魏 旻，胡雪旸 ，葛伟涛
（1．中国铁路上海局集团有限公司南京枢纽建设指挥部，南京 210042；
2．中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）
国内铁路的高速发展，铁路跨江（河、湖、海）大桥的场景越来越多，这些特殊区域的铁路专用移动通信系统覆盖方案已经成为铁路通信专业建设的难点。根据桥梁的结构形式，跨江（河、湖、海）大桥主要分为两种：一种铁路桥桥面有遮挡物，如公铁两用桥或钢桁梁桥。公铁两用桥一般为公路在上，铁路在下，公路会对铁路桥面的无线信号有较强的遮挡，钢桁梁形式的铁路桥桥面有钢结构，也会对铁路桥面的无线信号有明显的遮挡。铁路专用移动通信系统不仅承载语音调度信息，还可能承载列车控制信息，因此对无线信号传输质量要求较高。为保证铁路专用移动通信系统的覆盖质量，此类场景的铁路桥一般采用全程挂设漏缆的方式对铁路桥面进行弱场补强。如杭台高铁椒江特大桥、沪苏通铁路长江公铁大桥、郑济高铁郑州黄河特大桥等；
另一种铁路桥桥面无遮挡物，但桥梁跨越水面较长，一般大于两端基站覆盖距离，如南沿江城际铁路滆湖大桥、福厦高铁湄洲湾跨海大桥和泉州湾跨海大桥等，此种情况下铁路专用移动通信系统采用宏基站覆盖、或全程挂设漏缆或在桥面增加天线进行弱场补强，值得深入研究。本文以南沿江城际铁路滆湖大桥为例，研究长大水面铁路专用移动通信系统覆盖方案。
南沿江城际铁路在常州市武进区设滆湖大桥，以简支梁的形式跨越滆湖，湖面段长约8.5 km。滆湖段铁路与常合高速并行，铁路与常合高速垂直方向最近距离约为65 m，最远距离约为340 m。常合高速在DK112+500左右设有1处湖心岛，分别距水面两端4.15 km和4.35 km。线路示意如图1所示。
图1 滆湖大桥示意Fig.1 Sketch of Gehu bridge
南沿江城际铁路专用移动通信系统采用GSM-R系统。考虑到南沿江城际铁路建设标准、滆湖段地理环境等因素，滆湖段GSM-R系统覆盖具有以下难点。
1）铁路GSM-R系统传送列控信息，可靠性要求较高。南沿江铁路列车设计速度为350 km/h，信号列控系统采用CTCS-3列控制式，根据相关规范，GSM-R系统应采用冗余覆盖。
2）湖面距离宽，通信基站无法设置。南沿江铁路跨越滆湖段水面约8.5 km，350 km/h高速铁路GSM-R基站若采用单网交织方案，基站站间距一般为3.5 km左右，若采用同站址双网覆盖，一般为7 km左右。南沿江滆湖段水面区域过宽，常规宏基站方案很难满足铁路无线通信覆盖需求。
3）湖面反射电磁波严重，滆湖区域无线电信号复杂。湖面对于电磁波如同一面镜子，无线信号从湖边向湖中心覆盖，会被湖水反射，有用的覆盖信号与湖面反射信号叠加；
水面地形平坦，电磁波衰耗很小，同时也造成有用覆盖信号与反射信号强度都很强。
4）滆湖周边经济活跃，周边无线电信号干扰多。滆湖位于常州武进开发区，开发区内工厂众多，无线电背景噪声比普通人员活动少的区域复杂，结合水面反射作用，其他无线电信号被水面反射后将加强湖面及附近的无线场强环境情况，将进一步影响高铁列车接收列控信息质量。
5）建设运维难度大、风险高。滆湖段水面长约8.5 km，水面段虽然采用高架桥形式通过，但GSM-R系统若在水面桥梁上设置通信弱场补强设备，建设难度、施工成本及风险均比较高，后期运维难度也比较大。
南沿江城际铁路滆湖段GSM-R覆盖主要有4种覆盖方案，分别为桥头两端基站方案、湖心岛增设基站方案、桥上漏缆补强方案和桥上天线补强方案。
1）方案一：桥头两端基站方案
在滆湖段桥头两端DK108+350、DK116+800处各设置2套GSM-R基站组成同站址双网覆盖滆湖段铁路，其中A网基站为2载频，B网基站为1载频。由于桥头两端距离为8.5 km，大于常规同站址双网7 km的间距，为了增强覆盖距离，铁塔可设置为60 m铁塔。通过Atoll软件进行仿真，仿真结果如图2所示。
图2 方案一仿真结果Fig.2 Simulation results of scheme 1
从图2中看到桥面全部区域场强大于-60 dBm，远大于列控机车台CTCS-3建议场强值-83 dBm。但Atoll仿真时无法对滆湖周边无线电波干扰进行模拟，因此与真实覆盖效果还有一定差距。
滆湖大桥跨越水面，不管有用信号还是无用信号，信号的场强一般都比较强，为解决长大水面覆盖无用信号被反射加强影响有效信号的情况，可考虑在湖心岛增设基站、或在桥面挂设漏缆或安装天线进行补强。
2）方案二：湖心岛增设基站方案
由于南沿江城际铁路滆湖大桥与常合高速并行，铁路与高速之间距离较近。常合高速在湖中心设有1座湖心岛，岛上设有临时停车区和景观区。为了保证民用通信畅通，中国铁塔和运营商在湖心岛设有1座民用通信基站，铁塔高约30 m，铁塔设有多层天线平台。经测算，铁塔顶端天线平台高于湖面24 m，高于轨面约9 m。
由于湖心岛距桥两端距离分别为4.15 km和4.35 km，因此可以利用湖心岛设置1处GSM-R基站和铁塔，并在桥头两端各设置1套GSM-R基站，组成单网交织方案。
