1 瑞典铁路GSM-R网络实施现状

瑞典GSM-R网络于1997年建网，2000年提供业务，2010年提供列控业务。规划里程为：承载话音业务线路11 000 km，承载ETCS2级业务1 500 km，ETCS3级业务140 km。网络覆盖方式为单网交织覆盖，部分ETCS2级线路采用双层覆盖方式，覆盖电平（95%）满足-82/-91 dBm。

全网建有1个核心网节点（MSC/HLR/IN/NMC），1 200个BTS，11个BSC，250个直放站，全部设备由诺西提供，核心网软件版本采用SR-14，无线软件版本采用RG10。

全网约有7 000个用户（不包括国外列车GSM-R用户），平均每月承担400 000个呼叫。2011年8月，全网业务中组呼为369个，占全部呼叫的0.14%；ETCS业务1 410个，占全部呼叫的0.47%。

全网共有2 700个机车台，列控数据专用终端（EDOR）80套，GPH设备1 889台，OPH设备349台。

恩舍尔兹维克（Örnsköldsvik）——于默奥（Umeå）线路ETCS2级业务应用情况统计如下表1所示。

表1 恩舍尔兹维克——于默奥线路ETCS2级业务应用情况统计

下一步主要工作：建设第二个MSC；实现HLR地理冗余；确定是否采用R4架构；与CW1签订分析、测试及网络优化工具的采购合同。

2 影响GSM-R终端的主要问题

2.1 公共移动网络的干扰发射

2009年以前GSM-R系统的信号电平满足的条件（见图1）如下。

*相邻基站的交叉点电平为-82 dBm/200 kHz。

*交织基站的交叉点电平（ETCS2级列控线路的某个基站故障）为-95 dBm/200 kHz。

为满足GSM-R系统的各项业务需求，系统的信噪比需大于12 dB。1999年至2010年间，GSM-R频带内的噪声电平一般低于-110 dBm/200 kHz，保证了GSM-R系统较高的质量。由于采用GSM技术的900 MHz频段公共移动网络占用的是P-GSM频段，未使用与GSM-R频段相邻的E-GSM频段，因此，GSM-R频段内的信噪比可达到20 dB。噪声主要来自GSM-R系统内的相邻基站。

技术中立许可允许UMTS和LTE等技术使用900MHz频段，根据2009/114/EU指令和2009/766/EU决议，900 MHz频段范围为880～915/925～960 MHz，由瑞典频率管理委员会（PTS）制定GSM-R频段的保护许可条件。这就意味着来自公共移动网络系统（如UMTS和LTE）的发射信号会进入到GSM-R频段，成为GSM-R系统终端的噪声（见图2）。

瑞典运输管理局与PTS联合评估了GSM-R 900 MHz频段内的公共移动网络干扰，评估结果显示，公共移动网络干扰信号在低于-107 dBm/200 kHz的情况下不会对GSM-R系统产生重大影响。根据PTS对GSM-R系统的保护决议，-107 dBm/200 kHz是公网运营商必须遵循的电平标准。最近，公网运营商和瑞典运输管理局重新达成共识，在提前6个月向瑞典运输管理局发出公告后，使用925～930 MHz频段的公网运营商可将干扰功率电平提高到-95 dBm/200 kHz；使用930～960 MHz频段的公网运营商可将干扰功率电平提高到-98 dBm/200 kHz。

2.2 强宽带信号

兼容ETSI的GSM-R车载终端不能处理在其频带附近的来自公共移动网络系统（如UMTS和LTE）的宽带信号。终端接收器受到强宽带信号的限制。

早期GSM和GSM-R的规范出台时并没有考虑3G和4G的信号，GSM-R终端的接收范围为整个900 MHz频段（876～915/921～960 MHz，见图3）。可以在GSM-R网络实施过程中使用公共GSM网络系统（漫游），也可以在没有进行GSM-R扩展规划的线路上使用公共网络。

瑞典运输管理局对不同的GSM-R机车台进行了测量。测量表明，与来自窄带系统的干扰相比，机车台对来自宽带移动网络系统（如UMTS和LTE）的干扰更加敏感。当被电平为-33 dBm/5 MHz的UMTS系统宽带信号干扰时，GSM-R终端接收误码非常严重（RXQuality4-5）。相比之下，带宽较窄的其他GSM系统的干扰电平达到-5 dBm/200 kHz时，GSM-R终端接收误码才会达到RXQuality4-5。RXQuality4-5通常导致掉话。

