无线列调改GSM-R系统过渡方案的优化和探讨

宗天博

(北京中铁建电气化设计研究院有限公司, 北京 100043)

无线列调改GSM-R系统过渡方案的优化和探讨

宗天博

(北京中铁建电气化设计研究院有限公司, 北京 100043)

根据工业和信息化部(工信部无[2013]157号)关于无线电台站规范化管理若干问题的通知，停止对含有450～470 MHz频段无线电发射设备的型号核准，我国的普速铁路的移动通信系统将逐步改造为GSM-R系统。以辛泰线为例，在改造过程中，由于施工组织进度问题，部分车站关闭，但GSM-R系统尚未启用。如果不开展过渡设计，必然导致部分区段原有的无线列调呼叫方式发生改变，对行车安全带来一定的影响。由于施工进度问题，应尽量在满足要求的情况下，简化过渡方案，节约过渡投资成本。在过渡方案的研究过程中，应尽量利用既有通信资源，减少对新设资源的依赖，避免因工程先后进度问题，既有无线列调设备已经关停，而过渡方案尚未实施。文章针对辛泰线口头站的过渡设计，提出了无线列调操作台射频拉远的方案，极大的降低了过渡成本和施工难度。

普速铁路； GSM-R系统； 过渡设计； 优化

1 工程概况

辛泰铁路北起胶济铁路的辛店站(现名临淄站)，经黑旺、源迁、南博山等站出淄博境，在莱芜东站与磁莱线 (津浦线磁窑站至莱芜东站)相接后，再折向西行到泰山站，与津浦铁路接轨，全长161.75 km。

工业和信息化部(工信部无[2013]157号)关于无线电台站规范化管理若干问题的通知，“……停止对含有450～470 MHz频段无线电发射设备的型号核准，不再办理已取得含有该频段无线电发射设备型号核准证书的延期手续……”。辛泰线既有移动通信系统为450 MHz C制式无线列调系统。电气化改造后，将改为GSM-R系统。

由于现场施工组织安排等原因，辛泰线将大封锁施工。大封锁结束后，GSM-R系统尚需半年左右时间才能开通。但大封锁过程中，存在部分车站(口头站、莱芜西站等)关闭的情况。车站关闭后，既有的无线列调呼叫方式无法延续使用，必须进行过渡设计。

本线所遇到的情况，在其他普速铁路电气化改造过程中，极有可能再次遇到。因此，通过对本次过渡设计方案优化的探讨，对助力我国普速铁路逐步电气化改造为GSM-R系统，节约过渡成本具有积极、重大的意义。

2 我国铁路常用的无线通信方式

我国铁路目前常用的无线通信方式主要有450 MHz无线列调和GSM-R移动通信系统。450 MHz无线列调主要在普速铁路运用比较多，GSM-R移动通信系统则在客运专线等较高级别线路或长大干线上广泛运用。

2.1 450 MHz无线列调

450 MHz无线列调通信系统(以下简称“无线列调”)是组织运输、保障安全、提高生产效率的重要通信设施。无线列调在提高列车运营效率，保障列车行驶安全等方面都具有非常重要的作用。在铁路日常使用中，无线列调负责通报列车所在位置和其运行方向，其工作成员包括列车调度员、车站值班员、车站助理值班员、司机和运转车长等。

无线列调系统的主要用途是解决其工作成员之间的通信问题。根据组网方式及设备功能的不同，铁路现有无线列调又分为A、B、C三种制式。三种制式均采用有线、无线相结合的组网方式，调度台至车站台之间采用有线方式(利用传输设备提供的通道)；车站台和机车台、便携台之间的通信采用无线方式。各制式的区别主要在于组网方式、系统功能、通信方式、频率配置等几个方面。

2.2 GSM-R移动通信系统

GSM-R(Global System for Mobile- Railway)移动通信系统是基于公网GSM系统衍生出来的铁路专用移动通信系统，用于铁路的日常运营管理。GSM-R系统在实现基本的呼叫功能(如组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务)的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信的特殊需要。GSM-R移动通信系统主要为铁路提供编组调车通信、无线列车调度、日常工区养护维修作业通信、应急抢险通信、隧道通信等语音通信功能，并可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，以及提供列车自动寻址和旅客服务。

