丁珣

隨著我國高鐵建設(shè)的開展，全路已經(jīng)開通的GSM-R線路越來越多，在一些大的鐵路樞紐以及線路較密集的城市中心地帶，GSM-R基站的站點(diǎn)也越來越多，隨之帶來的問題是頻率資源越來越緊張［1-2］。頻率資源的制約會限制站點(diǎn)布置，在某些特殊情況下還會涉及到大量既有線網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，包括既有頻率修改、減少既有站點(diǎn)頻率配置、關(guān)停既有站點(diǎn)等，而既有線網(wǎng)絡(luò)特別是CTCS-3級線路的調(diào)整會帶來安全隱患，調(diào)整前、后需要進(jìn)行充分的驗(yàn)證工作［3-4］。針對頻率資源緊張的問題，提出了基于“直接重試”功能的頻率資源利用率優(yōu)化方法，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。

1 頻率規(guī)劃

根據(jù)我國的無線頻率資源規(guī)劃，鐵路可用頻段為GSM900頻段，上行885～889 MHz，下行930～934 MHz，共4 MHz頻率帶寬，21個載頻，頻道序號為999～1019，其中999、1019頻點(diǎn)作為保護(hù)頻點(diǎn)不建議使用，實(shí)際可用頻點(diǎn)只有19個，頻道序號為1000～1018［5-6］。

在進(jìn)行GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃時，不僅要考慮覆蓋電平，同時也要考慮頻率規(guī)劃。頻率規(guī)劃會對GSM-R組網(wǎng)帶來諸多制約因素，良好的頻率規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)［7］。頻率規(guī)劃時要同時考慮同頻干擾、鄰頻干擾和互調(diào)干擾等因素，并使載干比C/I滿足以下要求。

1）同頻道載干比：控制信道及列控業(yè)務(wù)信道C/I≥12 dB。

2）鄰頻道載干比：C/I≥-6 dB。

3）偏離載波400 kHz時的干擾保護(hù)比：C/I≥-38 dB。

目前GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式主要有單網(wǎng)覆蓋和單網(wǎng)交織覆蓋2種。單網(wǎng)覆蓋模式下基站間距6～8 km，單網(wǎng)交織覆蓋模式下基站間距為3～4 km。按照《鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］要求，基站載頻數(shù)量應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求（即語音類業(yè)務(wù)、列車運(yùn)行控制類電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、分組域業(yè)務(wù)信道）來確定，目前常用的配置為車站基站采用3個載頻，區(qū)間基站采用2個載頻［9-10］。

以京滬高鐵、京九線、京雄高鐵交叉并線區(qū)段為例，如圖1所示，京滬高鐵為既有列控線路，單網(wǎng)交織覆蓋，基站間距3 km左右，相關(guān)基站藍(lán)色部分表示原有頻率配置為2個載頻；京九線為既有非列控線路，單網(wǎng)覆蓋，基站間距5 km左右，圖中相關(guān)基站藍(lán)色部分表示原有頻率配置均為2個載頻；京雄高鐵為新建列控線路，單網(wǎng)交織覆蓋，在BJDX-DXJC01A和BJDX-DXJC01B為同站址雙網(wǎng)覆蓋，且頻率規(guī)劃前基站工程已經(jīng)實(shí)施完成。由于既有線路基站已將可用頻率資源幾乎分配殆盡，而京滬高鐵為既有列控線路，為保證其行車安全，在盡可能少調(diào)整其頻率配置的前提下，進(jìn)行頻率規(guī)劃，得出的最優(yōu)頻率方案如下：紅色部分表示京滬高鐵和京九線調(diào)整部分的頻率，以及京雄高鐵新上基站的頻率分配方案?？梢钥闯觯徊鎱^(qū)段京滬高鐵3個基站、京九線3個基站進(jìn)行降載頻配置后，京雄高鐵BJDX-DXJC03基站仍只有1個載頻。

