【正文】 省格爾木市，基本沿青藏公路南行，途經(jīng)納赤臺、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山進(jìn)入西藏自治區(qū)境內(nèi)后，經(jīng)安多、那曲、當(dāng)雄至西藏自治區(qū)首府拉薩市，全長約 1142km。全線遠(yuǎn)近期設(shè)格爾木、望昆、五道梁、沱沱河、安多、那曲、當(dāng)雄、羊八井、拉薩等 34 個車站。青藏鐵路建設(shè)是中國西部開發(fā)的標(biāo)志性工程，是目前世界上海拔最高、線路最長、穿越凍土里程最長的高原鐵路。青藏鐵路穿越海拔 4000 米以上地段 960 公里，最高點為海拔 5072 米的唐古拉山埡口，平均海拔 4500 米，穿越多年凍土地帶 550 多公里。為了將青藏線建設(shè)成為世界上一流的鐵路，鐵道部決定目前唯一能夠承載列車控制信息的 GSMR 系統(tǒng)，實現(xiàn)對列車的有效控制，從而提高鐵路運輸效率，降低運營成本。建立青藏鐵路綜合數(shù)字移動信息平臺不僅體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟效益，而且會減少維護(hù)工作量，提高全線的運輸指揮能力。根據(jù)青藏鐵路的實際情況，結(jié)合當(dāng)前通信信號技術(shù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和今后的發(fā)展趨勢，青藏鐵路的通信信號應(yīng)該實現(xiàn)一體化。其接近連續(xù)式無線機車信號的傳輸方式應(yīng)采用由 GSMR 網(wǎng)絡(luò)所提供的數(shù)據(jù)傳輸通道。GSMR作為信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)在車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)之間雙向傳輸無線機車信號信息和列車的位置，以及速度信息等確保車站兩邊 3 公里范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信和全線的語音通信。 GSMR 設(shè)計的主要原則及標(biāo)準(zhǔn) 在這樣的高原環(huán)境下青藏鐵路的建設(shè)對 GSMR 提出了以下技術(shù)指標(biāo)要求 [14] (以下各項指標(biāo)的適用范圍均為車站兩邊 3km 的范圍之內(nèi) )：? 時速 120Km/h 下的無縫通信? 載干比 (C/I)至少 12dB? 95％的時間和地點覆蓋率 ? 信號強度大于92dBm ? 根據(jù)所使用的業(yè)務(wù)，傳輸通道和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須有很高的可用性 ? 橋內(nèi)，隧道內(nèi)的良好覆蓋? 車站和編組站場內(nèi)的良好覆蓋 ? 呼叫建立時間 6s(95%)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計22? 呼叫建立失敗的概率 ? 呼損概率? 數(shù)據(jù)傳輸端到端時延500ms ? 傳輸干擾誤碼率：GSMR 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，覆蓋級別被定義為車頂天線處的場強值(通常離軌道的高度為 4 米)，假定全向天線的增益為 0dB，在覆蓋區(qū)域內(nèi)，以一定的時間概率和地點概率滿足覆蓋要求。根據(jù)青藏線列控系統(tǒng)對 GSMR 系統(tǒng)的需求，GSMR 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按 ETCS 2 級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 [8]。青藏線服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)的要求見表 31。表 31 青藏線服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)項目 定義 指標(biāo)連接建立時間 從連接建立的請求到連接成功建立標(biāo)志之間的時間 (95%)15s(100%)連接建立的失敗比例不成功的連接建立嘗試次數(shù)占所有連接建立的請求的比例1%(最大時延10s)用戶數(shù)據(jù)塊的傳送時延從承載數(shù)據(jù)發(fā)送請求發(fā)出到數(shù)據(jù)成功接收標(biāo)志之間的時間 500ms連接中斷比例 在累計時間內(nèi)發(fā)生的連接釋放次數(shù) 100 小時內(nèi)1 次傳輸干擾率 傳輸干擾的次數(shù) 100 小時內(nèi)1 次 GSMR 傳輸網(wǎng)絡(luò) 如圖 31 所示，青藏鐵路 GSMR 網(wǎng)采用光網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺，確保高可靠大容量的傳輸。