关于GSM-R在雅万高铁的可行性研究

杨 志

（通号国际控股有限公司，北京 100070）

1 概述

GSM-R 是基于公共无线通信系统GSM 功能环境之下，结合铁路通信安全、可靠、容量大的需求和列车调度、控制等运营特点，而开发的一款专属铁路使用的数字式无线通信系统。GSM-R 系统的工作频段定位900 MHz，其中由移动台发送，基站接收，处于885 ～889 MHz 之间的频段范围属于上行频段区间，反之，由基站发送，移动台接收，但处于930 ～934 MHz 之间的频段属于下行频段区间，双工收发频率与相邻频道的间隔分别为45 MHz 和200 kHz，系统频率带宽只有4 MHz。

2 GSM 900 MHz系统频段分配及应用情况

2.1 国际上对于GSM 900 MHz系统频段分配

GSM 基 本 频段（PGSM）：890 ～915 MHz（上行）、935 ～960 MHz（下行）;

GSM 扩展频段（EGSM）: 880 ～890 MHz（上行）、925 ～935 MHz（下行）;

GSM 铁路频段（RGSM）: 876 ～880 MHz（上行）、921 ～925 MHz（下行）。

2.2 中国国内900 MHz频段应用情况

国内900 MHz 频段为中国移动、中国联通、中国电信及中国铁路使用，具体频率占用情况如表1所示。

表1 中国900 MHz频段应用情况Tab.1 Application of 900 MHz frequency band in China

2.3 GSM-R系统频段使用现状

中国铁路GSM-R 系统使用EGSM 频段中4 MHz（885 ～889 MHz（上行）、930 ～934 MHz（下行））。

中国GSM-R 系统频率申请经历原铁道部向工信部申请，与中国移动协商等过程，2009 年年底前，GSM-R 网络与中国移动网络按地域共用885 ～889（上行）、930 ～934（下行）频段，2010 年开始，中国移动全部退出该频段，完全归铁路使用。

欧洲铁路GSM-R 系统使用RGSM 频段876 ～880 MHz（上行）、921 ～925 MHz（下行），仅德国在此基础上申请了3 MHz 扩展频段，873 ～876 MHz（上行）、918 ～921 MHz（下行）。

3 雅万高铁4 MHz频率需求及印尼频率资源运用现状

3.1 雅万高铁4MHz无线频率需求

根据雅万高铁中印尼EPC 总承包合同要求，该项目完全采用中国高铁技术标准，业主方（中印尼投资有限公司，简称“KCIC”）负责为GSM-R提供4 M 无线通信900 M 频段，承包商负责协助KCIC 获取频段资源和为该项目提供成熟的GSM-R 技术，保障列车安全可靠运行。

3.2 印尼900 MHz频率资源运用现状

结合印尼当地运营商的调查资料，876 ～915 MHz（上行）、921 ～960 MHz（下行）频段运用现状如图1 所示。

图1 印尼频率资源运用现状Fig.1 Current situation of frequency resource utilization in Indonesia

从图1发现，876 ～915 MHz（上行）、925 ～960 MHz（下行）频段已被Smartfren 公司CDMA系统、TESL 公司GSM&EGSM 系统、Indosat 公司GSM&EGSM 系统、XL 公司 GSM 系统占用。

只有915 ～925 MHz（下行）为空闲频段，该频段对应上行频段870 ～880 MHz，此上行频段已被LTE 系统和CDMA 系统下行占用，下行信号对GSM-R 上行信号干扰较大，在无可用频点情况下，只有通过申请专用频谱或铁路沿线清频来解决雅万高铁GSM-R 频段问题。

4 雅万高铁GSM-R频率申请比选方案分析

基于对印尼四大主流运营商调研和前期商务谈判，比选方案如表2所示。

表2 印尼四大运营商频率申请比选方案Tab.2 Selection schemes of frequency application of the four operators in Indonesia