圖1 京滬高鐵、京九線、京雄高鐵交叉并線區(qū)段原頻率規(guī)劃方案

采用該頻率方案時，由于京雄高鐵BJDXDXJC03基站只有1個載頻，共8個信道，其中BCCH信道、SDCCH信道為專用信道，另外還需配置1個靜態(tài)GPRS信道，因此剩余可供語音業(yè)務(wù)和列控電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可用信道數(shù)僅為5個，在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段就出現(xiàn)了因?yàn)樾诺罃?shù)量不足而語音呼叫建立失敗，以及語音呼叫被列控業(yè)務(wù)呼叫強(qiáng)拆的情況。

2 優(yōu)化方案

在頻率資源緊張的情況下，為了充分有效地運(yùn)用有限的信道，提出了基于“直接重試”功能的頻率資源利用率優(yōu)化方法。

2.1 直接重試功能

直接重試是一種特殊的切換，在信道指配過程中，由于服務(wù)小區(qū)無業(yè)務(wù)信道可供分配或者服務(wù)小區(qū)負(fù)荷過重，BSC發(fā)起直接重試流程，把MS分配到相鄰小區(qū)并發(fā)起切換。直接重試可以減少因服務(wù)小區(qū)業(yè)務(wù)信道擁塞而引起的呼叫接入失敗，提高接入成功率；同時平衡各個小區(qū)的話務(wù)負(fù)荷，避免小區(qū)間話務(wù)負(fù)荷失衡。

直接重試也就是在信道指配過程中由于沒有無線資源可供分配使用，向其相鄰小區(qū)發(fā)起的一種切換，該切換是由信令信道向話音信道的一種切換。具體流程：MS占用本小區(qū)（A小區(qū)）起呼時，本小區(qū)TCH沒有信道資源（可能擁塞或故障），系統(tǒng)將把MS分配到空閑鄰小區(qū)（B小區(qū)）的TCH上，這相當(dāng)于一種切換，這種切換并不是由開始起呼的小區(qū)（A小區(qū)）的TCH切換到鄰小區(qū)（B小區(qū)）的TCH，而是立即指配在A小區(qū)完成，TCH指配在B小區(qū)完成。

2.2 優(yōu)化后的頻率規(guī)劃

通過開啟直接重試功能可實(shí)現(xiàn)前、后2個相鄰基站對信道資源的共享，據(jù)此對頻率規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化。如圖2所示，既有基站既有頻率配置用藍(lán)色表示，既有基站頻率調(diào)整后的配置以及新上基站頻率配置用紅色表示。京九線為非列控線路，業(yè)務(wù)量較京雄高鐵、京滬高鐵少了電路域列控業(yè)務(wù)，維持單載頻方案；京滬高鐵維持原有頻率配置方案，不做任何改動；在交叉區(qū)段，京雄高鐵采用單載頻配置方案，通過直接重試功能，實(shí)現(xiàn)任意2個相鄰基站共享2個載頻，共計(jì)10個業(yè)務(wù)信道。

圖2 優(yōu)化后的頻率規(guī)劃

3 方案驗(yàn)證

為驗(yàn)證直接重試功能的有效性，在工程調(diào)試階段，選取京雄高鐵的DaXingJiChang站（小區(qū)LAC：8469，CI：6）和DXJC-GAD01（小 區(qū)LAC：8469，CI：7）站作為試驗(yàn)基站。由于該基站和DXJC-GAD01基站均為隧道內(nèi)基站，電磁環(huán)境優(yōu)良，有用信號中只有DaXingJiChang站所帶RRU發(fā)射的頻點(diǎn)為1005的信號作為主用信號，以及DXJC-GAD01站所帶RRU發(fā)射的頻點(diǎn)為1010（BCCH）、1018（TCH）的信號作為從信號，主從相差6 dB，覆蓋曲線見圖3。因?yàn)樵搮^(qū)段只有2個基站的有用信號，在分析時更直觀，所以選取 該區(qū)段進(jìn)行分析。

