南通枢纽GSM-R覆盖方案研究

2021-05-27葛伟涛

铁路通信信号工程技术 2021年5期

葛伟涛

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 概述

目前，我国铁路专用移动通信系统主要采用铁路数字移动通信系统(GSM-R：GSM for Railways)，其可以提供语音通信、调度通信、列控数据传输、调度命令和无线车次号校核信息传送等业务[1]。随着沪苏通铁路、赵甸联络线的开通，加上已经运营的宁启铁路、在建的盐通高铁/陈桥联络线和南通动走线，南通地区逐渐形成了以南通站和南通西站为主要节点的铁路枢纽。枢纽地区几条铁路交错纵横，形成了三角区和并线区。上述区域各条线路的设计时速、信号列控等级各不相同，造成铁路GSM-R通信覆盖需求也各不相同。中国铁路GSM-R系统有限频率资源使得在此类区域的无线小区规划、频率分配、切换设置成为难题[2-3]。

因此，铁路枢纽应“统一规划、分步实施、持续发展的规划建设”[4]。对枢纽内各条线路GSM-R网络进行科学、合理的规划，并对未来需要建设GSM-R网络的线路进行站点及频率规划预留，统筹考虑各线GSM-R系统的基站设置、小区覆盖及频点规划，避免相互影响、干扰，实现枢纽内GSM-R系统资源共享，提高网络的质量及其安全可靠性，减少后续网络建设对既有网络的影响，避免拆改及重复建设，提高工程投资的利用率[5]。本文介绍南通枢纽内既有铁路及基站设置情况，其次分析盐通高铁正线、陈桥联络线及南通动走线覆盖方案，最后提出南通地区基站频率规划方案，为今后类似项目提供工程实例。

2 枢纽内铁路及既有基站覆盖情况

南通枢纽内既有铁路包括宁启铁路、沪苏通铁路、赵甸联络线，其中，宁启铁路于2004年4月开通，沪苏通铁路、赵甸联络线于2020年7月开通。在建铁路包括盐通高铁和陈桥联络线。各条线路的线路等级、设计时速及信号列控制式如表1所示。

南通枢纽内宁启铁路、沪苏通铁路、赵甸联络线已开通，沪苏通铁路开通时已将宁启铁路BPNT03基站关闭，枢纽内宁启铁路利用BP-NT02、ZhaoDian、BP-NT04、NanTong基站形成单网覆盖，沪苏通铁路利用BP-NT02、ZhaoDian、NanTongXi、NTX-ZJGB01基站形成单网覆盖，赵甸联络线利用ZhaoDian、NanTongXi基站形成单网覆盖。既有基站里程、厂家、载频数量如表2所示，既有基站及线路示意如图1所示。

3 枢纽内盐通高铁覆盖方案

南通枢纽内盐通高铁正线经国道村线路所至南通西站与沪苏通铁路接轨，盐城至国道村线路所设计速度为350 km/h，信号采用CTCS-3列控方式。根据CTCS-3列控技术体制要求，GSM-R网络必须采用抵抗单点故障的组网模式[6]，因此此段GSM-R采用单网交织和同站址双网相结合的覆盖方案；国道村线路所至南通西站设计速度为250 km/h，信号采用CTCS-2列控系统，信号系统CTCS-3切CTCS-2执行应答器位于DK138+116；信号系统CTCS-2切CTCS-3执行应答器位于DK143+282。信号系统CTCS-2向CTCS-3切换时RBC连接应答器位于DK149+388。CTCS-3等级与其他等级列控线路之间转换区段的无线覆盖设计应符合CTCS-3等级列控业务需求[7]。其他等级向CTCS-3级转换区域，GSM-R网络无线覆盖范围应满足从GSM-R通信电台开始注册GSM-R网络至具备等级转换条件的时间要求（列车以允许的最高速度运行计算距离），转换区域的主要操作所需时间为：

表1 南通枢纽各条线路概况Tab.1 Overview of each line of Nantong hub

表2 南通枢纽既有基站表Tab.2 Table of the existing base stations in Nantong hub

图1 南通枢纽既有基站示意图Fig.1 Schematic diagram of the existing base stations in Nantong hub

1）GSM-R 网络注册：40 s；

2）车载与地面RBC间的连接建立：10秒/次，保证2次GSM-R连接建立时间；

3）车载与地面间的数据交换及司机确认：20～25 s。

以上总计80～85 s（如图2所示），GSM-R网络应按照该时间要求和其他等级到CTCS-3等级转换区域的列车运行时速计算无线覆盖距离[8]。

经计算，按速度 250 km/h 考虑，上述条件考虑最长距离后冗余覆盖应至DK152+166，位于赵甸基站三岔口。因此盐通高铁正线国道村-南通西（不含）按照CTCS-3标准设计，采用冗余覆盖，覆盖电平按照95%时间地点概率下，最小可用接收电平不小于-92 dBm 设计。