3 常用无线列调改造方案

针对关闭站的改造方案，一般可参考目前我国常用的无线列调弱场强区解决方案。常用方案主要包括以下几种：

3.1 漏泄同轴电缆加中继器方式

优点：场强覆盖均匀、场强易于控制、传输带宽宽。

缺点：漏泄同轴电缆性价比低、维护困难、设备造价高、较易自激。

应用场景：作为最早弱场强区解决方案在多条铁路项目中应用，但效果均不理想。

3.2 光纤直放站方式

优点：采用光纤作为传输媒介，能够提高长距离的信号传输，且不受电气化铁路或电力网的干扰。

缺点：设备造价相对较高，需要沿线解决房建和供电问题。

应用场景：作为弱场强区解决方案已在各长大干线铁路中广泛应用。如图1所示。

图1 口头站光纤直放站过渡方案

3.3 区间中继台方式

优点：采用数字编码信令、数字化通道，远程集中供电等新技术。特别实现全区间呼叫功能。不需解决沿线房建和供电问题，集中监控、统一网管。

缺点：与漏缆相比采用空间波覆盖场强不易控制，必须和配套厂家的车站台共同使用、对长途通信电缆具有较高要求。

应用场景：作为山区铁路无线弱场强区重要的解决手段，已在许多长大干线中使用，效果良好。

由上述分析可知，漏泄同轴电缆加中继器方式，漏泄同轴电缆性价比较低、容易自激；区间中继台方式，则必须有与其配套厂家的车站台共同使用，且对长途通信电缆具有较高要求。故现在一般广泛应用的是采取新设光纤直放站的方式。光纤直放站的缺点是需要解决房建和供电问题，否则造价较高。但在本项目的应用场景中，口头站虽然关闭，但既有通信机房可满足光纤直放站设备安装要求，无需新增房建和供电的投资。

口头站(本文以口头站为例)关闭后，为保障行车安全，需完成对原口头站无线列调覆盖区间的过渡设计。通常情况可参照无线列调改造时，满足区间困难地段覆盖的方案，既采用光纤直放站进行覆盖。

常用的无线列调改造方案，是利用设备将相邻站北牟和源迁的450 MHz无线列调信号引至区间保障覆盖。但这些方案需要在过渡期间完成关闭站所处的上、下行区间的干线光缆敷设，以提供通道；需要在区间新设安装设备的位置，新设电力箱变供电；需要新设铁塔或电杆，架设区间远端设备及天线。而这些为了满足过渡而新设的通信、电力等设备，在GSM-R系统开通后，即全部废弃，极易造成浪费。

4 无线列调过渡优化方案

首先，需要与业主探讨过渡后达到的无线覆盖效果。如果必须达到区间全覆盖效果。那采用上文提到的直放站加漏缆的技术方案较为合适。如果对过渡的要求可以是口头站关闭后，依然能维持既有的无线场强覆盖效果。那么，可以结合实际情况，考虑更优化，更节约成本的设计方案。本设计中通过和业主的沟通，最终确定了维持既有无线场强覆盖的效果要求。

由于通信属于站后专业，在现场受制约和影响的因素较多。故在很多项目中，过渡开通期间，通信专业尚未完成全线的光、电缆敷设和传输设备调试。在这种情况下，也就不具备利用新设的传输网络提供通道和接口的能力。而既有的传输设备通常使用年限长，剩余的板卡接口和槽位也很难保障。

考虑到充分利用既有可用资源，尽可能的减少新增工程，本次无线列调过渡优化方案决定采用无线列调操作台拉远方案。无线列调操作台拉远是利用传输设备提供的2 M传输通道，在关闭站设置无线列调车站设备，但将操作台拉远至相邻车站进行操作。该方案如图2所示。

