闞紹忠

（北京中鐵建電氣化設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100043）

1 概述

鄭西客運(yùn)專線是我國中長期鐵路規(guī)劃客運(yùn)專線中徐蘭客運(yùn)專線（徐州—鄭州—西安—寶雞—蘭州）最先開工的一段。鄭西客運(yùn)專線設(shè)計(jì)速度350 km/h，無線通信平臺(tái)采用GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，并采用基于GSM-R的CTCS-3列控系統(tǒng)指揮行車。

基于GSM-R的CTCS-3列控系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)350 km/h、3 min追蹤間隔的高速運(yùn)行。GSM-R網(wǎng)絡(luò)是CTCS-3系統(tǒng)車-地通信的基礎(chǔ)平臺(tái)，能夠在鐵路沿線的車站、隧道、山區(qū)、丘陵等各種地形地貌條件下提供連續(xù)無縫的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在這些區(qū)域的任意2點(diǎn)之間完成雙向的信息交互。CTCS-3車載ATP和地面RBC之間利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向命令與狀態(tài)信息交互，完成列車位置跟蹤、移動(dòng)授權(quán)、緊急停車、臨時(shí)限速等關(guān)鍵信息的傳送。CTCS-3系統(tǒng)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性提出非?？量痰囊蟆?/p>

GSM-R網(wǎng)絡(luò)要為CTCS-3安全數(shù)據(jù)傳輸提供安全可靠的通道，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化就顯得尤為重要。只有GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)完成持續(xù)優(yōu)化，才能滿足列控對(duì)GSM-R的QoS指標(biāo)要求，使列控?cái)?shù)據(jù)安全可靠地傳遞。

公眾網(wǎng)絡(luò)的GSM無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是通過對(duì)現(xiàn)已運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行話務(wù)數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)采集、參數(shù)分析和硬件檢查等手段，找出影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的原因，并通過參數(shù)修改、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)備配置調(diào)整，確保系統(tǒng)高質(zhì)量的運(yùn)行，使現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源獲得最佳效益。公眾GSM網(wǎng)絡(luò)不能保證用戶建立的數(shù)據(jù)連接一直持續(xù)不斷幾百公里，公眾網(wǎng)絡(luò)僅對(duì)話音業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)高速運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)目前還沒有成熟的優(yōu)化方法；公眾網(wǎng)絡(luò)不關(guān)心用戶通話時(shí)切換的時(shí)間間隔，而越區(qū)切換的時(shí)間間隔和中斷時(shí)間在GSM-R網(wǎng)絡(luò)顯得尤為重要，直接關(guān)系到CTCS-3安全數(shù)據(jù)的傳輸。

對(duì)于列車控制數(shù)據(jù)傳輸而言，良好的通信服務(wù)質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路運(yùn)輸安全和效率，本文主要結(jié)合鄭西客運(yùn)專線先行段GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程，以及和CTCS-3聯(lián)調(diào)測(cè)試，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以便為后期的高速網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供借鑒。

2 優(yōu)化目標(biāo)

低速網(wǎng)絡(luò)下的優(yōu)化包括電磁環(huán)境測(cè)試、場(chǎng)強(qiáng)覆蓋優(yōu)化、越區(qū)切換優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試優(yōu)化。

GSM-R電磁環(huán)境測(cè)試目標(biāo)是在GSM-R基站開始發(fā)射無線信號(hào)以前，對(duì)鐵路沿線GSM-R上下行頻段內(nèi)的電磁信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，掌握沿線電磁環(huán)境，查找GSM-R所用頻點(diǎn)是否受到外部干擾，并找出存在的外部干擾，通過協(xié)調(diào)，清除外部干擾，確保在所用頻段內(nèi)沒有干擾信號(hào)存在。

場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試優(yōu)化目標(biāo)是在全線基站全部開啟、僅由奇數(shù)基站覆蓋及僅由偶數(shù)基站覆蓋的情況下，至少應(yīng)符合95%時(shí)間地點(diǎn)概率條件下，接收機(jī)天線輸入端最小接收電平高于-92 dBm，-92 dBm是驗(yàn)收指標(biāo)。從網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的角度來講，在上述3種情況下，考慮到快衰落閾度和高速情況下多普勒頻移帶來的影響，接收機(jī)天線輸入端最小接收電平按高于-80 dBm優(yōu)化。此外，還要保證避免不相鄰基站之間的過覆蓋和設(shè)置合理的重疊區(qū)，保證切換重疊區(qū)的長度。

