趙寅龍

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海通信段，上海 200080）

合福高鐵是一條連接安徽省合肥市與福建省福州市的高速鐵路。作為連通安徽到福建沿海地區(qū)的一條大能力客運(yùn)通道，合福高鐵有“最美高鐵”美譽(yù)，是國(guó)內(nèi)路網(wǎng)八縱八橫規(guī)劃中京港臺(tái)通道的重要組成部分，線(xiàn)路全長(zhǎng)850 km，設(shè)24 個(gè)車(chē)站，其中上海鐵路局管內(nèi)安徽段里程約340 km。

合福高鐵全線(xiàn)采用GSM-R 系統(tǒng)，為CTCS-3（C3 級(jí)）列車(chē)控制信息傳輸?shù)裙δ艿膶?shí)現(xiàn)提供通信支持。GSM-R 系統(tǒng)總體穩(wěn)定可靠，但受限于鐵路沿線(xiàn)環(huán)境日趨復(fù)雜，部分線(xiàn)路交叉、并線(xiàn)和交匯等特殊區(qū)域容易網(wǎng)絡(luò)工作異常，導(dǎo)致C3 通信超時(shí)、降級(jí)等情況發(fā)生，從而影響高鐵列車(chē)的正常運(yùn)行。因此，解決線(xiàn)路交叉特殊區(qū)域網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題是GSM-R 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重點(diǎn)工作，為行車(chē)安全控制提供有力保障具有重要意義。

1 合福高鐵降級(jí)故障案例

1.1 問(wèn)題描述

合福高鐵下行方向多次出現(xiàn)C3 通信超時(shí)情況，通信超時(shí)嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起C3 降級(jí)發(fā)生，從而影響高鐵列車(chē)行車(chē)安全和效率。調(diào)取故障階段的C3 接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超時(shí)情況發(fā)生時(shí)存在Abis 口、A 口數(shù)據(jù)缺失，僅有PRI 口數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。經(jīng)與C3接口監(jiān)測(cè)廠(chǎng)家確認(rèn)，此現(xiàn)象證明數(shù)據(jù)缺失期間有通信，因此初步判斷為終端占用非合福高鐵基站，之后無(wú)法切換回本線(xiàn)導(dǎo)致掉話(huà)，進(jìn)而發(fā)生降級(jí)。

1.2 問(wèn)題排查

分析話(huà)統(tǒng)數(shù)據(jù)：合蕪線(xiàn)ZhongHan 基站存在掉話(huà)情況，且掉話(huà)時(shí)間與超時(shí)時(shí)間相符。

查看線(xiàn)路地圖：合福高鐵線(xiàn)與合蕪線(xiàn)存在交叉區(qū)域，此范圍內(nèi)兩線(xiàn)路均有多個(gè)基站部署，合蕪線(xiàn)ZhongHan 基站位于此交叉區(qū)域，如圖1 所示。

圖1 合福線(xiàn)與合蕪線(xiàn)存在交叉區(qū)域Fig.1 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway and Hefei-Wuhu Railway

分析C3 接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：降級(jí)情況發(fā)生于RBC 交權(quán)區(qū)。正常車(chē)次MT1 在合福高鐵線(xiàn)CLHCHD10 基站通信結(jié)束，MT2 在CLH-CHD08 基站起呼；降級(jí)車(chē)次MT1 在CLH-CHD10 基站通信結(jié)束，且MT2 起呼的Abis 口、A 口數(shù)據(jù)缺失。根據(jù)Abis 口、A 口無(wú)數(shù)據(jù)而PRI 口有數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，表示數(shù)據(jù)缺失期間有通信，結(jié)合線(xiàn)路地圖分析，考慮通話(huà)可能與異常占用合蕪線(xiàn)基站有關(guān)。

2 故障原因分析

2.1 分析異常占用鄰線(xiàn)基站可能性

在交叉區(qū)域，合福高鐵基站與合蕪線(xiàn)基站無(wú)鄰區(qū)關(guān)系，正常情況下在此區(qū)域MT2 不會(huì)切換或重選至合蕪線(xiàn)基站。

合?；?、合福BSC 均無(wú)異常告警，且MT1在該區(qū)段正常通信，排除合福基站硬件故障導(dǎo)致MT2 異常占用合蕪線(xiàn)基站。

核 查HeFeiNan 至CLH-CHD10 基 站，未 發(fā)現(xiàn)合蕪線(xiàn)與合福高鐵存在基站的BCCH 相同的情況，排除從合福高鐵基站重選至合蕪線(xiàn)基站。

查看線(xiàn)路地圖：合福高鐵線(xiàn)在合肥南附近存在交叉區(qū)域，如圖2 所示。合福高鐵由HeFeiNan 基站出站下行方向在HFN-CLH01A/B 基站附近存在分叉，其中合福高鐵由HFN-CLH01A/B 基站切換至HFN-CLH02 基站，而合肥南環(huán)線(xiàn)由HFNCLH01A/B 基站切換至FD-HFN02 基站，隨后由南環(huán)線(xiàn)轉(zhuǎn)合蕪線(xiàn)。