本方案可以让列车司机维持既有调度区段和方式进行呼叫，减少对行车调度的调整。同时，还可以达到既有无线列调场强覆盖的效果。本方案的全部新增设备、材料只有一对光端机，一对控制盒拉远设备，以及部分短段的连接光、电缆，可以很好的控制过渡成本。而在关闭取消有人值守后，司机在原关闭站覆盖范围一样可以完成呼叫，只是呼叫对象调整为临站。这样对路局而言，在运营管理上的调整也相对简单。

图2 无线列调操作台拉远方案

车站控制盒远程传输设备分为主设备和从设备，是将电台信号转换成E1信号进行远程传输的小型设备。其核心是由DSP数字处理器和FPGA两个部分来实现其主要功能。该设备的主要结构如图3所示。

图3 车站台控制盒远程传输设备内部结构

根据现场情况，如有需要，车站控制盒远程传输设备还可与分支器配合使用，实现多控制盒共用同一车站电台的功能。具体实现方式由如下两种。

方式一：分支器通过控制电缆分别与车站电台、主设备连接，主设备通过E1接口与传输设备连接。从设备在邻站机房，通过控制电缆与控制盒连接，再通过E1接口与传输设备连接。车站台控制盒远程传输设备的主设备可以接在与分支器连接的任意一个控制盒的连接口上，也可以在分支器上同时连接多组车站台控制盒远程传输设备。连接方式如图4所示。

方式二：车站控制盒远程传输设备，从设备通过控制电缆与分支器连接，其他连接方式同方式一。连接方式如图5所示。

图4 车站台控制盒远程传输设备连接方式一

图5 车站台控制盒远程传输设备连接方式二

上述的方式一和方式二，是对无线列调操作台拉远设计方案的衍生设计，用以满足更多的现场需要。无线列调操作台拉远设计方案实现成本低，对行车组织造成的影响小。列车司机对地呼叫时，与既有操作情况完全一致，只是呼叫对象改为了邻站的值班员。而地对车呼叫时，由原关闭站的值班员呼叫的区段，改为了邻站的值班员对机车司机呼叫。利用车站控制盒远程传输设备及分支器，将车站电台的操作台拉远的设计方案，可以在既有线改造设计中灵活运用。

5 结束语

GSM-R无线通信系统已经在普速铁路的改造中被广泛应用，当结合电气化改造工程时，难免因为各种原因引起过渡工程。本文仅就辛泰线的口头站过渡工程提出了设计思路及成果总结，不足之处共同商榷。

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(编辑：赵立红 张红英)

Optimization and discussion of the transition program for the transformation from the train radio dispatching system into the GSM-R system

ZONG Tianbo

(China Railway Construction Electrification Design&Research Institute, Beijing 100043, China)

According to the Notice on Issues about the Standardized Management of the Radio Equipments of the Ministry of Industry and Information Technology (MIIT Radio [2013] No.157), the approval of radio transmitting equipments containing band from 450 MHz to 470 MHz will be called off, and the mobile communication system for common speed railway in China will be gradually transformed into the GSM-R system. Taking XinTai Railway for example, because of the progress of construction organization, some stations were closed during the reconstruction, but the GSM-R system was not yet enabled. Without an effective transition design, the call mode of the original train radio dispatching system in some sections would be inevitably changed, which will impact the traffic safety in a certain extent. The transition program should be simplified to save the investment costs of transition under the conditions of meeting the requirements. During the research on the transition program, the existing communication resources should be fully used to reduce dependence on the newly-built resources and avoid the situation that the transition program has not yet been put into effect when the existing train radio dispatching system is shut down due to progress of construction. For the transition design of Koutou Station of XinTai Railway, the program of the train radio dispatching system remote radio-head is proposed in this paper, which reduces greatly the transition cost and the difficulty of construction.

common speed railway; GSM-R system; transition design; optimization

2016-08-17

宗天博(1984-)，男，工程师。

1674—8247(2016)06—0060—04

U285.21

A