中断时间有所增加。

3　同址双网与单网交织覆盖对比分析

3.1单网交织覆盖

每站址设置1套基站，奇、偶数基站进行交叠覆盖且同时运行工作，如图3所示。

图3　单网交织覆盖示意

该组网下，奇数站与偶数站间深度交织，任何站点出现异常，均可以由相邻站点完成其覆盖区域的业务接替，但由于重叠区域较多，使得站点更加密集，因此，会在很大程度上增加切换次数，而且由于频率资源紧张，一定程度上增加了干扰的几率，给网络优化增加了难度。

3.2可靠性数学建模分析

如图2(a)所示的同址双站模型，根据可靠性数学建模方法，可抽象为可靠性模型框图如图4所示[11]。

图4　同址双站可靠性框图

系统可靠度为

(1)

式中，RS1=R1R3R5；RS2=R2R4R6。

如图3所示的单网交织[12]覆盖方案，可靠性框图如图5所示。

图5　单网交织可靠性框图

系统可靠度为

(2)

式中，RS3=1-(1-R1)(1-R2R3)，当组成无线系统的各单元可靠度如表1所示，根据式(1)和式(2)，可得同址双站冗余覆盖和交织站址冗余覆盖方案的系统可靠度对比结果如表2所示。

表1　无线系统单元可靠度预测

表2　同址双站与单网交织方案系统可靠度对比

从可靠性对比结果可以看出：系统冗余越多，可靠性越高，但是在实际工程实施时要从组网复杂度、可靠性、频率规划及优化难度等方面综合考虑。

3.3青藏线与大秦线组网方案综合比对

从组网复杂度，可靠性，频率规划及优化难度，网络建设成本方面对两种同址双站组网方式和交织站址方式进行对比分析[13，14]，分析比较结果如表3所示。

4　结语

经过对2种同址双站及单网交织组网进行对比，从业务应用角度来讲，这3种方式都有效增加了网络的可靠性，都能够承载列控数据传输[15]，但实际工程项目应该首选双网备份，即主用基站发功，备用不发功，异常情况下进行倒换的方式，该方式充分利用了频带资源，对于频率规划及后续网络优化都留有较大空间。

但由于共站双网覆盖组网对于传输要求较高，新建铁路在建设或者在已有传输资源充足的铁路区段，可以充分考虑，进行统一规划，但是某些现有区段，可能是对现有铁路450M区段进行改造，现有的传输资源不满足双网要求，此时要新建传输可能投入成本会很大，但又要保证可靠性的列控区段，可以引导客户采用单网交织的组网方式。

表3　无线组网方式对比分析

青藏线A/B网方式与大秦线双网备份相比，对于网络规划及后续优化会存在一些压力，但是业务恢复时间快的特点，在可靠性要求更高的区段可以较大程度被用户认可，具体使用哪种方案，需要参考实际铁路线路的特点以及相关线路的地形、地貌来统一综合考虑。

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Comparative Study on Networking Scheme and Construction of Existing GSM-R Network

ZHANG Hua-feng

(The1stEngineeringCo.，Ltd.ofChinaRailwayConstructionElectrificationBureauGroup，Luoyang471000，China)

Asatrainoperationcontrolinformationchannel，GSM-R(GSMforRailway)networkshouldbehighlyreliableandsafeanditswirelesssystemnetworkschemeisthekeyinGSM-Rsystemplanning.Basedonthecomparisonbetweentheco-locateddouble-siteandsinglenetworkintertwinedforGSM-Rwirelessnetworking，thispaperanalyzesandcomparesthewirelesssystemnetworkingschemeintermsofthenetworkingcomplexity，reliability，frequency-planningandnetworkoptimization，networkconstructioncost，andconductsmathematicalanalysisofthetwoschemesbasedonreliablemathematicalmodeling.Thecomparisonresultsshowthatthemoreredundantofthesystem，themorereliableofthesystem，butcomprehensiveconsiderationsarerequiredinpracticalengineering.Relevantsuggestionsfortheconstructionoffuturelarge-scaleGSM-Rrenovationprojectareputforward．

GSM-R;Wirelessnetworking;Co-locateddouble-site;Singlenetworkintertwine;Comparisonandanalysis

2015-12-15；

2016-01-06

张华峰(1973—)，男，高级工程师，E-mail:417884164@qq.com。

1004-2954(2016)08-0156-04

U285.21

A< class="emphasis_italic">DOI

:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.08.033