越區(qū)切換的優(yōu)化目標(biāo)是在全部基站開啟、僅開通奇數(shù)基站及僅開通偶數(shù)基站3種情況下越區(qū)，保證切換中斷時(shí)間小于0.5 s（95%），切換成功率不小于99.5%，兩次切換的間隔大于20 s，切換位置相對(duì)均勻，無緊急切換和乒乓切換發(fā)生。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試優(yōu)化目標(biāo)是所有指標(biāo)均滿足subset 093-V2.3.0的要求，具體如表1所示。

表1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)

3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)主要包括車載和地面2大部分，其中車載系統(tǒng)包括GSM-R場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試、GSM-R QoS測(cè)試和GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)評(píng)估，地面系統(tǒng)包括GSM-R接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、QoS地面服務(wù)器和ISDN交換機(jī)，如圖1所示。

其中，GSM-R場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)試GSM-R頻段的電磁環(huán)境和GSM-R網(wǎng)絡(luò)的無線覆蓋情況。GSM-R QoS測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)試GSM-R網(wǎng)絡(luò)電路數(shù)據(jù)、話音和GPRS業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，從而評(píng)估網(wǎng)絡(luò)是否能滿足列控業(yè)務(wù)要求。無線網(wǎng)絡(luò)評(píng)估系統(tǒng)通過測(cè)試手機(jī)獲取無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、信令等信息，達(dá)到深入分析網(wǎng)絡(luò)故障，同時(shí)在地面接口實(shí)時(shí)跟蹤C(jī)TCS-3級(jí)列控車載臺(tái)的呼叫流程、數(shù)據(jù)傳輸情況、上下行電平和質(zhì)量、越區(qū)切換等，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供支撐。

4 電磁環(huán)境測(cè)試

電磁環(huán)境測(cè)試是在測(cè)試前關(guān)閉先行段所有基站和直放站，軌道車按照平均時(shí)速60 km在線路上運(yùn)行，采用場(chǎng)強(qiáng)接收機(jī)掃頻、測(cè)試手機(jī)掃頻和測(cè)試手機(jī)撥打電話3種方式結(jié)合來進(jìn)行測(cè)試。場(chǎng)強(qiáng)接收機(jī)掃頻采用距離觸發(fā)采樣，每次掃頻距離為2.6 cm×21（頻點(diǎn)個(gè)數(shù)）。掃描所有的GSM-R頻點(diǎn)和上下保護(hù)頻點(diǎn)（ 即 884.8+n×0.2 MHz、929.8+n×0.2 MHz，n=0，1，……21，ARFCN：999～1019）。采用無線網(wǎng)絡(luò)評(píng)估系統(tǒng)接測(cè)試手機(jī)掃頻，并記錄每個(gè)頻點(diǎn)的BSIC碼，遇到電平較強(qiáng)的頻點(diǎn)，采用另一部測(cè)試手機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制附著并撥打電話，記錄干擾小區(qū)的LAC、CI、TCH頻點(diǎn)和調(diào)頻序列以及TA值，進(jìn)而可以準(zhǔn)確定位干擾源。

圖2給出了線路上測(cè)試到的干擾電平分布。從圖2看出，干擾最嚴(yán)重的是1012頻點(diǎn)，已達(dá)到-60 dBm。之后，用測(cè)試手機(jī)強(qiáng)制鎖定該BCCH并進(jìn)行附著，可以記錄該小區(qū)的BSIC：2.1，LAC/CI：14616/21132。撥打電話，根據(jù)TA值，判斷該小區(qū)與鐵路的距離。

5 網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化主要根據(jù)隨車場(chǎng)強(qiáng)接收機(jī)測(cè)試的場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，基站及直放站分布進(jìn)行分析優(yōu)化，優(yōu)化主要分為5個(gè)方面。

