GSM-R 技术在通让线（哈局段）铁路通信中的技术应用

白杰

（中铁二十局集团电气化工程有限公司 陕西西安 710100）

随着经济发展，黑龙江地区的既有铁路线普遍开始电气化改造。通让线（哈局段）450 M无线通信系统已无法满足当前通信业务的实际需要，基于此，本次施工通过利用GSM-R技术创建公共无线通信系统平台，能够有效促进通让线（哈局段）铁路移动通信系统升级改造，为铁路运输指挥以及生产提供支持，对施工中问题的分析处理，为今后的通信施工积累经验。

1 GSM-R系统特点

1.1 GSM-R技术介绍

GSM-R是在GSM的基础上所发展的，功能业务更加丰富，能够有效提升铁路通信系统调度能力，同时还可有效满足列车高速移动对于无线通信的要求，系统稳定性和安全性均比较高，同时还可为信号、列车控制系统提供传输平台[1]。

1.2 GSM-R网络系统总体结构

在GSM-R网络中含有多个基本网元设备，包括NSS网络子系统、OMC网管子系统、BSS基站子系统以及GGSN设备等。

GSM-R网络系统可划分为3个子系统，包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网子系统（IN）以及通用无线业务子系统（GPRS）[2]。

1.3 GSM-R网络主要特点

（1）有利于铁路GSM-R网络的建设和运维。在铁路运输生产和指挥中，GSM-R网络均发挥着十分重要的作用，可为铁路运输和生产的各个环节提供通信服务，因此，在铁路通信中创建GSM-R网络十分关键。在新建铁路、既有铁路电化改造中，GSM-R网络的应用比较常见，通过利用GSM-R技术可创建移动通信系统，在交换和无线网创建完成后，即可促进铁路通信能力的提升[3]。

（2）有利于优化铁路GSM-R核心网络结构。通过对铁路通信系统发展规划进行分析，在GSM-R网络建设过程中，要求能够覆盖全国，保证通信系统服务水平。GSM-R网络规模比较大，在GSM-R系统创建过程中需应用多种技术，要根据各条线路实际情况对无线系统进行规划建设。

（3）有利于铁路GSM-R核心网络基础设施共享。对于GSM-R，可作为综合数字移动通信平台，与传统的无线通信系统相比，技术水平比较高，同时成本投入量比较大。在全网建设中需应用多种基础设施，而核心网设备是各条线路中GSM-R系统的公用部分。

2 GSM-R在通让线（哈局段）铁路中的具体应用

通辽至让湖路铁路哈局段（以下简称通让线哈局段）位于黑龙江省西南部，大致为西南至东北走向。管辖段落铁路里程为K335+000～K420+060.7，线路长度85.053 km。既有壮志至大庆西联络线电气化工程，线路自壮志站中心引出向东北至大庆西站西端咽喉，线路长度4.6 km。通让线（哈局段）原有铁路无线设计为450 M,此次施工实现GSM-R网络通信升级改造。

2.1 GSM-R系统在本线的主要功能

GSM-R系统在本线实现的主要功能满足TBT 3224-2013《铁路数字移动通信系统（GSM-R）总体技术要求》的要求，各类具体的应用功能遵循《GSM-R数字移动通信网设备技术规范》各部分的要求。GSM-R系统在通让线（哈局段）实现的主要功能有：

（1）中国铁路无线列调标准中定义的列车调度员-机车司机间、车站值班员-机车司机间各种列车无线调度通信功能；

（2）CTC/TDCS无线车次号校核系统及调度命令无线传送系统的信息传送；

（3）列车尾部风压控制；

（4）满足沿线各产权单位设备维护人员的通信需求，用于养路、桥涵、接触网（供电）、水电、电务等部门的区间维护作业通信；

（5）满足公安、抢修、救援等多部门、多工种的应急通信需求；

（6）银浪站、林源站、立志站客站管理及行包管理等客站管理人员的无线通信需求；

（7）系统网管能够完成标准管理信息的交换及安全管理、配置管理、故障管理和性能管理，并提供与通信综合网管的接口。

2.2 通让线（哈局段）GSM-R网络系统方案

通让线（哈局段）施工升级后的GSM-R网络由网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行与支持子系统（OSS）和终端设备等组成。

2.2.1 网络子系统（NSS）

网络子系统包括交换子系统（SSS）、通用分组无线业务系统（GPRS）、智能网系统（IN）等。施工中根据全路GSM-R网络规划和通让线（哈局段）所处的位置，此次施工不新设GSM-R网络子系统，利用哈尔滨既有GSM-R核心网节点的网络子系统设备。其中，哈尔滨既有GSM-R核心网节点交换子系统（SSS）容量按近期用户容量55000用户设置，满足哈尔滨铁路局管内GSM-R线路规划工程接入条件，所以本次施工按设计不再对哈尔滨铁路局核心网容量处理能力的扩容，为满足本次施工无线子系统的接入需求，本次施工需对哈尔滨核心网MSC进行相关接口扩容及系统接入调试；哈尔滨既有GSM-R核心网节点通用分组无线业务系统（GPRS）利用滨洲线设置的PCU与SGSN的2×2MGb接口。通过扩容哈尔滨铁路局既有GRIS服务器软件许可license、GPS数据更新等方式实现功能。

2.2.2 基站子系统（BSS）

本次施工利用设置在齐齐哈尔的滨洲线既有BSC/PCU，并通过设置在哈尔滨的滨洲线既有编译码和速率适配单元（TRAU）接入哈尔滨GSM-R核心网节点。在施工过程中对滨洲线设置的BSC/PCU、TRAU设备进行相关接口扩容及系统接入调试。

