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      長(zhǎng)昆客??缥鋸V客專GSM-R改造方案分析

      2012-07-13 08:24:10馮敬然
      關(guān)鍵詞:武廣直放站里程

      趙 旭 景 巖 馮敬然

      (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

      1 概述

      長(zhǎng)昆客專為在建鐵路,是我國(guó)四縱四橫滬昆客專的重要組成部分,其東起湖南省長(zhǎng)沙市,西至云南省昆明市,全長(zhǎng)近1 100 km。長(zhǎng)昆客專自長(zhǎng)沙南站與武廣客專線間距小于500 m并線,至武廣客專沙子嶺隧道小里程口處上跨武廣客專后分線,并線區(qū)段線路長(zhǎng)約4.9 km,地形為丘陵,線路最小垂直間距20 m,最大340 m,線路走向如圖1所示。圖2為通過鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司開發(fā)的鐵路3D模擬仿真平臺(tái),仿真得到的長(zhǎng)昆客專上跨武廣客專模擬圖。

      2 客專并線段既有無線情況

      武廣客專在與長(zhǎng)昆并線段有3座隧道:王公祠隧道、包家塘隧道、沙子嶺隧道,采用GSM-R交織冗余網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。沙子嶺隧道小里程口外設(shè)置武廣1604號(hào)基站。站內(nèi)含2載頻基站,光纖直放站近端機(jī),光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)等設(shè)備。沙子嶺隧道兩端光纖直放站主用信號(hào)源為1604號(hào)基站,備用信號(hào)源為相鄰1605號(hào)基站。

      1604號(hào)基站鐵塔為2層平臺(tái)30 m鐵塔,第一層平臺(tái)掛設(shè)1604號(hào)基站天線,主要覆蓋1603號(hào)基站及其小里程方向;第二層平臺(tái)掛設(shè)基站同址遠(yuǎn)端機(jī)天線。在1604號(hào)基站故障情況下, 1605號(hào)基站信號(hào)利用該處遠(yuǎn)端機(jī)天線與1603號(hào)基站形成交疊區(qū),作為故障后切換區(qū)。并線區(qū)段設(shè)備連接關(guān)系如圖3所示,圖中實(shí)線表示主用連接,虛線表示備用連接。

      3 客專并線段GSM-R改造方案

      長(zhǎng)昆客專與武廣客專并線4.9 km,最大垂直線間距340 m,經(jīng)過實(shí)地勘察,在并線段長(zhǎng)昆客專新設(shè)基站覆蓋,易導(dǎo)致武廣客專移動(dòng)臺(tái)接入長(zhǎng)昆客?;拘盘?hào),移動(dòng)臺(tái)誤切換及掉話,并線段使用武廣客專既有基站信號(hào)覆蓋為最佳方案。由此進(jìn)行如下無線系統(tǒng)改造。

      1)設(shè)備改造部分

      長(zhǎng)昆袁家沖隧道與武廣王公祠隧道位置平行,在袁家沖隧道大小里程口放置光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī),遠(yuǎn)端機(jī)采用與武廣客專同型設(shè)備,具有主從2路信號(hào)輸入,主用信號(hào)為武廣1603號(hào)基站,從用信號(hào)為武廣1602號(hào)基站。這與袁家沖隧道平行的武廣王公祠隧道邏輯關(guān)系一致,并接入武廣光纖直放站系統(tǒng)。袁家沖隧道與王公祠隧道垂直間距為15 m,隧道小里程口利用王公祠隧道口鐵塔、天線覆蓋。長(zhǎng)昆客專在出袁家沖隧道大里程口后,有約4 000 m半徑的線路曲線,故在袁家沖隧道大里程口設(shè)置15 m鐵塔,補(bǔ)強(qiáng)覆蓋長(zhǎng)昆客專出袁家沖隧道大里程口后的弧度曲線部分。

      武廣客專為GSM-R交織覆蓋線路。當(dāng)武廣1604號(hào)基站故障,其覆蓋區(qū)域會(huì)被1603、1605號(hào)基站信號(hào)覆蓋。而長(zhǎng)昆上跨武廣客專后,長(zhǎng)昆線與武廣線位分向,若武廣1604號(hào)基站故障,則長(zhǎng)昆客專上跨點(diǎn)至相鄰長(zhǎng)昆基站間無有效覆蓋。故在武廣1604號(hào)基站同址新設(shè)長(zhǎng)昆1載頻基站,并新設(shè)50 m鐵塔(三層平臺(tái))代替既有30 m鐵塔。新設(shè)長(zhǎng)昆1載頻基站接入武廣客專長(zhǎng)沙南站既有基站控制器(BSC)。通信物理連接上,為避免由于光纜中斷導(dǎo)致的基站故障,設(shè)置長(zhǎng)昆1載頻基站光纜與武廣1604號(hào)基站光纜不同徑路;通信邏輯連接上,為避免傳輸系統(tǒng)故障導(dǎo)致基站失效,利用長(zhǎng)昆客專新設(shè)傳輸系統(tǒng),在長(zhǎng)沙南站與武廣既有傳輸設(shè)備連通,接入與武廣1604號(hào)基站不同奇偶性的基站環(huán)中。