（1）發(fā)現(xiàn)天饋系統(tǒng)異常而提出的優(yōu)化建議。

（2）發(fā)現(xiàn)覆蓋不足，提高覆蓋電平。

（3）發(fā)現(xiàn)過覆蓋，降低天線俯仰角。

（4）改善重疊覆蓋區(qū)，保證切換性能。

（5）基站與直放站的配合優(yōu)化，避免系統(tǒng)內(nèi)部干擾。

鄭西客運(yùn)專線無線系統(tǒng)使用單網(wǎng)交織覆蓋冗余方案，該種方案允許在單點(diǎn)故障的情況下仍然能夠滿足通信要求，當(dāng)某一個(gè)基站出現(xiàn)故障時(shí)，相鄰2個(gè)小區(qū)的覆蓋電平仍然能夠達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的性能要求。圖3以1905基站為例，給出了該基站的覆蓋范圍，圖4給出了經(jīng)過優(yōu)化后的1905和1904相鄰基站的重疊覆蓋，圖5給出了1905和1903間隔1個(gè)基站的覆蓋情況，可以看出，這2個(gè)基站的交叉電平在-70 dBm左右。

在優(yōu)化過程中，對(duì)很多基站天線的俯仰角進(jìn)行調(diào)整，例如，為抑制1816基站信號(hào)往東方向衰減過快，將其俯仰角由7/5調(diào)整為4/5，調(diào)整前后的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋對(duì)比如圖6所示。

另外，在覆蓋優(yōu)化測(cè)試中，基站與直放站的協(xié)同工作至關(guān)重要。剛開通時(shí)直放站按照初始工程設(shè)置，TP-DL測(cè)試點(diǎn)未能達(dá)到0 dBm，從而造成遠(yuǎn)端機(jī)電平值低于正常值4～7 dBm。鑒于這種情況，將下行衰減器減少4 dB(按基站40 dBm輸出計(jì)算)，使得下行電平覆蓋正常。

6 越區(qū)切換優(yōu)化

越區(qū)切換優(yōu)化主要依據(jù)Abis跟蹤到的用戶發(fā)生切換的時(shí)間、地點(diǎn)和原因，從而調(diào)整切換參數(shù)。

目前主要優(yōu)化的參數(shù)有以下幾個(gè)方面。

（1）算術(shù)平均的取樣點(diǎn)：無論是正常的PBGT切換，還是緊急切換，都設(shè)定為4個(gè)。

（2）PBGT切換余量：在保證切換性能穩(wěn)定性的前提下，將切換余量設(shè)置得較小；同時(shí)，因?yàn)橹狈耪局鱾湫盘?hào)間的設(shè)計(jì)電平差是6 dB，而由于空間傳播的不確定性，不能確保任何時(shí)間、地點(diǎn)都可以維持這個(gè)差距，所以PBGT的切換余量暫定為4 dB。在測(cè)試的過程中，根據(jù)實(shí)際情況，將部分小區(qū)的切換門限調(diào)整到7 dB。

（3）乒乓切換的保護(hù)時(shí)間：設(shè)定為22 s，在滿足Trec指標(biāo)的同時(shí)，不致影響到基站間的正常PBGT切換。

（4）緊急切換的參數(shù)設(shè)置：電平切換的觸發(fā)值暫定為-85～-84 dBm。

（5）質(zhì)量切換hoMarginRxQual由-4 dB調(diào)整為0 dB，lRxQualDLH由3級(jí)調(diào)整為5級(jí)。

7 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試優(yōu)化主要針對(duì)上行傳輸干擾時(shí)間、上行傳輸無差錯(cuò)時(shí)間、下行傳輸干擾時(shí)間及下行傳輸無差錯(cuò)時(shí)間進(jìn)行。將發(fā)生干擾的時(shí)間和Abis接口監(jiān)測(cè)的切換和上下行質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，找出干擾原因，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。低速傳輸干擾測(cè)試時(shí)，主要解決的問題：來自公網(wǎng)的干擾、直放站區(qū)段上行質(zhì)量差引起的上行干擾、部分空間直放站由于同頻對(duì)打而距離又較遠(yuǎn)時(shí)的下行干擾。

8 結(jié)束語

本文基于鄭西客運(yùn)專線先行段低速網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試情況，給出滿足CTCS-3列控?cái)?shù)據(jù)傳輸要求的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)總結(jié)在電磁環(huán)境測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化、越區(qū)切換優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試優(yōu)化中遇到的問題和解決辦法，為后續(xù)高速網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和其他客運(yùn)專線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供借鑒。

[1]鐘章隊(duì)，李旭，蔣文怡，等．鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）[M]. 北京：中國鐵路出版社，2007.

[2] GSM-R interface Class 1 Requirements,Subset 093 (V2.3.0)[S].

[3] UIC Project EIRENE System Requirements Specification (V15.0)[S]. UIC，2006.

[4] ERTMS/GSM-R Quality of Service Test Specification（V3.0)[S]，2006.