沿线各车站设置3载频、区间设置2载频基站BTS设备，采用单层覆盖方式，其中，让湖路西站利用哈齐客专的既有基站BTS设备，通过扩容一个载频进行覆盖。

2.2.3 运行与维护子系统（OSS）

在施工过程中利用滨洲线设置的既有OMC-R服务器，新设OMC-R复示终端对基站设备进行管理，并对OMC-R服务器进行数据添加及接入调试。

直放站设备由在齐齐哈尔通信站新设的OMC-T系统进行管理，并新设OMC-T复示终端。此次施工的直放站与既有直放站网管整合。

2.2.4 移动终端

根据沿线各铁路管理单位人员作业模式及通信需求，本次工程建设单位为车站、站场、沿线区间及其他铁路作业区的各工种地面工作人员配置作业手持台；为铁路公安人员配置通用手持台。系统组网如图1所示。

图1 系统组网图

2.3 通让线（哈局段）GSM-R网络系统方案

2.3.1 施工技术标准

根据原铁道部相关规范，本次施工技术标准是：无线信道呼损率：≤0.5%，覆盖概率：95%，最小可用接收电平：-98 dBm。

在本次施工中基站子系统采用单层覆盖方式，基站沿铁路线布置。GSM-R系统无线网络设计的主要任务是对网络覆盖水平和服务质量进行预测。通过采用高增益双极化天线、大功率基站、合理天线挂高等手段，得到最优的网络基站设置方案，结合通让线（哈局段）周边地貌，且系统应满足最高运营速度160 km/h的要求，两次切换的时间按10 s记取，因此两个小区之间进行成功切换所需要的最小重叠覆盖距离按照以下公式计算：

根据计算结论本次施工按500 m的重叠覆盖距离进行设备设置。从而最大限度地控制切换、小区重选等影响系统服务质量的因素。

2.3.2 业务类型及话务量

通让线（哈局段）铁路GSM-R业务主要考虑个别呼叫、组呼叫、广播呼叫、CSD列控业务、GPRS数据业务等。根据相关规范数据计取，施工过程中车站基站配置3载频，区间基站配置2载频；基站与基站控制器之间采用E1环形连接方式，每个E1环一般连接3-5个基站，本工程基站与基站控制器之间共设置5个2M环。

2.3.3 覆盖方案

根据GSM-R系统最大允许路径损耗及Okumura-Hata模型，并结合通让线（哈局段）的线路特点，本工程基站站距设置为5～7 km，为满足覆盖指标，铁路沿线根据站距施工安装了35 m铁塔3座，40m铁塔8座，45 m铁塔3座，50 m铁塔2座。

在沿线场强传播困难、与其他线路交叉并线区段设置光纤直放站。光纤直放站与就近基站间敷设短段光缆，以星型方式连接。光纤直放站根据现场实际情况采用了铁塔+天线、电杆+天线两种形式。

3 施工中信号切换问题的解决

通让线（哈局段）在引入让湖路站、让湖路西站时与哈齐客专有并线、交叉区段，其中哈齐客专大庆西站与本工程让湖路站相邻，如图2所示，本次施工让湖路站利用哈齐客专大庆西站的基站设备（C3基站）进行覆盖，让湖路西站附近哈齐客专设置了一处区间基站设备（C2基站），施工中通过扩容并利用该处区间基站（扩容至C3基站）实现对让湖路西站站场的覆盖；本次施工在LK419+150设置一处光纤直放站远端机，施主基站为哈齐客专大庆西站，LK419+150直放站远端机设置2面天线分别对哈齐客专正线、通让线联络线进行覆盖，以实现本工程让湖路站与让湖路西站之间、让湖路站与壮志站之间的覆盖及切换。

图2 三座车站的基站位置图

施工完成后在测试过程中发现这个区域车站间的信号切换出现了问题。直放站设备输出功率为32 dbm时，壮志站信号可以切换到大庆西站，让湖路西站信号不能切换到大庆西站。直放站设备输出功率调至38 dbm时，使用G网手机在让壮联络线区间测试壮志站、大庆西站、让湖路西站基站信号，对比3个信号差值，得出壮志站信号可以切换到大庆西站，让湖路西站信号不能切换到大庆西站。

针对这个问题，通过使用G网手机反复的选点测试，对比直放站、让湖路西站基站信号差值，发现在区间直放站信号最强时，直放站信号和让湖路西站信号一致，因让湖路西基站功率和塔高高于直放站功率和铁塔高度，导致让湖路西站信号不能切换至大庆西站信号。找出原因后与设备厂家进行了多次方案研究，在控制成本和减少施工量的原则下拟定了两个解决方案，第一个是优化让湖路西站设备功率，调整让湖路西站至大庆西站方向天线角度东偏北12度。第二个是增加直放站设备功率，优化壮志站设备功率，调整让湖路西站至壮志方向天线高度下调15 m。将解决方案报哈尔滨局集团业务处室后，因考虑调整让湖路至大庆西站方向天线角度会对哈齐客高铁产生连锁影响，产生的风险较大，因此最终采用第二个方案解决信号切换的问题，施工完成后通过反复测试，在壮让联络线上2.5 km切换点直放站场强为-80dbm,让湖路西在切换点的2.5 km的场强为-73 dbm，两个点的实测值相差大于10 dbm，满足切换条件，信号可以正常切换，最终解决的这个问题。

4 结语

综上所述，本文主要对铁路通信中GSM-R在通让线（哈局段）的实践应用和信号切换的问题处理行了详细阐述。在国家相关政策下，我国会提升铁路系统电气化水平，推进工矿企业、港口、物流园区等铁路专用线建设，在铁路通信中，GSM-R系统已得到推广和应用，通过在通让线（哈局段）铁路的施工实践，使得公司在铁路综合数字移动通信平台的相关施工技术水平得到了显著提升，为解决施工中的技术问题提供了经验参考。