新建铁路与既有线交叉并线区段GSM-R无线网络优化研究——以杭绍台高速铁路为例

王弈赛

(中国铁路上海局集团有限公司上海通信段，上海 200434)

0 引言

2021年年底，随着京港高铁安庆至九江段开通运营，标志着“八纵八横”高铁网京港(台)通道商丘至深圳段基本贯通，中国高铁运营里程突破4万公里，稳居世界第一。随着高铁路网密度不断增大，新建铁路与既有线路的交叉并线越来越频繁，交叉并线区段无线网络优化已成为铁路通信施工的重难点工程[1]。由于GSM-R频率资源有限，加上交叉并线区段线路之间地理位置复杂、新建铁路与既有铁路移动通信系统的建设标准不同等，必然会给交叉并线区段的GSM-R网络规划及优化带来极大的困难。

文章以新建杭绍台高速铁路与既有的杭甬客专、甬台温客专铁路交叉并线区段为例，提出GSM-R 系统的无线信号覆盖方案，并对联调联试过程中的GSM-R系统网络数据进行分析，从工程建设角度出发，对出现的典型技术问题提出优化方案。

1 交叉并线区段GSM-R无线网络优化要点

铁路数字移动通信系统GSM-R(Global System of Mobile for Railway)是铁路通信系统升级换代的新一代技术。作为铁路数字移动通信平台，GSM-R不但提供列车调度通信、施工养护专用通信等铁路运输指挥话音通信业务，还能为铁路运输指挥提供数据通信业务，是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。这一技术在高级语音呼叫功能的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，不仅能改善铁路语音通信质量，同时也能作为数据交换业务的基础平台，为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务，满足铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要[1]。

文中的交叉并线区段是指两条或两条以上的铁路线路采用GSM-R网络进行无线覆盖时，在≥95%概率条件下，信号场强覆盖值同时需满足《铁路数字移动通信系统(GSM-R)设计规范》(TB10088—2015)场强覆盖要求的铁路区段[2]。

由于铁路线路地形复杂，线路并行间距或近或远，加之线路之间可能还有山体或楼体阻挡，造成交叉并线区段GSM-R无线覆盖困难。如果交叉并线的线路等级不同，对GSM-R无线覆盖和性能指标要求也会不同，使得在交叉并线区域的无线小区规划、频率分配和切换设置成为新建铁路通信施工中的难题[2]。同时，整个网络优化过程必须最小化对既有营业线列车运输组织的影响，使得此项工作的实施更加困难。

为了解决这些问题，需要由建设单位组织设计单位、施工单位以及设备管理单位共同研究制定交叉并线区段的无线信号覆盖方案，通过网络性能统计分析工具采集联调联试期间的GSM-R系统网络运行数据，掌握GSM-R系统网络无线覆盖情况和网络服务质量情况，分析研判信道拥塞、频率干扰、弱场覆盖、业务掉话、切换失败等影响网络应用质量的原因，通过修改网络参数、调整网络结构及设备配置、排查频率干扰等技术手段[3]，解决问题，在确保既有营业线铁路运输秩序安全稳定的前提下，不断优化新建线铁路GSM-R无线信号覆盖指标，将系统调试至最佳运行状态。

2 杭绍台高铁项目交叉并行典型区段无线覆盖解决方案

杭绍台高速铁路是浙江省境内一条连接杭州市、绍兴市、台州市的高速铁路，是沟通杭州都市区与温台沿海城市群的一条快捷通道，也是国家沿海铁路快速客运通道的组成部分和浙江省“一带一路”全省大通道建设重点项目。杭绍台高速铁路北起杭州东站，利用杭甬高铁至绍兴北站，之后新建正线由杭甬客专绍兴北站引出，经绍兴市所辖的上虞区、嵊州市、新昌县，台州市所辖的天台县、临海市、椒江区，最后至台州市温岭站，全程226公里、设计时速为350公里。杭绍台高速铁路的新建线路在绍兴北站至上虞区孙端镇附近与既有的杭甬客专并线，在临海站至温岭站附近与既有的甬台温客专并线。为减少新建线路GSM-R基站对既有线路基站的影响，保证交叉并线区段既有线正常运营，需对交叉并线区段GSM-R系统无线覆盖方案进行研究和科学设计[4]，形成最终工程实施方案。