GSMR 網(wǎng)絡(luò)本身不建設(shè)自己的骨干傳輸系統(tǒng)，拉薩和格爾木的交換機子系統(tǒng)之間采用光纖骨干網(wǎng)傳輸?shù)姆绞?STM4 骨干環(huán))。為了確保兩個 MSC 之間的冗余通道，要求骨干傳輸網(wǎng)冗余設(shè)計，建立迂回備用通道。STM1 基站環(huán)用于連接所有基站，青藏鐵路全線設(shè)拉薩、那曲、沱沱河、格爾木等 4 個 STM1 基站環(huán)。GSMR 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有固定終端，例如車站固定臺等，都可以采用統(tǒng)一的本地接入系統(tǒng)，連接到拉薩和格爾木的 MSC 以便于統(tǒng)一管理與維護(hù) 。青藏 GSMR 工程核心網(wǎng)在西寧移動交換中心設(shè)移動交換機、業(yè)務(wù)控制點和 GPRS設(shè)備。拉薩移動交換中心設(shè)移動交換機和 GPRS 設(shè)備。格爾木通信站和拉薩移動交換中心各設(shè)兩臺基站控制器。網(wǎng)管設(shè)備在各移動交換中心均有設(shè)置。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計23服務(wù)器M S CC R T C 交換機服務(wù)器M S CC R T C 交換機S T M 4 骨干環(huán)O N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UP B XE 1拉薩S T M I 基站環(huán)那曲S T M 1 基站環(huán)沱沱河S T M 1 基站環(huán)格爾木S T M 1 基站環(huán)O T L C （ 光纖終端 ）O N U （ 光網(wǎng)絡(luò)單元 ）A D M（ S D H ）拉薩格爾木沱沱河那曲格爾木拉薩圖 31 青藏線 GSMR 傳輸網(wǎng)絡(luò) GSMR 基站的設(shè)置 由于在車站兩邊 3~5 公里范圍內(nèi)，GSMR 無線通信系統(tǒng)必須提供接近連續(xù)式無線機車信號的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，因此從網(wǎng)絡(luò)可靠性角度考慮，青藏線采用高可靠性的交換平臺和雙倍冗余的 BSC/TCU 配置，并在沿線 30 個車站使用雙備份基站進(jìn)行覆蓋。BTS 之間為環(huán)形連接 (傳輸系統(tǒng)可利用 SDH 的白愈環(huán)保護(hù)功能)，可靠性指標(biāo)可達(dá)到%以上。在其它鐵路沿線地區(qū)，GSMR 系統(tǒng)只用于話音和普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不提供無線機車信號的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，因此采用單基站環(huán)形覆蓋結(jié)構(gòu)。車站基站 要達(dá)到接近連續(xù)式無線機車信號在車站兩側(cè) 3km 范圍內(nèi)的要求，盡量避免出現(xiàn)越區(qū)切換。因此，針對 GSMR 基站采用所謂的橢圓形覆蓋。即每個基站使用兩根定向天線，兩個不同的方向分別使用一根天線。與公眾 GSM 網(wǎng)絡(luò)不同，兩根天線通過一個功率分配器合成起來，然后連接到基站內(nèi)相同的收發(fā)信機，從而形成橢圓形覆蓋。與一個基站采用兩個小區(qū)(兩個扇區(qū))的解決方案比較，橢圓形覆蓋概念將沿鐵路線越區(qū)切換的次數(shù)減少一半。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計24區(qū)間基站 由于鐵路沿線話務(wù)量較低，但對速度的要求較高，因此鐵路沿線的 BTS 站設(shè)置雙套基站設(shè)備，沿鐵路方向呈橢圓型覆蓋。為了滿足列控需要，采用全冗余方式的覆蓋。這種基站既能滿足線型覆蓋，又能減少越區(qū)切換次數(shù)，非常適用于鐵路沿線。