圖3 試驗(yàn)區(qū)域覆蓋曲線

第一步，模擬試驗(yàn)基站信道數(shù)足夠時的呼叫并進(jìn)行分析。在DaXingJiChang站信道數(shù)足夠時，在該站發(fā)起語音呼叫，A接口的信令流程正常。其中CM SERVICE REQUEST信令的詳細(xì)解析中，Cell Identifier中的CGI：4602084696，可以看出發(fā)起呼叫所在小區(qū)為LAC：8469，Cell Identity：6代表的是DaXingJiChang站，如圖4所示。ASSIGNMENT COMPLETE信令解析為常規(guī)的碼流，表示在DaXingJiChang站分配了一個Full rate TCH信道，呼叫所占信道屬于DaXingJiChang站，見圖5。

圖4 A接口CM SERVICE REQUEST信令解析

圖5 A接口ASSIGNMENT COMPLETE信令解析

第二步，開啟DaXingJiChang站“直接重試”功能，并關(guān)閉TCH載頻。在該站下做5個CSD長呼呼叫，將該站下可用的5個信道全部占用，再用測試終端在該無可用業(yè)務(wù)信道的基站下進(jìn)行移動呼固定的語音呼叫，觀察該低優(yōu)先級呼叫是否能建立成功，若建立成功分析該終端的信道指配情況。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該語音呼叫建立成功，且A接口信令流程沒有發(fā)生變化，但是ASSIGNMENT COMPLETE信令內(nèi)容較常規(guī)信令內(nèi)容有所增多，如圖6所示，信令內(nèi)容較圖5增加了信道指配變化情況的內(nèi)容，即增加了Cell Identifier信息，該內(nèi)容顯示業(yè)務(wù)信道指配到了CGI：4602084696基站的一個Full rate TCH信道，CGI中的LAC為8469，Cell Identity：7代表的是DXJCGAD01站，呼叫建立在DXJC-GAD01基站。

圖6 “直接重試”功能開啟后的A接口ASSIGNMENT COMPLETE信令解析

整個呼叫流程的Abis接口信令如表1所示，在呼叫過程中發(fā)生了一次特殊的切換，在SETUP信令之后，BSC向基站BJDX-GAD01發(fā)起了CHANNEL ACTIVATION信令；基站BJDX-GAD01向BSC確認(rèn)信道激活后，BSC向基站DaXingJiChang發(fā)起了HANDOVER COMMAD信令，以及去激活信令和釋放相關(guān)信道的指令；基站BJDX-GAD01向BSC返回HANDOVERDETECTION、ESTABLISH INDICATION和HANDOVER COMPLETE信令，至此完成了切換的全流程，即實(shí)現(xiàn)直接重試功能的全流程。CONNECT信令顯示呼叫已經(jīng)在BJDXGAD01站建立成功，后續(xù)拆線流程均在BJDXGAD01站下完成。通過信令流程以及信令解析可以得知，通過開啟“直接重試”功能實(shí)現(xiàn)了相鄰基站之間的業(yè)務(wù)信道共享，并且從測試結(jié)果來看，連接建立時間符合指標(biāo)要求，未對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。

表1 “直接重試”功能開啟后的Abis接口信令流程

續(xù)表

4 結(jié)論

綜上分析，基于“直接重試”功能的頻率資源利用率優(yōu)化方法是有效的，通過該方法，兩個相鄰基站實(shí)現(xiàn)了對信道資源的共享，呼叫正常建立，用戶體驗(yàn)沒有區(qū)別，對列控?cái)?shù)據(jù)傳輸也沒有影響。與原方案相比，有效提高了頻率資源的利用率。該方法可有效解決我國高速鐵路樞紐和交叉并線區(qū)段GSM-R頻率資源規(guī)劃緊張的問題，值得在復(fù)雜的樞紐地段和交叉并線區(qū)段推廣使用。