沈白铁路引入沈阳枢纽交叉并线区段GSM-R方案研究

薛昔朋

0 引言

我国铁路系统的快速发展使得普速铁路与高速铁路并行、交叉区段越来越多，但铁路专用全球数字移动通信系统（GSM-R）可用的频道数量仅19个，实际工程中每个基站至少配置2个载频，当不同等级铁路并行区段较长时，若每条线分别使用独立的GSM-R系统和载频进行无线覆盖，在频率规划上难度较大[1]。若低等级铁路全部利用高等级铁路既有GSM-R系统进行无线覆盖，在隧道、路堑等较多的复杂地形区段可能无法实现[2-3]。随着国内铁路GSM-R系统不断发展，尤其是高铁线路的大量建设，枢纽地区、交叉并线地区的GSM-R系统引入难度也越来越大，因此，枢纽地区、交叉并线地区GSM-R系统网络规划就显得十分重要[4]。如何很好地解决复杂地理条件下高速铁路并行区段GSM-R系统的无线覆盖问题，是铁路数字移动通信系统设计中的重点之一[5]。

沈白铁路位于辽宁省东部和吉林省东南部，是一条连接辽宁省沈阳市与吉林省延边朝鲜族自治州安图县的高速铁路，是《中长期铁路网规划》中“八纵八横”高速铁路主通道的区域连接线。沈白铁路自沈阳北站引出，经伯官站、抚顺北站、东韩家站（越行站）、新宾站、通化西站、白山东站、湾沟北站、松江河站引入敦白客专长白山站。

沈白铁路在引入沈阳枢纽沈阳北站时与哈大客专交叉并线。为降低沈白铁路GSM-R基站对既有哈大客专基站的影响，保证交叉并线区段两条线路正常、安全运营，需对交叉并线区段GSM-R覆盖方案进行特殊设计。本文主要对沈白铁路引入沈阳北站时与哈大客专交叉并线区段GSM-R覆盖方案进行研究，并提出工程实施方案，以供类似工程参考借鉴。

1 交叉并线区段情况说明

沈白铁路引入沈阳枢纽沈阳北站线路走向如图1所示。

图1 沈白铁路引入沈阳枢纽沈阳北站线路走向

根据《铁路数字移动通信系统（GSM-R）设计规范》，无线场强覆盖以最小可用接收电平表示，并符合表1规定。

表1 无线场强覆盖以最小可用接收电平

由于沈白铁路列车设计速度为350 km/h，因此本工程GSM-R场强覆盖标准应按95%的时间地点概率下机车电台最小接收电平不小于-92 dBm设计。同时，本工程GSM-R网络承载列控类数据传输业务，其端到端的QoS指标应满足表2要求。

表2 端到端的QoS指标要求

沈阳枢纽内哈大客专采用单网交织方案覆盖，在沈阳北站、K705+182、K707+346等处按交织覆盖原则设置基站。

根据沈白铁路信号专业设计资料，哈大客专无线闭塞中心（RBC）与沈白铁路RBC切换位于DK2+383—DK8+645区段。另外，沈白铁路在DK2+060—DK7+108区段设有沈东特大桥全封闭声屏障，由于声屏障采用圆形、弧顶钢架式结构，对GSM-R无线信号存在较大的屏蔽作用。根据路局运营需求，沈阳北站既有站台GSM-R网路覆盖信号较差，影响机车正常运行或发车。

2 交叉并线区段GSM-R网络覆盖方案

基于上述因素及限制条件，在尽可能不影响沈阳枢纽内基站既有切换关系，减少对哈大客专运营线路影响的原则下，提出以下两种GSM-R网络覆盖方案。

2.1 方案1 数字直放站方案

本方案利用沈阳北站、SYB-LWTXLS01处既有基站，在沈阳北站信号楼通信机械室增设1套数字直放站近端机（MU）与1套数字直放站远端机（RU）；在SYB-LWTXLS01基站处增设1套MU与2套RU；在沈白客专DK5+095、DK6+610、DK9+460机房新设2套RU，形成异站址双网。在沈阳北站附近沈阳北站基站为主用，SYBLWTXLS01基站为备用；在哈大K705+182处以及DK5+095、DK6+610、DK9+460处由SYBLWTXLS01基站主用，沈阳北站基站备用。方案1基站示意图如图2所示。