      新設(shè)長(zhǎng)昆1載頻基站后,上跨點(diǎn)處覆蓋模式由單網(wǎng)交織改為同站址雙網(wǎng)覆蓋。若隧道內(nèi)直放站主備用信號(hào)仍然是1604、1605號(hào)基站,則1604號(hào)基站故障后,長(zhǎng)昆1載頻基站在隧道內(nèi)無信號(hào),即1載頻基站與1605號(hào)基站無切換區(qū),接入1604信號(hào)的列車進(jìn)入隧道后會(huì)掉話,故需將沙子嶺隧道內(nèi)光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)改為同站址雙網(wǎng)連接模式。結(jié)合圖3武廣既有GSM-R連接關(guān)系,沙子嶺隧道光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)主用信號(hào)保持不變(為武廣1604號(hào)基站信號(hào)),備用信號(hào)改為長(zhǎng)昆新設(shè)1載頻基站,同時(shí),在武廣長(zhǎng)沙南BSC中添加長(zhǎng)昆1載頻基站與武廣1605號(hào)基站的切換關(guān)系;沙子嶺隧道大里程口直放站遠(yuǎn)端機(jī)設(shè)備、連線及鐵塔等既有情況不做更改。改造后,沙子嶺隧道大里程口為武廣1604號(hào)基站、長(zhǎng)昆1載頻基站與1605號(hào)基站切換區(qū)。

      2)鐵塔改造部分

      長(zhǎng)昆、武廣客專上跨點(diǎn)基站為同站址雙網(wǎng)模式,負(fù)責(zé)上述2條客專的覆蓋,主用基站為武廣1604號(hào)基站,從用為長(zhǎng)昆1載頻基站。為保證主用信號(hào)覆蓋效果,在新設(shè)50 m鐵塔第1層平臺(tái)放置武廣1604號(hào)基站3副天線,分別指向武廣客專小里程方向,長(zhǎng)昆客專大、小里程方向;第2層平臺(tái)設(shè)置長(zhǎng)昆1載頻基站3副天線,與主用1604號(hào)基站天線同指向;同站址覆蓋模式下,光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)主備與基站主備信號(hào)相同,直放站天線與基站天線信號(hào)相同,故取消該處直放站天線。

      3)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部分

      武廣1604號(hào)基站與長(zhǎng)昆1載頻基站覆蓋范圍相同,移動(dòng)臺(tái)優(yōu)先接入信號(hào)強(qiáng)度高的基站。為優(yōu)先使用1604號(hào)基站信號(hào),調(diào)低長(zhǎng)昆基站的輸出功率為1604號(hào)基站輸出功率-6 dBm;在長(zhǎng)沙南武廣既有BSC處,調(diào)高長(zhǎng)昆基站“切換門限”參數(shù)“HandOver_Margin”為1604號(hào)基站+6 dBm。上述參數(shù)保證移動(dòng)臺(tái)優(yōu)先使用1604號(hào)基站信號(hào)。改造后長(zhǎng)昆跨武廣無線通信系統(tǒng)如圖4所示。

      4 改造方案適應(yīng)性分析

      4.1 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋部分

      根據(jù)改造方案,由Aircom軟件仿真分析場(chǎng)強(qiáng)覆蓋,如圖5所示,可以得出并線區(qū)段利用武廣客?;緷M足兩客專覆蓋場(chǎng)強(qiáng)要求。

      圖5中場(chǎng)強(qiáng)仿真,沿線路方向中心區(qū)域第一層,場(chǎng)強(qiáng)值≥-70 dBm;線路外區(qū)域第二層,場(chǎng)強(qiáng)值≥-80 dBm;線路外區(qū)域第三層,場(chǎng)強(qiáng)值為-90 dBm。圖中wuguang為武廣客專1603號(hào)基站,wuguang_fork為長(zhǎng)昆客專上跨武廣客專位置的武廣1604號(hào)基站,SITE1為武廣1604號(hào)基站相鄰的長(zhǎng)昆基站。由圖5可以看出,用武廣基站覆蓋長(zhǎng)昆客專并線區(qū)段滿足250 km/h客專無線通信場(chǎng)強(qiáng)要求(95%時(shí)間地點(diǎn)概率下,-95 dBm)。