2.1 杭绍台与杭甬客专并线区段无线覆盖方案

杭绍台新建线路在DK0+000至DK22+220共19.020 km与既有的杭甬客专并线。杭甬客专设计时速为350 km/h，信号采用CTCS-3列控系统，GSM-R系统采用单网交织方案，满足新建线路GSM-R系统覆盖需求，因此并线区段利用杭甬客专既有基站覆盖新建线路，并根据场强覆盖情况对特殊区段进行方案优化，设计并线区域线路及基站示意图(见图1)。

图1 杭绍台与杭甬客专并线基站示意

为保证覆盖效果，达到无缝覆盖的目的，在对沿线的网络信号进行勘测后，方案设计主要集中在无线信号的盲区覆盖和信号的优化。如新建线路GDK6+010至GDK6+500的新凤凰山隧道处，为减小对杭甬客专的影响，满足新线隧道内弱场覆盖，采用模拟直放站和漏缆的方式进行覆盖。在新凤凰山隧道入口和出口分别设置1套模拟直放站远端机，接入既有杭甬线K205+169K207+592基站近端机，主从关系与旧凤凰山隧道远端机相同。

同时，为保证DK9+355至DK9+965半封闭声屏障内GSM-R系统冗余覆盖，可采用“直放站+漏缆”的方式进行覆盖。在声屏障面向大里程右侧挂设1条漏缆，在DK9+170 AT所通信机械室内设置2套模拟直放站远端机，在杭甬K213+999(杭绍台DK9+500)通信机械室内新设1套C1基站、2副天线、2套模拟直放站近端机和1套STM-4传输设备，与杭甬K210+785、杭甬K217+073建立切换关系和既有C2基站组成同站址双网。

2.2 杭绍台与甬台温客专并线区段无线覆盖方案

杭绍台新建线在临海站附近与甬台温铁路并线，并线区域由DK173+545至DK189+095共15.550 km；在温岭站附近与甬台温客专并线，并线区域由DK230+024至DK237+820，共7.796 km。甬台温客专线设计时速为250 km/h，信号列控系统采用CTCS-2列控，GSM-R系统采用单网覆盖，无法满足新建线路的网络无线覆盖需求，因此，此区段需在杭绍台铁路沿线新设基站，采用单网交织方案覆盖杭绍台铁路及甬台温客专线，待新设基站开通后，关闭甬台温客专线基站。下面以临海站附近的并线区段为例设计基站示意图(见图2)。

图2 杭绍台与甬台温客专并线区段基站示意

临海站附近与甬台温客专并线区段为丘陵地带，地势复杂，新建线路在并线区段设有东山陈2号隧道、东山陈3号隧道、胡岙1号隧道、胡岙2号隧道、丁桥隧道、燕居1号隧道、燕居2号隧道。既有甬台温客专线设有太坤山隧道、纸扇山隧道、燕居岭隧道。既有甬台温客专线采用模拟直放站和漏缆的方式覆盖隧道内，在DK175+502、DK180+250、DK183+650(临海站)、GDK186+682各设置1套基站，在新建基站处设置数字型直放站近端机和远端机，并将既有线路的部分模拟直放站改为数字直放站，覆盖杭绍台铁路及甬台温客专线。待杭绍台基站开通后，关闭甬温K439+319、K443+346、K447+056基站。

3 GSM-R无线网络优化的常用技术手段

在新建铁路与既有铁路交叉并线区段GSM-R无线网络优化过程中，往往需要根据检测车每日的检测情况实时制定网络优化方案，通过调整技术参数、天线角度、设备主从关系等技术手段，最终实现整个区段的GSM-R无线网络覆盖技术指标符合标准要求。

