夏守葉

（京福鐵路客運(yùn)專線安徽有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

1 概況

近十年來，我國高鐵鐵路迅猛發(fā)展，每年都有數(shù)條高鐵線開通運(yùn)營，截至2021 年12 月31 日，中國高鐵運(yùn)營里程突破4 萬公里，縱橫交錯(cuò)高速鐵路網(wǎng)為中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入了強(qiáng)大的活力。根據(jù)國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》（2016-2030 年），中國將建成“八縱八橫”高速鐵路骨干網(wǎng)，骨干網(wǎng)特點(diǎn)是高鐵線路長，大部分經(jīng)過山區(qū)，地理地貌復(fù)雜，如武廣高鐵、滬昆高鐵、合福高鐵，這些高鐵線路設(shè)計(jì)速度300 千米/小時(shí)及以上，采用GSM-R 通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)CTCS-3 級(jí)列車控制車地信息的雙向傳輸。山區(qū)高速鐵路典型特點(diǎn)是地形困難、地質(zhì)復(fù)雜、隧道眾多，GSM-R 通信網(wǎng)絡(luò)一般采取基站+直放站的方式解決場強(qiáng)覆蓋，在山區(qū)、隧道等基站覆蓋不到的弱場區(qū)，采用光纖直放站進(jìn)行信號(hào)的補(bǔ)強(qiáng)覆蓋。GSM-R 直放站系統(tǒng)主要由直放站近端機(jī)、直放站遠(yuǎn)端機(jī)組成，基于冗余保護(hù)考慮，直放站信號(hào)覆蓋方式均采用主信號(hào)、備信號(hào)、從信號(hào)方式設(shè)置，主、備信號(hào)由相近基站提供，從信號(hào)由相鄰基站提供。直放站的引入解決隧道內(nèi)無線覆蓋的同時(shí)，由于無線環(huán)境的變化或設(shè)備運(yùn)行中參數(shù)的變化，也給無線網(wǎng)絡(luò)帶來一定影響，造成語音質(zhì)量變差甚至掉話，影響鐵路通信信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文結(jié)合實(shí)例，分析直放站的主從信號(hào)設(shè)置不合理、多徑干擾對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的影響，并提出相應(yīng)的解決方案。

2 直放站主從信號(hào)設(shè)置不合理對(duì)GSM 網(wǎng)絡(luò)的影響

在CTCS-3 列控系統(tǒng)中，基于冗余保護(hù)考慮，每個(gè)直放站均為主從雙信號(hào)輸出。直放站主從信號(hào)設(shè)置不合理會(huì)造成切換位置不在運(yùn)營公里標(biāo)范圍內(nèi)，進(jìn)而導(dǎo)致載干比下降、話音質(zhì)量惡化等現(xiàn)象發(fā)生，在CTCS-3 列控系統(tǒng)應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)傳輸誤碼，甚至通信中斷等現(xiàn)象。下文通過一個(gè)案例總結(jié)了對(duì)此類問題的分析過程并提出了相應(yīng)的解決辦法，為今后無線優(yōu)化工作提供思路。

2.1 問題描述

高速列車在某高鐵線基站JZ1308 至基站JZ1309 運(yùn)行過程中，一直占用JZ1308基站的信號(hào)未觸發(fā)切換，行駛過JZ1309/R1 后下行通信質(zhì)量逐漸惡化，最終通信中斷導(dǎo)致C3 連接超時(shí)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

提取超時(shí)車次的C3 接口監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，超時(shí)發(fā)生時(shí)車載臺(tái)占用JZ1308 的信號(hào)，此時(shí)下行通信質(zhì)量出現(xiàn)持續(xù)質(zhì)差最終導(dǎo)致掉話，如圖1 所示。

C3 超時(shí)發(fā)生時(shí)的公里標(biāo)為K130+970，位于JZ1309/R1（K130+622）和JZ1309（K132+072）之間，應(yīng)該占用JZ1309 的信號(hào)。同時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖判斷：JZ1308往JZ1309 的理論切換位置位于JZ1308/R1（K129+622）和JZ1309/R1（K1130+622）之間，如圖2 所示。

查看鐵科院月度檢測車測試數(shù)據(jù)，在該區(qū)域同樣存在切換位置滯后、切換前無線質(zhì)量差問題。進(jìn)一步分析JZ1308/R1 和JZ1309/R1 直放站主從信號(hào)電平值均為-47dBm 的現(xiàn)象，主從信號(hào)強(qiáng)度相等，無法滿足切換要求，未在理論切換區(qū)域切換，C3 連接超時(shí)導(dǎo)致通信中斷。

2.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施

調(diào)整直放站遠(yuǎn)端機(jī)主從信號(hào)電平差，降低JZ1308/R1、JZ1309/R1 兩個(gè)直放站的從信號(hào)強(qiáng)度，具體調(diào)整如下：

2.3.1 JZ1308/R1：從信號(hào)的下行衰減值20 改為26，減低6db。

2.3.2 JZ1309/R1：從信號(hào)的下行衰減值20 改為30，減低10db。

2.4 處理結(jié)果成效

以上數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)施后，C3 監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，切換公里標(biāo)保持在K130+400 左右， 位于JZ1308/R1（K129+622）和JZ1309/R1（K130+622）之間，與設(shè)計(jì)理論切換位置相符，超時(shí)問題未再出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果理想。