      4.2 切換邏輯部分

      圖6表示了移動(dòng)臺(tái)走行與基站設(shè)備關(guān)系,細(xì)黑線表示長(zhǎng)昆客專示意線位,粗黑線表示武廣客專示意線位,黑色三角代表武廣基站,斜線圓形填充表示長(zhǎng)昆基站,黑色箭頭表示天線覆蓋方向。

      1)武廣1604號(hào)基站正常

      上跨點(diǎn)主用基站信號(hào)為武廣1604號(hào)基站,同址長(zhǎng)昆1載頻基站信號(hào)比1604號(hào)基站低6 dBm,移動(dòng)臺(tái)優(yōu)先接入1604號(hào)基站。切換情況如下。

      a.武廣客專移動(dòng)臺(tái)A→B→C走行,移動(dòng)臺(tái)由1602號(hào)基站在王公祠隧道與包家塘隧道間切換為1603號(hào)基站信號(hào),繼續(xù)切換至1604號(hào)基站;沙子嶺隧道內(nèi)為1604號(hào)基站主用信號(hào),故沙子嶺隧道內(nèi)移動(dòng)臺(tái)仍在使用1604號(hào)基站信號(hào);移動(dòng)臺(tái)駛出沙子嶺隧道,在大里程口遠(yuǎn)端機(jī)天線與1605號(hào)基站天線構(gòu)成切換區(qū),切換至1605號(hào)基站信號(hào)內(nèi)。

      b.長(zhǎng)昆客專移動(dòng)臺(tái)A→B→D走行,移動(dòng)臺(tái)由1602號(hào)基站在袁家沖隧道與包家塘隧道間切換為1603號(hào)基站信號(hào),繼續(xù)切換至1604號(hào)基站。因長(zhǎng)昆SITE1基站與武廣1605號(hào)基站間相隔較遠(yuǎn),彼此信號(hào)無交越,故經(jīng)過上跨點(diǎn)后移動(dòng)臺(tái)可唯一切換至長(zhǎng)昆SITE1基站。

      c.反之,武廣移動(dòng)臺(tái)C→B→A走行,長(zhǎng)昆客專移動(dòng)臺(tái)D→B→A走行,順序?yàn)閍.b.反向唯一切換。

      2)武廣1604號(hào)基站故障

      上跨點(diǎn)處使用長(zhǎng)昆1載頻基站信號(hào),BSC中已經(jīng)設(shè)置1603、1605號(hào)基站與長(zhǎng)昆1載頻的切換關(guān)系,故移動(dòng)臺(tái)切換情況如下。

      a.武廣客專移動(dòng)臺(tái)A→B→C走行,移動(dòng)臺(tái)正常切換到1603基站,繼續(xù)切換到長(zhǎng)昆1載頻基站;1604號(hào)基站故障,沙子嶺隧道內(nèi)為長(zhǎng)昆1載頻基站信號(hào),移動(dòng)臺(tái)隧道內(nèi)仍連接長(zhǎng)昆1載頻基站;移動(dòng)臺(tái)駛出隧道,在大里程口切換到1605號(hào)基站。

      b.長(zhǎng)昆客專移動(dòng)臺(tái)A→B→D走行,移動(dòng)臺(tái)同上情況切換至長(zhǎng)昆1載頻基站。長(zhǎng)昆1載頻基站與長(zhǎng)昆SITE1站存在切換區(qū)及切換關(guān)系,且SITE1與1605號(hào)基站信號(hào)無交越,移動(dòng)臺(tái)可唯一切換到長(zhǎng)昆SITE1。

      c.移動(dòng)臺(tái)反向走行,則切換關(guān)系相反且唯一。

      5 結(jié)束語

      綜上所述,250 km/h客運(yùn)專線上跨350 km/h高速鐵路GSM-R方案,主要目的是防止移動(dòng)臺(tái)接入錯(cuò)誤的基站信號(hào)導(dǎo)致既有線路掉話,可將高速鐵路在線路交叉點(diǎn)處基站由單網(wǎng)交織改為同站址雙網(wǎng)覆蓋模式,并相應(yīng)更改相關(guān)隧道補(bǔ)強(qiáng)設(shè)備連接關(guān)系及優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

      [1] 鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院.中國(guó)鐵路GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2008.

      [2] 鐘章隊(duì),李旭,蔣文怡,等.鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2007.

      [3] 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院.鐵建設(shè)【2007】92號(hào) 鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2007.

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