圖2 合福線(xiàn)與南環(huán)線(xiàn)、合蕪線(xiàn)存在交叉區(qū)域Fig.2 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway, the south loop and Hefei-Wuhu Railway

考慮合福高鐵線(xiàn)與合肥南環(huán)線(xiàn)、合蕪線(xiàn)存在交叉區(qū)域情況，初步懷疑降級(jí)車(chē)次MT2（空閑態(tài)）由HFN-CLH01A 基站重選至FD-HFN02 基站，隨后占用合蕪線(xiàn)基站，當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)CLH-CHD08 附近的地面應(yīng)答器時(shí)，觸發(fā)MT2 在合蕪線(xiàn)基站起呼。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

分析Abis 口數(shù)據(jù)：查看降級(jí)車(chē)次C3 接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)HFN-CLH01A 基站切換至HFNCLH02 基站前，合福高鐵線(xiàn)HFN-CLH02 基站的電平值較合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站強(qiáng)10 dBm左右，如圖3 所示。

圖3 降級(jí)車(chē)次C3接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.3 Monitoring data of C3 interface of a degraded train

分析合福高鐵中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)鐵集團(tuán)）動(dòng)檢車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)：降級(jí)車(chē)次占用HFN-CLH01A 基站時(shí)，HFN-CLH02 基站的電平值較FD-HFN02 基站強(qiáng)5 dBm 左右，如圖4 所示。

圖4 降級(jí)車(chē)次動(dòng)檢車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)Fig.4 Test data from a high-speed comprehensive inspection train regarding the degraded train

2.3 原理分析

GSM-R 即鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，其建設(shè)初期規(guī)劃對(duì)象一般是單獨(dú)線(xiàn)路，規(guī)劃環(huán)境比較簡(jiǎn)單且無(wú)線(xiàn)干擾較少。隨著國(guó)內(nèi)鐵路八縱八橫規(guī)劃的建設(shè)以及既有線(xiàn)改造的快速進(jìn)行，鐵路無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)面對(duì)的環(huán)境日趨復(fù)雜，特別是在鐵路線(xiàn)路交叉、并線(xiàn)和交匯等特殊區(qū)域，當(dāng)路線(xiàn)完全并行或相互跨越時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃面臨嚴(yán)重的無(wú)線(xiàn)覆蓋、頻率規(guī)劃和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)等難題。

為了保障移動(dòng)狀態(tài)下列車(chē)通信服務(wù)的穩(wěn)定性、連續(xù)性，GSM-R 基站在鐵路沿線(xiàn)按接續(xù)覆蓋線(xiàn)路規(guī)劃建設(shè)，服務(wù)小區(qū)間采用切換的方式來(lái)滿(mǎn)足車(chē)地間信息傳送需求。當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)小區(qū)邊緣區(qū)域，移動(dòng)臺(tái)測(cè)量當(dāng)前無(wú)線(xiàn)子系統(tǒng)的下行鏈路質(zhì)量以及從鄰近小區(qū)接收電平的信號(hào)強(qiáng)度，基站監(jiān)測(cè)每個(gè)被服務(wù)移動(dòng)臺(tái)的上行接收電平和質(zhì)量，并將測(cè)量報(bào)告上報(bào)基站控制器。基站控制器根據(jù)基站傳來(lái)的測(cè)量報(bào)告進(jìn)行切換判決，對(duì)目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行篩選后確定切換小區(qū)。小區(qū)切換時(shí)，移動(dòng)臺(tái)與目標(biāo)小區(qū)之間建立新鏈路，目標(biāo)小區(qū)分配一個(gè)新的信道，并命令移動(dòng)臺(tái)切換到新信道上繼續(xù)提供服務(wù)，而用戶(hù)和舊小區(qū)之間的鏈路連接會(huì)被刪除和釋放，以保證用戶(hù)通話(huà)的連續(xù)性。在線(xiàn)路交叉區(qū)域，不同線(xiàn)路的基站覆蓋范圍可能相互重疊，當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)小區(qū)重疊區(qū)域且小區(qū)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)相近時(shí)，移動(dòng)終端不能明顯分辨出本線(xiàn)路和相鄰線(xiàn)路覆蓋小區(qū)，因此容易造成錯(cuò)切情況，使系統(tǒng)掉話(huà)率增高，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致通信超時(shí)乃至降級(jí)故障發(fā)生，影響列車(chē)正常運(yùn)行秩序。

對(duì)于高速運(yùn)行的列車(chē)而言，通話(huà)情況下的小區(qū)切換由切換參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制，經(jīng)查詢(xún)相關(guān)線(xiàn)路設(shè)置，確認(rèn)HFN-CLH01A/B 基站至合福高鐵HFN-CLH02 基站的切換門(mén)限為4 dBm，HFNCLH01A/B 基站至南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站的切換門(mén)限為7 dBm，即通話(huà)情況下合福高鐵下行列車(chē)較難切換至南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站。