经现场勘察，湖心岛范围有限，无法新增铁路铁塔和GSM-R基站院落，可考虑利用运营商铁塔挂设GSM-R天线，设置室外一体化机房放置铁路通信基站、传输、电源等设备。由于湖心岛为常合高速公路用地，需铁路建设单位协调高速公路相关部门，租赁其土地设置铁路设施。还需建设单位协调中国铁塔及运营商调整铁塔上运营商天线位置，腾出空间安装GSM-R天线。另外，在常合高速上铁路光电缆无法敷设至该处基站，需利用公路提供的电源和光电缆，外部供电不满足铁路I级负荷条件。外部电源和外部光缆产权不属于铁路，无法由铁路进行维护，风险较高。
3）方案三：桥上漏缆补强方案
在滆湖段桥头两端DK108+350、DK116+800处各设置1套GSM-R基站、1套数字直放站近端机、1套数字直放站远端机和2副天线，天线挂设在桥头两端的铁塔上。在桥梁上间隔1 km左右各设置1套数字直放站远端机、在两个接触网杆之间设立通信漏缆支撑杆，在桥面接触网杆和通信漏缆支撑杆上沿铁路方向距轨面4.5～4.8 m的高度挂设1条GSM-R漏缆，利用漏缆覆盖桥面。通信漏缆支撑杆高度一般为5 m左右，设立通信漏缆支撑杆时应保证通信漏缆支撑杆和相邻接触网杆之间的距离不超过30 m。
该方案信源部分也可以采用“基站+数字直放站近端机+数字直放站远端机”或“分布式基站BBU+分布式基站RRU组网”。
4）方案四：桥上天线补强方案
此方案将方案三中的漏缆支撑杆取消，在桥梁上间隔1 km左右各设置1个天线支撑杆和2副天线，天线挂设在天线支撑杆上，分别指向铁路大小里程。天线支撑杆与接触网杆同平面设立，支撑杆高7.5 m。根据相关要求，天线支撑杆需远离接触网带电体2 m范围以外，因此需将天线支撑杆附近的接触网杆抬高，以满足防护距离要求。数字直放站远端机通过环形组网的方式分别接入桥头两端的数字直放站近端机，组网示意如图3所示。
图3 桥上天线补强方案示意Fig.3 Schematic diagram of antenna reinforcement scheme on bridge
此方案也可以采用分布式基站的方式进行组网，即在桥头两端基站处设置基带处理单元（BBU），在数字直放站远端机处设置射频拉远单元（RRU），BBU与RRU之间推荐采用环形组网。由于分布式基站RRU不支持关键板件冗余备份，因此需整机备份，所以每处需设置2套RRU，因此分布式基站方案安装设备较数字直放站多，且耗电量偏高，推荐采用数字直放站组网。
上述4个方案优缺点如表1所示。
表1 滆湖大桥GSM-R覆盖方案优缺点分析Tab.1 Analysis of advantages and disadvantages of GSM-R coverage scheme for Gehu bridge
南沿江城际铁路滆湖大桥GSM-R覆盖方案比较复杂，经建设单位、设计单位、运营单位多次开会讨论，最终确定采用方案四中数字直放站+桥上天线补强方案。此方案需在桥面安装数字直放站，由于铁路轨道两侧设有电缆槽，若将设备安装在电缆槽旁，将影响电缆槽内线缆的维护，因此可在桥面增设通信设备平台，安装通信设施。南沿江城际铁路设置的通信平台宽×长为0.8 m×3 m，数字直放站采用室外型机柜落地安装，平台上预留机柜基础，基础处由桥梁专业预埋4根锚栓，锚栓外露基础面，便于与设备机柜底座固定。同时为便于设备光电缆走线，需预留强弱电电缆槽至设备平台的预埋管。通信平台示意如图4所示。
图4 桥面通信设备平台示意Fig.4 Schematic diagram of bridge deck communication equipment platform
国内铁路正处于高速发展的时期，铁路网越来越密，场景越来越复杂，跨江、河、湖、海等长达水面的场景越来越多。此种场景下的铁路无线通信覆盖的建设方案虽然有多种，但考虑到建设难度、投资成本和运营维护便利性等多种因素，不同项目选择的方案可能会有所不同。本文探讨了南沿江城际铁路滆湖大桥的GSM-R覆盖方案，并对可能的覆盖方案进行详细研究和分析，可供今后类似工程借鉴参考。
猜你喜欢 直放站支撑杆铁塔 利用TA分析精准推动2G直放站退网管理科技研究(2021年21期)2021-10-12磁与铁的故事阅读与作文（小学低年级版）(2020年2期)2020-05-25宿舍用洗漱架发明与创新·中学生(2018年1期)2018-02-02挂画魔架中国新闻周刊(2017年23期)2017-07-12一种车用手机架科技创新导报(2016年8期)2016-10-21移动通信网络中直放站干扰分析及优化中国新通信(2016年13期)2016-08-12安全便捷可调式支撑杆的研究设计科技传播(2015年16期)2015-12-28铁塔公司将承建10万个4G铁塔 出租或年入400亿移动通信(2014年17期)2014-10-16传染病兴趣英语(2013年5期)2013-09-24移动通信基站辅助技术探讨中国新技术新产品(2011年22期)2011-12-30