3.1 调整切换参数

问题描述：半数站测试LH-TZ03(临海至台州03基站)出现掉话，需通过LH-TZ03接收电平测试结果(见图3)与通话质量测试结果(见图4)分析查找原因。

图3 LH-TZ03小区接收电平测试

图4 LH-TZ03小区通话质量测试

问题分析：该区段位于隧道内，分析系统结构图判断掉话是由于未及时切换导致，列车行驶通过LH-TZ04/R2直放站后，LH-TZ03的信号出现快衰，需要控制LH-TZ03至LH-TZ05的切换位置在LH-TZ04/R1与LH-TZ04/R2区间。

解决方案：将LH-TZ03至LH-TZ05的PBGT切换门限由70调整至65，PBGT统计时间由6调整至2、PBGT持续时间由2调整至1，调整后复测问题解决。

3.2 调整衰减参数

问题描述：LH-TZ01N2 (新建临海至台州01基站)网管Band值长期4级，需通过其BSC网管干扰监控结果(见图5)分析查找原因。

图5 BSC网管LH-TZ01N2干扰监控

问题分析：

(1)关闭LH-TZ01N2下挂2台近端机，显示干扰消除，可判断出干扰由直放站引入。

(2)依次开启LH-TZ01N2下挂2台近端机，其中1台近端机开启无干扰，当另1台近端机开启，干扰出现，可判断干扰由该近端机及下挂远端机引入。

(3)逐个开启该近端机下挂远端机，最终定位上行干扰由LH-TZ01N2/R7、R8、R9引入。

解决方案：调整LH-TZ01N2/R7、R8、R9的上行衰减值，LH-TZ01N2的Band值恢复正常。

3.3 调整天线参数

问题描述：TZ-WLBS 01(台州至温岭北所01基站)小公里标BCCH频点场强大，TCH频点场强小，须通过TZ-WLBS01基站与直放站系统组网(见图6)，结合TaizhouN2至TZ-WLBS01电平覆盖测试结果(见图7)分析查找原因。

图6 TZ-WLBS01基站与直放站系统组网示意

图7 TaizhouN2至TZ-WLBS01电平覆盖测试

问题分析：某时段下行方向，从台州站切换至TZ-WLBS01 R1时存在乒乓切换，切换了3次。当切换至TZ-WLBS01 R1后，业务信道为TCH频点，但此时TCH频点的场强偏小，比台州站的场强低，又切回台州站小区，但切至台州站小区后，此时邻区电平为TZ-WLBS01的BCCH频点场强较强，又发起小区切换至TZ-WLBS01小区。

经过分析TZ-WLBS 01 小公里标BCCH频点场强大，TCH频点场强小。可能基站与直放站近端机之间的连接线或耦合器存在问题，或者设计图纸两路天线往同一个方向覆盖存在问题。

解决方案：

(1)到达TZ-WLBS01 R1处后，检查基站与直放站近端机之间的连接线或耦合器，通过信号源与频谱仪测试都正常。

(2)然后检查TZ-WLBS01 R1处两个天线的方向角和俯仰角，发现两路天线都往一个方向覆盖，但1付天线俯仰角是4度，另一付天线的俯仰角是19度，说明天线原因造成此处覆盖场强异常的现象。

(3)去掉一个天线，采用俯仰角4度的天线后，经过后续铁科综合检测列车测试均正常。

3.4 调整设备主从关系

问题描述：TTS-LH05与TTS-LH08(天台山至临海05基站、08基站)存在邻频现象，需通过TTS-LH08直放站系统组网(见图8)，结合TS-LH05至TTS-LH08电平覆盖测试结果(见图9)分析查找原因。

图8 TTS-LH08直放站系统组网示意

图9 TTS-LH05至TTS-LH08电平覆盖测试

问题分析：某时段奇偶数测试，发现一旦TTS-LH06站故障，TTS-LH05与TTS-LH08站存在邻频现象，需要调整TTS-LH08 R1-R4设备的主从关系。

解决方案：将TTS-LH08 R1-R4设备的主从关系调整：K262+188两台远端机调为TTS-LH07 R1和R2，K263+330远端机调为TTS-LH07 R3，K264+145远端机调为TTS-LH07 R4，即将K262至K264 四台远端机原来1和2光口到TTS-LH08近端机，现场调整为连接到TTS-LH07近端机，将K262至K264 4台远端机原来3和4光口到TTS-LH07近端机，现场调整为连接到TTS-LH08近端机。调整完后检测车测试正常。