3 直放站多徑干擾對(duì)GSM 網(wǎng)絡(luò)的影響

無線電波經(jīng)過不同路徑到達(dá)某車載臺(tái)的傳播時(shí)間存在差異，路徑的不同必然導(dǎo)致傳播時(shí)間的不同。時(shí)延擴(kuò)展定義為最大傳播時(shí)延和最小傳播時(shí)延的差值。為了解決多徑延時(shí)造成的碼間干擾，GSM-R 設(shè)備采用了自適應(yīng)均衡技術(shù)，但接收機(jī)均衡器僅能處理時(shí)延不大于15μs（約對(duì)應(yīng)4TA）的多徑信號(hào)。

當(dāng)時(shí)延差超過15μs，且主信號(hào)與多徑信號(hào)的載干比（C/I）小于12dB 時(shí)，就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的多徑衰落，引發(fā)碼間干擾，出現(xiàn)下行電平雖強(qiáng)但質(zhì)量很差的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致下行通信質(zhì)量差掉話造成CTCS-3 無線連接超時(shí)甚至降級(jí)的情況發(fā)生。

針對(duì)多徑干擾的形成條件，常規(guī)的處理思路從時(shí)延差和載干比兩個(gè)層面進(jìn)行解決。

調(diào)整時(shí)延差往往需要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)從工程設(shè)計(jì)階段避免多徑干擾的產(chǎn)生，同時(shí)部分多徑干擾具有一定的偶然性，需要長時(shí)間積累樣本后才能發(fā)現(xiàn)問題，到鐵路運(yùn)營階段再提出改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的解決方案實(shí)施難度較大；載干比調(diào)整則是提升或降低其中一路信號(hào)的電平強(qiáng)度，拉大信號(hào)強(qiáng)度差值。

此外，通過多次問題處理，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分干擾源不明，或者定位困難的隧道群多直放站區(qū)段，還可以通過調(diào)整切換位置，避開多徑干擾區(qū)域。下面通過實(shí)例對(duì)此種解決辦法進(jìn)行介紹。

3.1 問題描述

列車在某高鐵線基站JZ1806 往基站JZ1900 運(yùn)行過程中，切換至JZ1900 基站后，出現(xiàn)無線下行通信質(zhì)量差，導(dǎo)致C3 連接超時(shí)而通信中斷的現(xiàn)象。

3.2 原因分析

提取Abis 口監(jiān)測進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對(duì)超時(shí)車次JZ1806 基站至JZ1900 基站切換觸發(fā)時(shí)的公里標(biāo)、切換前后TA，正常車次JZ1806 至JZ1900 切換觸發(fā)時(shí)的公里標(biāo)、切換前后TA 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及出現(xiàn)7 級(jí)質(zhì)差的公里標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。接口監(jiān)測數(shù)據(jù)截圖如圖3 所示。

圖3 JZ1806 至JZ1900 區(qū)段C3 監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線連接超時(shí)截圖

通過C3 接口監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)正常車次切換后的TA≤9，而語音質(zhì)量出現(xiàn)強(qiáng)質(zhì)差車次的切換后大部分是TA≥14。對(duì)比存在質(zhì)差的車次和正常車次切換的TA 差值大于等于4，初步判斷該區(qū)段存在多徑干擾。

3.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

優(yōu)化思路：由于多徑干擾是切換后產(chǎn)生高TA 造成的，發(fā)生多徑干擾的位置位于隧道內(nèi)多直放站區(qū)段，定位及處理困難，可以嘗試改變切換位置來避免產(chǎn)生高TA。如圖4 所示。

圖4 JZ1806、JZ1900 站點(diǎn)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖

優(yōu)化方案：通過翻轉(zhuǎn)JZ1900/R1、JZ1900/R2 的主從信號(hào)強(qiáng)度，將切換位置由JZ1806/R3 與JZ1900/R1 區(qū)間調(diào)整至JZ1900/R2 與JZ1900 宏基站區(qū)間，具體操作如下:

3.3.1 調(diào)整JZ1900/R1、JZ1900/R2 直放站從信號(hào)光模塊電衰耗值23 改成10，提高兩個(gè)直放站從信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度。

3.3.2 調(diào)整JZ1900/R2 直放站上行信號(hào)電衰減值由3調(diào)整至13，降低JZ1900/R2 直放站送往JZ1900 基站方向上行信號(hào)電平值。

3.4 處理結(jié)果成效

將切換位置由JZ1806/R3 與JZ1900/R1 區(qū)間調(diào)整至JZ1900/R2 與JZ1900 宏基站區(qū)間后, 該區(qū)段未再次出現(xiàn)C3 通信中斷問題，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果理想。

4 結(jié)論

目前，從對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的日常維護(hù)和優(yōu)化結(jié)果看，由于直放站主從信號(hào)設(shè)置不當(dāng)以及直放站覆蓋區(qū)域的多徑時(shí)延引起的網(wǎng)絡(luò)問題較多。在直放站覆蓋區(qū)域，需考慮主從信號(hào)合理設(shè)置衰減值，保證主從信號(hào)差值能滿足切換需求；針對(duì)多徑時(shí)延，通常通過調(diào)整天線、調(diào)整發(fā)射功率、調(diào)整切換位置等手段減小重疊覆蓋區(qū)域。只有通過深入分析，明確找出問題產(chǎn)生的原因，才能有效地進(jìn)行調(diào)整和解決。

GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個(gè)長期而反復(fù)的過程，因此需要認(rèn)真學(xué)習(xí)并貫徹強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效的思想精神，通過合理地調(diào)整工程參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等手段，不斷優(yōu)化GSM-R 網(wǎng)絡(luò)，確保GSM-R 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。