3.1 枢纽内盐通高铁正线覆盖方案

盐通高铁在宁启K251+360盐通高铁一侧DK147+120、国道村线路所DK150+048和沪苏通ZhaoDian既有机房各新设1套2载频BTS，并将沪苏通既有BTS调整为1载频基站，组成同站址双网，其中盐通新设2载频基站为A网，即ZhaoDianA，新设2副天线安装于铁塔一层平台，接入盐通BSC；沪苏通既有基站组成B网，即ZhaoDianB，既有2副天线由铁塔一层平台调整至二层平台，接入沪苏通BSC。枢纽内盐通高铁正线利用 DK147+120（RGN-GDCXLS06）、DK150+048（GuoDaoCunXLS）、ZhaoDianA、ZhaoDianB、沪苏通NanTongXi基站覆盖。待盐通高铁基站启用时，关闭宁启BP-NT02。基站邻区关系如表3所示，基站示意如图3所示。

3.2 枢纽内陈桥联络线覆盖方案

盐通高铁陈桥联络线为国道村线路所至陈桥线路所的联络线，设计速度为160 km/h，信号采用CTCS-2列控，GSM-R采用单网覆盖，覆盖电平按照95%时间地点概率下，最小可用接收电平不小于-92 dBm设计。陈桥联络线利用GuoDaoCunXLS、ZhaoDianA、ZhaoDianB、BP-NT04基站覆盖。

图2 等级转换区域GSM-R网络覆盖范围要求（其他等级-CTCS-3级）Fig.2 Requirements of GSM-R network coverage range in the level transition region (other level-CTCS-3)

3.3 枢纽内南通动走线覆盖方案

盐通高铁新设南通动车所，由南通站至南通动车所设南通动走线。由于南通动走线设计速度为120 km/h，信号采用CTCS-2列控，因此南通动走线GSM-R采用单网覆盖，覆盖电平按照95%时间地点概率下，最小可用接收电平不小于-92 dBm设计。为了保证南通动走线覆盖，在BPNT04基站增加一副指向南通动车所方向的基站，并在南通动车所新设1套2载频基站和2套射频拉远单元（RRU），2套RRU通过短段光缆接入NanTongDCS基站，为动车所检查库内室内覆盖提供信源。南通动走线利用宁启NanTong、NT-BP04、盐通NanTongDCS基站覆盖。基站示意如图4所示。

表3 枢纽内盐通高铁正线覆盖基站邻区关系表Tab.3 Relationship table of adjacent areas covered by base stations on the main line of Yantong high-speed railway in the hub

图3 枢纽内盐通高铁正线覆盖基站示意图Fig.3 Schematic diagram of base stations covering the main line of Yantong high-speed railway in the hub

3.4 盐通高铁引起既有铁路覆盖基站调整

盐通高铁新增基站后将对南通枢纽内沪苏通铁路、赵甸联络线、宁启铁路覆盖的基站进行调整，调整前后枢纽内沪苏通铁路、赵甸联络线、宁启铁路覆盖基站如表4所示。

4 枢纽内频率规划方案

图4 枢纽内南通动走线覆盖基站示意图Fig.4 Schematic diagram of base station covering the EMU running track in Nantong hub

由于南通枢纽内基站数量及频点有所调整，因此需要结合基站邻区关系、既有基站占用频点、基站站间距进行频率规划。频率规划的主要原则是尽量减少对既有基站频点的调整，存在邻区关系的小区不能使用相同或相邻频点。经过统筹设计，南通枢纽内基站频率规划方案如表5所示。

5 总结

南通枢纽GSM-R设计覆盖不止简单地关闭既有基站，调整基站频点。盐通高铁联调联试前需在宁启铁路验证关闭宁启基站，利用盐通高铁基站覆盖宁启铁路能否满足宁启铁路覆盖需求。待宁启铁路覆盖场强及业务指标满足宁启铁路需求后，才能关闭宁启铁路基站，开启盐通高铁基站，开始盐通联调联试。需要注意的是，宁启铁路信号采用CTCS-2列控系统，关闭宁启铁路基站，利用盐通高铁基站覆盖宁启铁路，还需根据GSM-R编号方案同步修改信号CTC与GSM-R的接口服务器中全球小区识别码数据库。另外，由于盐通高铁正线采用CTCS-3列控系统，除了对GSM-R系统要求冗余覆盖外，还需要对使用的既有基站Abis接口和重点区域基站的空口进行监测，用以辅助运营维护单位对CTCS-3线路的管理。因此，交叉并线或枢纽地区的GSM-R设计是一个极其复杂的过程，是设计、施工、联调联式的重点及难点。