根据表2 比选方案分析，Tesl 隶属印尼国企部管辖，频谱资源丰富，如果能通过行政手段干预解决频段是最佳的方案，可是，印尼政府不能直接干预，导致谈判难度极大，出现早期不配合的情况；Indosat 属于外资控股企业，频谱资源较好，用户量较大，但该公司更注重商业价值，因担心雅万高铁占用4 M 频谱资源而导致部分客户流失，进而影响其公司正常运营，所以不愿意出让频率；XL 是一家私营企业，频谱资源匮乏，补偿费用高，洽谈难度大，因此建议不考虑；Smartfren 公司目前有5.5 M 的频段使用的是CDMA，其该公司已经意识到CDMA 不能满足当前用户对带宽需求，正积极寻求对系统更新换代，如果雅万高铁公司通过租用或者与该公司频分复用，可实现双方双赢的局面，因此Smartfren 公司是最佳选择。

5 雅万高铁GSM-R频率申请可行性方案

根据印尼900 MHz 频率资源应用现状并假设近期没有频率资源调整，同时参考中国GSM-R 频率申请及900 MHz 频率应用情况，并考虑到GSM-R网络设备、终端设备的支持情况，为雅万高铁提出如下GSM-R 频率申请可行性方案。

5.1 合作模式

雅万高铁GSM-R 频率申请独立频段或租用运营商频段模式。

5.2 总体方案

推 荐 采 用876 ～880 MHz（上 行）/921 ～925 MHz（下行）作为GSM-R 频段，上行频段由Smartfren 公司提供，下行频段目前为空。基于876 ～880 MHz 为Smartfren 公司CDMA 系统的下行频段占用，如此频段作为GSM-R 系统的上行频段，那么该频段将存在两种上下行不一致的无线通信制式，存在CDMA 的下行强信号干扰GSM-R 上行弱信号的情况。雅万高铁GSM-R 系统基站的布设满足95%时间地点概率下列车接收机天线输入端射频信号最小可接收电平-92 dBm，根据GSM-R 验收场强测试的要求，在GSM-R 将要占用的876 ～880 MHz 频段情况下，Smartfren运营商的CDMA 无线下行信号内的信号强度必须衰落到一定范围值（暂按铁路轨道上方该运营商GSM-R 频段内,列车接收机天线输入端信号电平值不大于-105 dBm）。

其次，考虑到GSM-R 网络运行的安全性，GSM-R 基站频率规划方案应满足同频C/I 值大于12 dBm、邻频C/I 值大于-6 dB 的要求；同时，在最大程度上保证同小区控制信道载波间隔宜不小于600 kHz、业务信道载波间隔宜不小于400 kHz，相邻小区控制信道及业务信道载波间隔宜不小于400 kHz。鉴于GSM 900M 的频段间隔均为200 kHz，因此除876 ～880/921 ～925 这4 MHz用于GSM-R 使用外，还应空出875.8、880.2、920.8、925.2 MHz 这4 个频点作为隔离保护频点。

5.3 频段及系统设备情况

Smartfren 公司频段（876 ～880 MHz(上行)/ 921 ～925 MHz（下行））用于雅万高铁GSM-R系统，该频段为欧洲铁路联盟规定的标准R 频段，现有GSM-R 无线系统设备厂商均可提供该频段产品，机车无线电台、手持终端、SIM 卡等具有成熟产品可用于本工程。

5.4 铁路沿线清频

对应频段GSM 运营商信号在铁路轨道上方4.5 m 处的覆盖电平最大值应不大于-105 dBm。GSM-R 信号在铁路轨道2 km 处的覆盖电平最大值应不大于-85 dBm，6 km 处的覆盖电平最大值应不大于-90 dBm。

6 结论

在满足上述要求的前提且921 ～925 MHz 频段确为空闲状态下，可申请(876 ～880 MHz(上行)/ 921 ～925 MHz（下行））4 MHz 频率资源用于雅万高铁GSM-R 无线通信系统的传播频段。