4 交叉并线区段GSM-R无线网络优化的实施流程

4.1 施工方案审查

完成初步设计方案制定后，由于涉及对既有营业线GSM-R无线网络的调整，相关作业必须纳入营业线施工管理，应由建设单位牵头开展营业线施工(邻近)方案的评审。建设单位应组织设计单位、施工单位主动与设备管理单位对接，研究制定新建铁路与既有线交叉并线区段GSM-R无线网络优化实施方案，讨论明确施工工作量、施工步骤、影响范围、计划类型等。实施方案基本确定后，由建设单位组织召开专项施工方案审查会，明确涉及既有营业线基站关闭、调整的施工计划批复、执行流程。通常情况下，在新建铁路静态验收通过后，联调联试启动前，经批准后可由建设单位协调安排通信检测车对既有营业线无线通信指标进行测试验证。在联调联试开始后，由联调联试指挥部统一安排既有营业线的施工计划和检测车测试计划。

4.2 无线网络优化实施

设备管理单位配合施工单位组织开展既有线无线网络优化实施工作。施工单位应根据通信检测车交路和测试计划编制专项施工方案。涉及新建铁路基站为既有营业线提供GSM-R无线通信业务时，由于存在新建铁路工程联调联试与既有营业线运输生产安全之间的矛盾，需在施工点内关闭既有营业线基站通信设备，开启新建铁路基站通信设备，并通过在既有营业线开行检测列车开展既有营业线交叉并线区段的无线网络优化工作，在施工点结束前再全部恢复既有营业线基站的信号覆盖。仅涉及施工点内既有营业线基站关闭、开启，并在施工点结束前全部恢复原样时，设备管理单位依据检测计划及专项施工方案配合实施。涉及既有线设备变化、参数调整、天线调整时，应由设备管理单位技术部门牵头编制施工预案，经审批后实施。新建铁路工程与既有线并线区段在既有营业线的无线网络优化工作完成并验证指标通过后，应由建设单位向集团公司电务(通信)专业处室提交申请，由集团公司正式下发通知明确关闭、调整既有营业线基站，开启新线基站为既有营业线提供GSM-R无线通信业务，之后再进行新建铁路正线的联调联试工作。所有为既有营业线提供GSM-R无线通信业务的新建铁路基站通信设备的施工维修、参数调整，均应纳入既有营业线天窗内实施，并在天窗结束前确保既有营业线GSM-R无线通信业务正常。

4.3 新建铁路设备接管维护保障

在进入新建铁路工程与既有线并线区段无线网络优化实施阶段后，涉及新建铁路基站为既有营业线提供GSM-R无线通信业务时，应遵循“先验收，后开通”的原则，由建设单位提前组织相关通信机房、设备设施的竣工验收工作。同时设备管理单位应重点组织对涉及提供既有营业线GSM-R无线通信业务的新线设备验收接管工作，组织维护接管车间编制年月表检修计划并落实执行。设备管理单位技术部门应组织维护接管车间编制新建铁路工程与既有线并线区段GSM-R无线通信业务应急保障方案，并协调建设单位、盯控施工单位制定相应措施确保涉及提供既有营业线GSM-R无线通信业务的新建铁路通信设备及相关接口单位的设备安全稳定运行。待集团公司正式通知下发后，由施工单位提报施工计划在施工点内将既有营业线基站关闭，新建铁路基站开启，同步将新建铁路相关基站通信机房纳入既有营业线设备管理，并在新建铁路正式开通启用前加强网管监控，做好应急处置保障。

5 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，交叉并线区段的 GSM-R 设计已成为铁路通信施工的重难点，也成为影响联调联式的关键因素之一。由于在网络参数以及网络外部环境的不断更新和变化下，无线通信网络容易出现各种各样的新问题，只有加强对GSM-R无线通信网络的科学优化设计，才能不断提高网络运营效率和效果，使得GSM-R 无线通信网络达到最佳状态，以保障铁路运输安全高效。