高速铁路GSM网光缆线路及传输系统解决方案研究

摘　要：自2007年4月铁路第六次大提速以及动车组投入运营以来,铁路的移动网络质量受到很大的影响。对GSM高速铁路覆盖所涉及的光缆线路及传输系统解决方案进行探究,为在建300km级高速铁路的无线网络规划和优化。石太高铁的通信网络覆盖实现乘客的通信畅通再一次体现了中国移动优质的网络质量和优异的服务提供能力。

关键词：高速铁路、GSM网、光缆线路、传输系统

1. 概述
　　石太客运高速铁路(以下简称石太高铁)全长202.46公里(由石家庄站至太原南站)，沿途经河北的石家庄市、鹿泉市、井陉县，山西的阳泉市盂县、晋中市寿阳县、太原市阳曲县和太原市。山西省境内由山西、河北交界点至太原火车南站全线长137.19公里。整个石太高速铁路线路设计为全封闭、全立交，设计时速200km/h，预计未来最高时速275km/h。山西境内沿途省内设有阳泉北站(盂县县城东北角)、太原市东陵井(阳区县境内)、太原北站、太原东站、太原站，最终将到达北营新客运站。全线有特大桥14座、大中桥69座、隧道32条，其中山西境内有特大桥11座、大中桥67座、隧道25条(含交界处的南梁隧道) 、涵洞179个。全线隧道总长达到74.89公里(占铁路总长的37%)，其中山西境内隧道总长达到49.82公里(占山西境内铁路总长的36.31%)。
　　根据山西移动用户发展的需求，进一步打响山西移动的品牌，中国移动集团山西有限公司(以下简称山西移动)决定对该路段进行全线覆盖。
2. 网络解决方案
　　（1）专网建设思路
　　考虑现有GSM网络上采用沿铁路建立虚拟专门组网的覆盖思路，将铁路列车考虑为一个话务流动用户群，为其提供一条服务质量良好的专用覆盖通道，用户群从车站出发，直至抵达目的站，用户都附着在专用覆盖内，发生的话务/数据流也都为专用通道吸纳。到达火车站后，重选/切换至车站或周边小区，实现为用户提供优质铁路覆盖服务。
　　参数设置上，新分裂小区串接为简洁的邻区关系，相对割裂与大网的关联。保证大网原来的通信不受到任何影响。
　　（2）覆盖方式
　　由于高速铁路列车内用户保持高速运动，如果使用现网基站覆盖方式对高铁进行覆盖，极频繁的小区切换将导致用户通话的不正常甚至频繁掉话。
　　因此，本工程考虑采用宏基站+数字光纤直放系统覆盖室外，将一个小区的信号延伸最长可达10Km左右，使室外小区切换时间间隔延长至3分钟以上；隧道内则采用宏基站+数字光纤直放系统+泄漏电缆方式，以满足信号隧道内覆盖需求和安全要求；同时系统设置过程中也着重考虑各种切换区的设置，保证系统有良好的系统切换。
　　为减少位置区切换导致掉话的可行性，山西移动决定石太高速全线使用1个位置区的方案，即沿线全部使用Nokia基站设备，由太原BSC4-2负责管理，仅在省界处与河北BSC切换一次。该方案将极大地简化石太高铁线路上网络的复杂度，减少网络切换，减轻网络信令复合，增加系统容量。
　　（3）切换区域的设置
　　高速列车运动速度快，本工程考虑最高时速为250公里，所以对网络的切换重叠区域要求较高。这里对高铁切换重叠区域进行简单计算如下：
　　列车运行在两小区重叠覆盖区域时，从甲小区-乙小区，设定切换门限为-80dBm，则从C点开始启动切换计时，一般情况下切换时长为5秒。因此考虑列车双向运行因素，切换重叠覆盖区域运行时间需大于10秒，列车运行设计时速为250km/h，则场强重叠区长度为：S=V×T=(250000/3600) ×10＝694m。
　　切换情况分析如后图所示。
　　由以上分析可知，在更高速的列车内，移动用户需要完成切换的行驶里程将更长。因此，应当在网优工作中优化切换程序及相关门限。建议，由于专网小区具有唯一性，即一旦检测到目标小区信号，则目标小区信号将一定越来越强。故可将小区信号测量时长设的尽量短，同时考虑将小区切换门限适当降低，这样的调整将使切换总时长(自检测到目标小区信号开始至切换完成为止)明显缩小，则能够保证在有限的切换区域内以最短的时间完成切换，这样也能提高切换成功率，避免掉话(即使第一次切换不能顺利完成还能保证有时间完成再次的切换)。