图2 方案1 数字直放站方案

本方案在SYB-LWTXLS01处基站增加2副天线，均指向沈白铁路大里程方向，将哈大客专沈阳北站、SYB-LWTXLS01基站信号延伸至沈白线路上；既有天线位置原方向不变；沈阳北站、SYBLWTXLS01基站在维持原基站切换关系的基础上，增加与沈白铁路后续相邻基站DK12+940、DK16+950分布式基站共小区的切换关系。

沈白铁路DK12+940、DK16+950处分布式基站与沈阳北站基站、SYB-LWTXLS01基站存在切换关系，与SYB-LWTXLS02基站不存在切换关系。

本方案在DK5+095处设置2副天线，均指向沈白铁路小里程方向；在DK6+610处设置2副天线，均指向沈白铁路大里程方向；DK9+460处设置4副天线，其中2副天线指向沈白铁路小里程，另外2副指向沈白铁路大里程方向。

哈大客专RBC与沈白铁路RBC切换位于DK2+383—DK8+645区段，由于RBC切换过程中通信基站控制器（BSC）不能发生切换[6-7]，因此为了避开RBC切换范围，本方案哈大客专BSC与沈白铁路BSC切换范围位于DK9+460—DK12+940（DK8+645大里程侧）。

由于DK2+060—DK7+108区段安装有沈东特大桥声屏障，本方案将其视为隧道，在该区段声屏障支柱上挂设镀锌钢绞线承力索，承力索上采用漏泄电缆专用挂件挂设漏泄电缆的方式覆盖声屏障区段，漏缆接入哈大客专沈阳北站、SYBLWTXLS01基站双网信号。

为满足运营需求，本方案补强沈阳北站站台GSM-R网络覆盖，将沈阳北站站台雨棚覆盖的既有模拟直放站近端机、远端机替换为本工程设置的数字直放站近端机、远端机，较少出现模拟与数字直放站相互干扰的问题。

按照上述方案实施后，列车行进过程中基站切换方式如下：

（1）哈大客专沈阳至哈尔滨方向：列车自沈阳北站出发，信号接入依次在沈阳北站、SYBLWTXLS01、SYB-LWTXLS02基站切换，驶出沈阳枢纽。

（2）哈大客专哈尔滨至沈阳方向：列车自哈尔滨方向驶来，信号接入依次在SYB-LWTXLS02、SYB-LWTXLS01、沈阳北站基站切换，驶入沈阳枢纽。

（3）沈白铁路沈阳至白河方向：沈阳北站列车出发前接入沈阳北站基站，出发后，在沈阳北站与SYB-LWTXLS01基站之间某个位置切换至SYB-LWTXLS01基站，随后进入沈东特大桥声屏障（DK2+060），保持在SYB-LWTXLS01基站直至驶出沈东特大桥声屏障（DK7+108），列车越过信号RBC切换区终点（DK8+645）后行驶至DK9+460直放站与DK12+940基站之间的某个位置切换至DK12+940基站，由哈大BSC切换至沈白BSC，驶出沈阳枢纽。

（4）沈白铁路白河至沈阳方向：列车自DK12+940基站处驶来，在DK12+940基站切换，行驶至DK9+460直放站与DK12+940基站之间的某个位置切换至SYB-LWTXLS01基站（DK9+460直放站延伸的信号），自沈白BSC切换至哈大BSC，随后越过RBC切换区起点（DK8+645），进入沈东特大桥声屏障（DK7+108），保持于SYBLWTXLS01基站。在驶出沈东特大桥声屏障后（DK2+060）在SYB-LWTXLS01基站与沈阳北站之间某个位置切换至沈阳北站基站，进入沈阳北站。

2.2 方案2 宏基站方案

本方案利用沈阳北站、SYB-LWTXLS01处既有基站，在沈白客专DK5+095、DK6+610处分别新设宏基站（BTS）1套，构成异站址双网（C2+C1），其中DK5+095基站主用，DK6+610基站备用；在DK9+460机房新设1套宏基站。方案2基站示意图如图3所示。

图3 方案2 宏基站方案

本方案同样将DK2+060—DK7+108处沈东特大桥声屏障视为隧道考虑。在声屏障区段声屏障支柱上挂设镀锌钢绞线承力索，承力索上采用漏泄电缆专用挂件挂设漏泄电缆的方式覆盖声屏障区段，漏缆接入沈白客专DK5+095、DK6+610基站双网信号。同时，在声屏障出入口挂设天线各1副，声屏障入口DK2+060天线指向沈白铁路小里程方向，声屏障出口DK7+108天线指向沈白铁路大里程方向。在DK9+460设置2副天线，分别指向沈白铁路大小里程方向。