根據(jù)規(guī)范要求，GSMR 覆蓋效果應(yīng)達(dá)到室外 95％(98dBm)，按此規(guī)范要求，經(jīng)工程計算，沿線基站(1800MHZ) 的平均站間距按 10 公里進(jìn)行設(shè)計。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠保證當(dāng)任何和一個基站或基站控制器發(fā)生故障時，青藏鐵路全線仍有 GSMR 網(wǎng)絡(luò)覆蓋。 越區(qū)切換當(dāng)列車停在相鄰基站的邊界處時，由于無線信號衰落的變化，在兩個相鄰基站間會發(fā)生多次切換，即所謂的 “乒乓”效應(yīng)。為避免這種情況的發(fā)生，如果不考慮智能切換的概念，切換區(qū)域應(yīng)該遠(yuǎn)離車站等列車經(jīng)常停靠的地方或是無線信號衰落極為嚴(yán)重的地區(qū)。根據(jù)這一設(shè)計需求，將重要基站設(shè)置在這些地區(qū)附近，以確保這些地區(qū)有良好的覆蓋，而且使切換區(qū)域遠(yuǎn)離車站及其兩邊 3km 范圍 (考慮接近連續(xù)式無線機車信號)。列車停靠點、編組作業(yè)場地等等。這種設(shè)計使得在這些區(qū)域只出現(xiàn)一個強信號的蜂窩小區(qū)，切換只能發(fā)生在正常情況下不停車的區(qū)間。想鄰基站的覆蓋重疊需要有足夠的長度，才能確保列車最大速度運行條件下安全越區(qū)切換。兩個小區(qū)在重疊區(qū)內(nèi)的電平應(yīng)大于所要求的最小接收電平92dBm (隧道內(nèi)為70 dBm)。通過分別對機車臺、手持臺進(jìn)行鏈路運算后得到最差路徑損耗為 。自由空間傳播條件下，覆蓋重疊長度在 50m 范圍內(nèi) (正常情況下大約 210m)，可以滿足最高速度 120km/h 系統(tǒng)的安全越區(qū)切換。這樣，允許第一次切換失敗后 (很少發(fā)生)，有足夠的時間嘗試再次切換。 GSMR 在青藏鐵路上的的應(yīng)用及設(shè)計 調(diào)度通信列車調(diào)度通信是重要的鐵路行車通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)列車的位置和運行方向，其主要用戶有：? 列調(diào)：調(diào)度員、車站值班員、助理值班員、機車司機、運轉(zhuǎn)車長、機務(wù)調(diào)度、巡道人員、道口等? 貨調(diào)：貨運調(diào)度員、中間站貨運室值班員、貨運員 、其他人員? 電調(diào)：調(diào)度員、變電所值班員、車站值班員、接觸網(wǎng)工區(qū)值班員、開閉所值班員等 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計25? 站場：站場集中電話、駝峰調(diào)車電話、平面調(diào)車電話、貨運電話、列檢電話、車號電話、商檢電話等 調(diào)度通信的實現(xiàn)利用GSMR進(jìn)行調(diào)度通信系統(tǒng)組網(wǎng)，既可以完全利用無線方式，也可以同有線方式結(jié)合起來，共同完成調(diào)度通信任務(wù)。事實上，在鐵路上的有線通信已經(jīng)比較完善，因此完全可以利用現(xiàn)有的有線資源，構(gòu)成GSMR＋ FAS（即固定用戶接入交換機）的無線/有線混合網(wǎng)絡(luò)。這種混合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)主要由NSS（包括MSC、HLR、AUC、VLR 、GCR等）、BSS（包括 BSC、BTS）、OSS、固定用戶接入交換機（Fixed Access Switching，簡稱FAS）、調(diào)度臺、車站臺、機車綜合通信設(shè)備、作業(yè)手持臺OPH （Operational Purpose Handset)及其他固定終端等構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式如圖32所示，其接口及信令在圖中都已標(biāo)明 [11]。圖32 GSMR調(diào)度通信系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式示意圖FASFASFASFASFASFAS調(diào) 度 臺 調(diào) 度 臺車 站 臺調(diào) 度 臺鐵 路 局 所 在 地鐵 路 分 局 所 在 地鐵 道 部 所 在 地站 段 所 在 地MSCMSCMSCMSC2B+D2B+D30B+D30B+D30B+D30B+D E1()E1()1() 1()電 話 機 2B+DZ接 口 BSBS2B+D30B+D蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計26 鐵路沿線采用無線覆蓋，機車上采用無線終端，即機車綜合通信設(shè)備，而車站臺和調(diào)度臺都是有線終端。