3.光缆线路及传输系统解决方案
　　由于此次高铁覆盖为专网覆盖，沿线基站均接入山西省太原市大南门机房的BSC2-4设备，故传输单独考虑组网解决。
　　利用沿铁路新布放的24D光缆以及在省内二级干线上开通枢纽楼至盂县的2个155M通道，拟新建环网一：枢纽楼-北货北站-西黄水-上窑-西苛-观音堂-太行西-枢纽楼；环网二：枢纽楼-新店南站-牛家滩-东陵井-前沟-西小坪-太行东-阳泉北站-枢纽楼。
　　（1） 光缆网络组织
　　石太高速铁路光缆建设方案根据全线基站及直放站设置而定，采用主干光缆沿铁路线缆沟布放和在铁路外沿线架空引接方式。
　　光缆建设具体方案如下：光缆建设从太原北货站开始，采用架空方式，途经新店南站、皇后园基站、北郊南站、西黄水站直到铁路GSM-R 40#基站（岗底隧道西口），通过GSM-R基站进入铁路缆沟，主干光缆沿铁路管沟一直铺设至山西出省界处（太行山隧道东口）；主干光缆全线为24D，在太行山隧道中由于为双洞路由，各布放12D光缆，主干光缆在各基站出入铁路终端，铁路出口为铁路GSM-R 基站。
　　光缆接入太原城域网拟从北货站新布放光缆至最近基站以接入到城域光缆网，光缆接入点选择太钢干校，新增24D光缆3KM。从太钢干校经太钢医院、机车跳接至枢纽楼。
　　盂县段光缆接入从太行西口基站引出光缆至阳泉北站，从阳泉北站布放48D光缆至盂县县局机房。
　　（2） 设备网络组织
　　传输系统考虑传输距离，传输节点采用隔站设置方式。
　　环网一：枢纽楼-北货北站-西黄水-上窑-西苛-观音堂-太行西-枢纽楼；
　　环网二：枢纽楼-新店南站-牛家滩-东陵井-前沟-西小坪-太行东-阳泉北站-枢纽楼。
　　传输设备采用622Mb/s ADM设备，选用紧凑型设备。
　　传输专网应通过太原城域网光缆接入城域网汇聚层节点(枢纽楼OSN3500)，并通过局间传输系统最终将基站传输电路终结于山西省太原市大南门机房的BSC2-4设备。
　　（3） 传输电路组织
　　各新设传输设备节点按2*2M电路进行分配，同时各基站间开通一个2M电路用于直放站网管信息的传送，每个环的网管信息汇聚成1个2M电路，传送回移动枢纽楼网管机房。
4.计费系统
　　方案不对计费系统、计费策略作出大的调整，但是由于高铁覆盖专网基站均归属太原BSC，而这些基 站将一直延伸至阳泉境内，同时设置在沿线火车站的室内覆盖部分小区也将采用归属太原BSC的方案，因此不可避免的导致部分用户在太原以外地区打本地电话产生长途费用或打太原电话变为市话费用的特殊情况。鉴于以上问题，需要对计费策略作出相应调整。
　　根据山西移动对相关情况的分析及讨论，基本确定高铁专网中的用户计费方式采用特殊处理：通过分拣认定为高铁用户的，无论其起呼位置如何，其拨打太原电话均认为拨打本地电话并进行计费；如果用户呼叫起呼位置所在地的本地电话的，也将认定为拨打本地电话并进行计费。即认为专网用户同时归属2个地区，呼叫2个地区的电话均认为是呼叫本地电话。
　　这里存在的主要问题是太原以外火车站(如阳泉北站)室内覆盖用户的计费方式。由于考虑切换问题，因此火车站室内覆盖系统使用的也将是太原BSC所属小区，但不同于铁路沿线覆盖的专网小区；而站台覆盖系统则直接属于铁路沿线专网覆盖同小区信号。因此，这就要求计费系统对火车站用户进行鉴别，并将其划归火车站所属地区进行当地正常计费，以尽量避免不合理计费的出现机率，降低收入损失。
　　以上计费方式的调整，将在高铁覆盖系统建设完毕后，进行具体方案细节的修正，届时具体计费细节可能发生变化，实际应以最终计费方式为准。
参考文献：
     [1]李明春、李博   高速铁路覆盖解决方案分析.通信世界，2008（33）
     [2]黄松飞  中国移动破解京津高铁移动通信覆盖难题. 通信世界，2008（36）
     [3]高速铁路GSM网络覆盖解决方案的研究.中国新通信，2009（11）