本方案在SYB-LWTXLS01处基站增加1副天线，指向沈白铁路大里程方向，将哈大客专信号延伸至沈白铁路上；既有天线位置原方向不变；SYBLWTXLS01基站在维持原基站切换关系的基础上，增加与沈白铁路DK5+095、DK6+610基站的切换关系。

由于哈大客专RBC与沈白铁路RBC切换位于DK2+383—DK8+645，为了避开RBC切换范围，本方案需将哈大客专BSC与沈白铁路BSC切换点控制在DK2+383小里程侧，保证切换顺利。

为满足运营需求，需补强沈阳北站站台覆盖，本方案将沈阳北站新设模拟直放站近端机1套，远端机2套。

按照上述方案实施后，列车行进过程中切换方式如下：

（1）哈大客专沈阳至哈尔滨方向：列车自沈阳北站出发，信号接入依次切换至沈阳北站、SYBLWTXLS01、SYB-LWTXLS02基站，驶出沈阳枢纽。

（2）哈大客专哈尔滨至沈阳方向：列车自哈尔滨方向驶来，信号接入依次切换至SYB-LWTXLS02、SYB-LWTXLS01、沈阳北站基站，驶入沈阳枢纽。

（3）沈白铁路沈阳至白河方向：沈阳北站列车出发前信号接入沈阳北站基站，出发后，在沈阳北站与SYB-LWTXLS01基站之间某个位置切换至SYB-LWTXLS01基站，随后在进入沈东特大桥声屏障（DK2+060）前切换至DK5+095基站，由哈大BSC切换至沈白BSC，驶出沈阳枢纽，并保持驶出沈东特大桥声屏障（DK7+108），驶出声屏障后在声屏障出口与DK9+460基站之间的某个位置切换至DK9+460基站。

（4）沈白铁路白河至沈阳方向：列车自DK9+460基站处驶来，切换至DK9+460基站，行驶至声屏障出口DK7+108与DK9+460基站之间的某个位置切换至DK5+095基站，并保持驶出沈东特大桥声屏障（DK2+060），在声屏障入口（DK2+060）至SYB-LWTXLS01基站间某个位置切换至SYB-LWTXLS01基站，由沈白BSC切换至哈大BSC，随后切换至沈阳北站基站后，进入沈阳北站。

2.3 方案对比

两种方案优缺点对比如表3所示。

表3 交叉并线区段GSM-R方案对比

以上两种方案均能满足两条线路覆盖需求，但为了减小对既有铁路的影响，降低网络优化实施难度，保证GSM-R覆盖可靠，参考类似项目案例[8]并结合运营单位意见，最终按照方案1实施。

3 GSM-R关键技术

实施方案1时，应通过调整基站发射机输出功率、天线的方位角及俯仰角、天线挂高等网络优化手段，并通过如下关键技术提高GSM-R无线覆盖质量，为沈白铁路列车正常运行提供保障。

3.1 高速越区切换技术

为满足列车高速行驶过程中可以安全可靠地完成小区越区切换，本方案在相邻小区均保证了足够长度的重叠覆盖区，且重叠覆盖区内覆盖场强高于最小接收信号电平。一般重叠覆盖区域长度在1 000 m以上即可确保速度350 km/h的列车实现可靠的越区切换。

3.2 网络结构的可靠性技术

本方案采用冗余技术，对基站、直放站等设备、关键板件热备份配置，并通过光缆环形组网的方式，保证在以下非连续点故障情况下系统仍然能正常工作：单台基站故障；单台数字光纤直放站故障；数字光纤直放站单路功放故障；漏缆单点中断。

3.3 场强覆盖技术

本方案非声屏障区段采用定向天线覆盖，声屏障区段采用漏缆覆盖，且采用一个基站一个小区的组合小区方案，使方案越区切换次数尽可能减少，保证系统可靠性和稳定性。

4 结语

随着近几年铁路的高速建设，铁路网密度越来越大，新建铁路与既有铁路交叉并线情况越来越多，交叉并线区段或枢纽地区的GSM-R设计越来越重要，已成为通信系统设计的重点和难点，也成为影响联调联试的关键因素之一。本文分析沈白铁路引入沈阳枢纽交叉并线区段GSM-R无线覆盖方案，为今后类似场景提供了工程案例。