有关900 MHz频带宽带技术基本情况的报告（例如CEPT EC 96）并没有详细说明其对GSM-R系统产生的影响。

为了防止GSM-R终端受到阻塞，PTS制定了如下方案，限制公共移动网络的最大发射功率。

1）对于使用925～930 MHz频带的运营商

2015年6月30日以前，高于铁路4 m的0 dBi天线接收公共移动网络925～930 MHz频段的基站或直放站信号的最大接收功率不得超过-33 dBm/5 MHz。

2015年6月30日以后，最大接收功率不得超过-5 dBm/5 MHz。

2）对于使用930～960 MHz频带的运营商

2015年6月30日以前，高于铁路4 m的0 dBi天线接收公共移动网络930～960 MHz频段的基站或直放站信号的最大接收功率不得超过-23 dBm/5 MHz。

2015年6月30日以后，最大接收功率不得超过0 dBm/5 MHz。

2015年6月30日之前，列控线路Ådalsbanan，Botniabanan，Haparandabanan和Västerdalsbanan受到特殊保护，接收925～960 MHz频带内公网信号的最大接收功率为-33 dBm/5 MHz。

3 解决措施

GSM-R终端主要受到公共移动网络的干扰发射和强宽带信号两方面的频率干扰。PTS提出了对公共移动网络系统的限制，但是对GSM-R只是暂时性的不完全保护，2015年6月30日后，保护大幅降低。这就要求GSM-R网络和终端需采取实质性的措施。

3.1 特殊处理互操作性技术标准

在提出正式的修改之前需要在互操作性技术标准“命令控制和信令”中做特殊处理。

瑞典运输管理局从EIRENE规范中为机车台和EDOR申请国家特许，包括以下内容。

EIRENE SRS 1.4.3.2节“频率”

机车台和EDOR的天线系统应当具有防护滤波功能或滤波器。防护滤波功能或滤波器的频率范围为873～880/918～925 MHz，可以将E-GSM及P-GSM滤除。防护滤波功能或滤波器应与互操作性技术规范“控制命令及信令”保持一致，以保证未来可操作性。

EIRENE SRS 3.2.4节“覆盖”

由于设备老化而预留的3 dB衰减的余量，很可能还包括外部防护滤波器带来的滤波插损（约1～2 dB）。这就意味着使用防护滤波功能或外部防护滤波器不会影响既有GSM-R网络的小区规划。

EIRENE SRS 4.2.1节“无线接口”

机车台和EDOR的天线系统应当具有防护滤波功能或滤波器。防护滤波功能或滤波器的频率范围为873～880/918～925 MHz，可以将E-GSM及P-GSM滤除。

EIRENE FRS 4.1.3节“引言”

由于具有防护滤波功能或者滤波器，GSM-R终端不会漫游到900 MHz频段的公共GSM网络。

从互操作性的角度看，互操作性技术规范“控制命令及信令”中的特例如下。

对于具有防护滤波功能或滤波器并且在挪威、丹麦和德国运行的瑞典列车，由于具有优于当前的抗干扰保护，其抗干扰性能将会有很大改善。目前，在国外运行的瑞典列车不会通过全国漫游至公共GSM网络。

对于运行在瑞典的国外列车，PTS的决议意味着瑞典GSM-R系统对于这些列车的服务无法得到保证。瑞典运输管理局无法要求国外列车安装GSM-R防护滤波功能或滤波器，但可以进行特例申请，如敦促瑞典运输管理局与ERA（欧洲铁路机构）共同迅速做出修改决定，以保护国际交通中的列车不受公共移动网络的干扰。

3.2 终端增设滤波器

在暂时性保护期间（至（含）2015年6月30日），还需要对GSM-R终端采取措施，以解决GSM-R终端阻塞的问题。

通过在GSM-R终端天线使用外部保护滤波器或使用保护滤波功能，限制终端接收范围，使其仅覆盖GSM-R/RE频率873～880/918～925 MHz，可消除干扰（见图4）。

GSM-R保护滤波器是外置的，因此不需要修改ETSI标准，仅需要修改铁路部门（如ERA）有权限修改的标准（如EIRENE）。

安装GSM-R防护滤波功能或滤波器不会影响瑞典列车在国外的运行，因为它们不会漫游到国外公共移动网络。而且这些列车的运行情况将会有所改善，因为干扰风险降低了。然而没有GSM-R防护滤波功能或滤波器的国外列车进入瑞典，会有很大的干扰风险，互操作性也不能得到保证。不过整体情况将会有所改善，因为在瑞典铁路线上运行的大部分列车都得到了保护。没有GSM-R防护滤波功能或滤波器的列车，可能会出现停车或晚点的情况。