采用有線/無線組網(wǎng)方式。其中車站臺和調(diào)度臺通過FAS連接到GSMR的MSC上，從而實現(xiàn)有線和無線用戶的通信。系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)主要由SSS （包括MSC、HLR、AUC、VLR、 GCR等）、BSS（包括BSC、BTS）、 OSS、FAS、調(diào)度臺、車站臺、CIR 、OPH及其他固定終端等構(gòu)成。各MSC之間通過E1接口相連接，接口采用 ； 部、局FAS通過Fa接口接入鄰近的MSC；車站FAS不直接與MSC 相連接；部、局 FAS之間通過Fa接口連接；路局FAS與車站FAS之間通過Fb接口連接。調(diào)度臺和車站臺通過Ua接口接入FAS ；其他固定終端通過 Ub接口接入FAS。CIR和 OPH內(nèi)部設(shè)置有 GSMR信道機模塊，通過空中 Um接口接入GSMR網(wǎng)絡(luò)。Fa 接口：ISDN 基群速率接口(30B+D)，DSS1 信令。Fb 接口：ISDN 基群速率接口(30B+D)，DSS1 信令；或基群速率 E1，內(nèi)部信令。Ua 接口：ISDN 基本速率接口(2B+D) ，DSS1 信令；或基群速率 E1，內(nèi)部信令。Ub 接口：選用 Z 接口、音頻 2/4 線接口、64kbit/s 同向接口、錄音接口等。調(diào)度通信組呼區(qū)域劃分GSMR 組呼區(qū)域原則上可以分為四種劃分類型：? 以調(diào)度轄區(qū)作為 GSMR 組呼區(qū)域? 以相鄰三個車站及其兩區(qū)間作為 GSMR 組呼區(qū)域? 以相鄰的三個小區(qū)作為 GSMR 組呼區(qū)域? 以車站基站區(qū)作為 GSMR 組呼區(qū)域為保證車站基站區(qū)的 GSMR 組呼區(qū)域，在小區(qū)設(shè)計時，必須保證車站基站區(qū)在車站兩邊覆蓋至少各 2km?？砂ㄜ囌净緟^(qū)范圍內(nèi)的微蜂窩。通信過程1）個別呼叫? 移動終端按MSISDN號碼呼叫 移動終端移動終端以被叫移動終端的MSISDN 號碼發(fā)起呼叫；GSMR 網(wǎng)絡(luò)收到呼叫后，以MSISDN號碼呼叫移動終端，雙方建立通信；通話完畢，任意一方掛機，呼叫拆除。? 移動終端按功能尋址呼叫移動終端蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計27移動終端以功能號碼發(fā)起對移動終端的個別呼叫；GSMR網(wǎng)絡(luò)收到呼叫后，將被叫移動終端的功能號轉(zhuǎn)換為MSISDN 號碼，并以MSISDN呼叫移動終端，雙方建立通信； 通話完畢，任意一方掛機，呼叫拆除。? 移動終端按ISDN號碼尋址呼叫固定終端 移動終端以被叫固定終端的ISDN號碼發(fā)起呼叫；GSMR 網(wǎng)絡(luò)收到ISDN號碼，進(jìn)行號碼分析后，把呼叫路由到FAS，并向FAS 發(fā)送被叫固定終端ISDN 號碼；FAS根據(jù)ISDN號碼呼叫固定終端，雙方建立通信；通話完畢，任意一方掛機，呼叫拆除。? 移動終端按位置尋址呼叫固定終端移動終端以短號碼發(fā)起對固定終端的呼叫；GSMR網(wǎng)絡(luò)接收到呼叫，對短號碼進(jìn)行分析，根據(jù)移動終端所在位置把短號碼轉(zhuǎn)換為被叫固定終端的ISDN號碼，并將呼叫路由到相應(yīng)的FAS；由FAS根據(jù)ISDN號碼呼叫固定終端，雙方建立通話；通話完畢，任意一方掛機，呼叫拆除。? 固定終端按MSISDN號碼呼叫 移動終端固定終端以MSISDN號碼對移動終端發(fā)起呼叫； FAS收到MSISDN號碼，進(jìn)行號碼分析后，判斷是移動終端MSISDN 號碼，把呼叫路由到GSMR 網(wǎng)絡(luò)，并把MSISDN號碼發(fā)給GSMR網(wǎng)絡(luò)； GSMR網(wǎng)絡(luò)根據(jù)MSISDN號碼呼叫移動終端，雙方建立通信；通話完畢，任意一方掛機，呼叫拆除。? 固定終端按功能尋址呼叫移動終端固定終端以功能號碼發(fā)起對移動終端的個別呼叫；FAS收到呼叫，進(jìn)行號碼分析，判斷是移動終端功能號碼，會把呼叫路由到GSMR 網(wǎng)絡(luò)；GSMR 網(wǎng)絡(luò)將移動終端功能號轉(zhuǎn)換為被叫移動終端的MSISDN ，并以MSISDN呼叫移動終端，雙方建立通信；通話完畢，任意一方掛機，呼叫拆除。? 固定終端呼叫固定終端固定終端以被叫固定終端ISDN號碼發(fā)起呼叫；FAS收到呼叫后，根據(jù)