空閑模式下小區(qū)重選的定義為：C2 ＝C1 ＋CRO，其中C1 ＝接收電平－最小接入電平。經(jīng)核查，合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環(huán)線(xiàn)FDHFN02 基站的最小接入電平與CRO 參數(shù)設(shè)置一致，即在空閑模式下，僅比較電平值，MT2 會(huì)重選至合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環(huán)線(xiàn)FDHFN02 基站中信號(hào)較強(qiáng)的小區(qū)；若南環(huán)線(xiàn)基站信號(hào)較強(qiáng)，則合福高鐵下行列車(chē)會(huì)產(chǎn)生異常占用非合福高鐵基站的情況，從而造成異常重選故障發(fā)生。

綜上所述，該C3 降級(jí)問(wèn)題是由于空閑模式下異常占用合肥南環(huán)-合蕪線(xiàn)基站導(dǎo)致。從Abis 口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（通話(huà)態(tài)MT1 的數(shù)據(jù)）和國(guó)鐵集團(tuán)動(dòng)檢車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，不滿(mǎn)足合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站重選的條件，但由于存在快衰落或終端接收性能差異，因此可能是在某個(gè)地點(diǎn)降級(jí)的模塊接收電平較強(qiáng)導(dǎo)致異常重選。

3 優(yōu)化調(diào)整方案

3.1 故障應(yīng)急處置

為驗(yàn)證列車(chē)終端從合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站重選導(dǎo)致降級(jí)，并避免再次出現(xiàn)連續(xù)降級(jí)情況，臨時(shí)調(diào)整了合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站的功率等級(jí)，由等級(jí)3 降至等級(jí)10（功率等級(jí)每降低1，功率下降2 dB）。

下調(diào)合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站的功率等級(jí)后，問(wèn)題區(qū)域未再次出現(xiàn)降級(jí)情況。至此，可判斷故障發(fā)生時(shí)合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站在合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區(qū) 段 覆 蓋 過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致列車(chē)空閑態(tài)MT 重選至合肥南環(huán)線(xiàn)HFNCLH02 基站而造成降級(jí)發(fā)生。

3.2 優(yōu)化調(diào)整方案

GSM-R 網(wǎng)絡(luò)中，基站異常占用主要是由于區(qū)域內(nèi)基站天線(xiàn)角度不當(dāng)、發(fā)射功率設(shè)置不當(dāng)、切換參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻?。為避免后續(xù)該區(qū)段再次出現(xiàn)此問(wèn)題，同時(shí)為恢復(fù)臨時(shí)處置時(shí)調(diào)整的南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站功率，制定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案如下：

1）調(diào)整南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站天線(xiàn)：方位角225°→235°，俯仰角6°→8°；

2）調(diào)整合福高鐵HFN-CLH01A/B 基站天線(xiàn)：方位角140°→130°，待第一步實(shí)施后看情況決定是否實(shí)施；

3）調(diào)整合福高鐵HFN-CLH02 基站天線(xiàn)：方位角330°→325°，待后續(xù)國(guó)鐵集團(tuán)測(cè)試結(jié)束后再?zèng)Q定是否實(shí)施。

4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果

按照上述方案，調(diào)整南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站天線(xiàn)方位角225°→235°、俯仰角6°→10°，同時(shí)，恢復(fù)南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站功率等級(jí)10 →3，并將合福高鐵HFN-CLH01A 基站功率由40 W 提升至60 W。

對(duì)比實(shí)施前后合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區(qū)段Abis 口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如圖5、6 所示），優(yōu)化調(diào)整后，合肥南環(huán)線(xiàn)FD-HFN02 基站的電平值明顯低于合福高鐵HFN-CLH02 基站的電平值，不會(huì)再次因重選問(wèn)題導(dǎo)致降級(jí)。

圖5 優(yōu)化調(diào)整前合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區(qū)段Abis口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.5 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway before optimization and adjustment

圖6 優(yōu)化調(diào)整后合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區(qū)段Abis口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.6 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway after optimization and adjustment

5 結(jié)語(yǔ)

隨著鐵路GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)推進(jìn)，鐵路交叉、并線(xiàn)和交匯的情況越來(lái)越多，無(wú)線(xiàn)覆蓋環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，這些特殊區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化屬于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在線(xiàn)路交叉區(qū)域，要對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，做好不同線(xiàn)路基站的覆蓋及切換參數(shù)優(yōu)化，具體可以通過(guò)合理設(shè)置天饋方位角、調(diào)整基站發(fā)射功率等方式控制覆蓋區(qū)域，避免在線(xiàn)路交叉區(qū)段發(fā)生小區(qū)錯(cuò)切故障。同時(shí)，不僅要優(yōu)化通話(huà)模式下的小區(qū)切換情況，對(duì)空閑模式下的小區(qū)重選情況也要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。