郑西高速铁路GSM-R基站子系统设计

2011-12-31 13:41徐智强
铁路技术创新 2011年2期
关键词:行洪北站渭河

■ 徐智强

1 超大型车站和特殊地形工程概况

西安北站作为国家高速铁路网重要的枢纽站之一,站房总面积约33万m2,其中客运用房约17万m2,车站东西长1 km(含两侧雨棚),南北宽550.38 m(含高架行车道),地下1层,地上3层(含高架层)。西安北站以西5 km是西安动车运用所。

渭河特大桥全长79.4 km,在渭南境内两跨渭河行洪区。渭河行洪区位于渭南北站以东,呈U形分布。

2 西安北站GSM-R基站子系统设计方案

西安北站有18个站台34股道,假如34股道全部有车辆停靠,则需信道数为34个,所需基站站型为O 6(含余量)。但设计中不能简单地设置一个O 6基站:(1)如果设O6基站,则无法实现与两侧其他基站交织冗余。GSM-R只有4 M b/s带宽,为满足列控,保证广播控制信道(BCCH)不受干扰且在交织冗余条件下,可用频点只有11个。再者,西安北站西侧5 km处的动车所设置的基站站型为O 3,频点数量决定在此设置O 6基站不可行。(2)无论将O6设在站房东侧还是西侧,由于站房阻挡及车辆行驶方向不同,不能满足部分车辆对信道的需求。(3)在车站内设置铁塔影响车站整体美观。

经过反复现场勘察,结合西安北站站房特点,将O 6基站拆分,在西安北站东西咽喉区各设1个O3基站,方案优点:(1)东西咽喉区分别设置的O3基站与动车运用所设置的一个O 3基站相连续,东西O 3基站外侧区间都为O2基站,在现有带宽条件下完全满足交织冗余条件。(2)由东西两个O3基站来满足车站内列控用户和其他用户对信道的需求。东咽喉区O 3负担东去车辆的信道需求,西咽喉区O3负担西去车辆的信道需求,完全不受站房阻挡及车辆行驶方向的影响。(3)将基站及铁塔设在车站外的咽喉区,车站内无需设置铁塔,不影响站房整体景观。

西安北站话务量分别由东西咽喉区的2个O3分担,将这种用双基站小站型代替单基站大站型的设计称为减法设计,此方案完全克服了单基站大站型方案的缺点。

西安北站GSM-R基站子系统设计中,还需考虑站房及钢制无柱雨棚下站台区信号覆盖问题。西安北站分南北站房,南北站房在二层连通,二层下方中间为股道,由于站房及钢制无柱雨棚的阻挡,站台区成为弱场强区。结合站房特点,采用直放站+天线方式的解决方案:在站台区四角分别设置1台直放站,每台直放站带2副天线,其中一副方向角朝站台区中心,以覆盖站台区,另外一副方向角朝站台外线路,以实现交织冗余(见图1)。4个远端机的天线1负责覆盖站房及雨棚下的弱场强区,天线2负责覆盖区间,以实现交织冗余。近端机与远端机连接采用主、备方式,连接图见图2。其中,M U1主控RU1和RU2,备控RU3和RU4,M U2主控RU3和RU4,备控RU1和RU2,当东西咽喉区基站收发信机(BTS)单点故障时,RU由另外一个M U控制,实现交织冗余。

3 渭河行洪区基站子系统设计方案

渭河行洪区防洪坝一处宽度为4.27 km,一处为4.7 km。如果按常规设计思路,即基站间距按3 km左右设计,至少有2处铁塔设在行洪区内,不仅成本高昂,更重要的是安全得不到保障。渭河流域洪水频发,若在设计阶段不能解决此问题,将会给运营维护甚至行车安全埋下隐患。

在无经验借鉴、我国无类似基站大间距设计先例的情况下,经过对现场反复踏勘,在满足交织冗余条件的前提下,采用基站大间距设计方案(见图3)。将基站定在行洪区大坝外侧,两处基站间距分别为4.67 km,4.92 km,为保证信号覆盖距离,将这几处基站的铁塔高度设计为55 m,满足铁塔高度不超过60 m的规范要求。后在计算机环境无任何改变的情况下,进行计算机仿真,效果满足设计指标要求。经过动态测试和设备运行情况验证,信号覆盖完全满足各项技术指标要求。该设计方案不仅节约投资,而且方便后期维护,更重要的是消除了安全隐患。

4 结束语

(1)目前GSM-R系统的4 M b/s带宽在一些大型枢纽设计中已显得捉襟见肘,西安北站的设计中所有频点已全部使用,在以后的设计中,频率资源的缺乏将很快凸显。

(2)基站子系统在满足冗余的前提下应尽可能拉大基站间距,由于区间都是O2站型,信道资源比较丰富,较大的站间距可有效提高信道利用率。更重要的是可减少频率切换,提高系统可靠性,同时节省工程投资。

(3)西安北站和渭河行洪区GSM-R设计方案经过仿真模拟、静态测试、动态测试及良好的运行情况验证,证明设计方案合理、可行。

图1 西安北站直放站设备布置示意图

图2 西安北站GSM-R系统图(截图)

图3 渭河行洪区GSM-R系统图(截图)

西安北站和两跨渭河行洪区的设计方案严格遵循GSM-R设计程序,密切结合现场实际,打破常规设计思路,富有创新性,为今后特殊条件、特殊地形的设计提供了可借鉴的设计方案和工程经验。

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