安装外置的GSM-R防护滤波器，无需更改机车台和EDOR。

3.3 提高信号电平

GSM-R频段内，公共移动网络发射的电平值高达-95 dBm/200 kHz的干扰信号阻碍了GSM-R系统基站间的全冗余覆盖。瑞典运输管理局决定将GSM-R系统的信号电平至少提高12 dB以维持当前的冗余覆盖。

3.4 修改互操作性技术标准

修改互操作性技术标准“命令控制和信令”，附录A、索引32（EIRENE FRS）和索引33（EIRENE SRS）。注：M为必须满足的要求；I为描述说明；O为可选要求。

为支持机车台和EDOR滤波，EIRENE规范需要进行修改。

瑞典运输管理局建议如下。

下列应适用于机车台和EDOR：

EIRENE SRS 1.4.3.2节“频率”

1.4.3.2频率：设备能够工作在以下频段）（Ⅰ）。

频段 频率[MHz]铁路GSM（M） 876～880/921～925公共GSM（O） 880～921/925～960

201X-XX-XX以后生产的设备应能够工作在873-880/918-925（GSM-RE）频段。

注意：R-GSM频段包括公共GSM（P-GSM）和扩展GSM（E-GSM）频段。

EIRENE SRS 3.2节“覆盖”

3.2 覆盖

3.2.1：对于网络规划，覆盖电平定义为车顶天线处（通常高于轨面4 m）的场强。假设全向天线的增益为0 dBi。在覆盖区内该标准将满足一定概率。（目标覆盖功率电平取决于实际传播条件带来的统计波动）（I）

3.2.2：必须符合下列最小值：（M）

——95%的覆盖范围，覆盖电平至少高于国家允许的邻频段所发射的最大带外信号（干扰发射）12 dB，或是以下情况：

3.2.3：推荐符合下列最小值：（I）

——95%的覆盖范围，覆盖电平至少高于国家允许的邻频段所发射的最大带外信号（干扰发射）12 dB，或是以下情况：

3.2.4：网络中的EIRENE移动安装应符合3.2.2和3.2.3中的标准

注1：指定的覆盖概率是指至少95%的概率下每个采样点（间隔100 m）测量的覆盖电平应大于或等于以上数值。上述指定的覆盖电平考虑了天线和接收机之间的最大3 dB损耗，以及老化等原因产生的3dB附加余量。如果总损耗不超过3 dB，外部防护滤波功能设备或滤波器可以安装在天线和接收机之间（I）。

注2：需要验证ETCS 2/3级列控线路有关覆盖电平和限速的值，如有必要，首次实施ETCS后将进行评审（I）。

EIRENE SRS 4.2节“无线接口”

4.2 无线接口

4.2.1 所有移动设备应工作在以下频段：

表4-1 频率波段

201Y-YY-YY以后生产的设备应能够工作在873～880/918～925（GSM-RE）频段。

注意：R-GSM频段包括公共GSM（P-GSM）和扩展GSM（E-GSM）频段。

EIRENE FRS 4.1.3节“引言”

4.1.3:所有移动设备应可工作在铁路使用的频段876～880/921～925 MHz（201Z-ZZ-ZZ后为873～880/918～925 MHz）（M）。

移动设备可工作在频段880～915/925～960 MHz（O）。

3.5 建议公网基站安装滤波器

建议公网运营商在基站安装“限制信号发射滤波器”，降低基站的输出功率，或将基站建立在远离铁路的区域，这样就可以将干扰发射限制在-95/-98 dBm/200 kHz以下。

4 经济成本

将GSM-R系统的信号提高12 dB，以应对公用干扰发射的电平提升，估计成本接近1 500～2 000万欧元。

GSM-R终端防护滤波功能或滤波器的快速实施，可以使公共移动网络运营商较早获得更高的基站输出功率。在机车台和EDOR安装GSM-R防护滤波功能或滤波器需获得多方经济支持。没有经济支持，铁路部门就不得不自己解决成本，估计成本为800～1 000万欧元。

若不允许GSM-R终端安装防护滤波功能或滤波器，瑞典铁路的GSM-R和ERTMS运营将非常危险，成本也不可估计。这将给铁路运营带来问题，列车晚点或取消，意外事故风险增加，最终将导致铁路系统无法管理。