鄭西客運專線低速網(wǎng)絡優(yōu)化的經(jīng)驗

闞紹忠

（北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司，北京 100043）

1 概述

鄭西客運專線是我國中長期鐵路規(guī)劃客運專線中徐蘭客運專線（徐州—鄭州—西安—寶雞—蘭州）最先開工的一段。鄭西客運專線設計速度350 km/h，無線通信平臺采用GSM-R數(shù)字移動通信系統(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)將實現(xiàn)350 km/h、3 min追蹤間隔的高速運行。GSM-R網(wǎng)絡是CTCS-3系統(tǒng)車-地通信的基礎平臺，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)絡服務，在這些區(qū)域的任意2點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)絡進行雙向命令與狀態(tài)信息交互，完成列車位置跟蹤、移動授權、緊急停車、臨時限速等關鍵信息的傳送。CTCS-3系統(tǒng)對GSM-R網(wǎng)絡的可靠性和可用性提出非?？量痰囊?。

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

公眾網(wǎng)絡的GSM無線網(wǎng)絡優(yōu)化是通過對現(xiàn)已運行的網(wǎng)絡進行話務數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)采集、參數(shù)分析和硬件檢查等手段，找出影響網(wǎng)絡質(zhì)量的原因，并通過參數(shù)修改、網(wǎng)絡結構調(diào)整和設備配置調(diào)整，確保系統(tǒng)高質(zhì)量的運行，使現(xiàn)有網(wǎng)絡資源獲得最佳效益。公眾GSM網(wǎng)絡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)絡僅對話音業(yè)務進行優(yōu)化，對高速運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)業(yè)務目前還沒有成熟的優(yōu)化方法；公眾網(wǎng)絡不關心用戶通話時切換的時間間隔，而越區(qū)切換的時間間隔和中斷時間在GSM-R網(wǎng)絡顯得尤為重要，直接關系到CTCS-3安全數(shù)據(jù)的傳輸。

對于列車控制數(shù)據(jù)傳輸而言，良好的通信服務質(zhì)量直接關系到鐵路運輸安全和效率，本文主要結合鄭西客運專線先行段GSM-R無線網(wǎng)絡優(yōu)化過程，以及和CTCS-3聯(lián)調(diào)測試，進行經(jīng)驗總結，以便為后期的高速網(wǎng)絡優(yōu)化提供借鑒。

2 優(yōu)化目標

低速網(wǎng)絡下的優(yōu)化包括電磁環(huán)境測試、場強覆蓋優(yōu)化、越區(qū)切換優(yōu)化和網(wǎng)絡服務質(zhì)量測試優(yōu)化。

GSM-R電磁環(huán)境測試目標是在GSM-R基站開始發(fā)射無線信號以前，對鐵路沿線GSM-R上下行頻段內(nèi)的電磁信號進行測試，掌握沿線電磁環(huán)境，查找GSM-R所用頻點是否受到外部干擾，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)沒有干擾信號存在。

場強覆蓋測試優(yōu)化目標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，至少應符合95%時間地點概率條件下，接收機天線輸入端最小接收電平高于-92 dBm，-92 dBm是驗收指標。從網(wǎng)絡優(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，切換位置相對均勻，無緊急切換和乒乓切換發(fā)生。

網(wǎng)絡服務質(zhì)量測試優(yōu)化目標是所有指標均滿足subset 093-V2.3.0的要求，具體如表1所示。

表1 GSM-R網(wǎng)絡服務質(zhì)量指標

3 網(wǎng)絡優(yōu)化測試系統(tǒng)結構

網(wǎng)絡優(yōu)化測試系統(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場強測試、GSM-R QoS測試和GSM-R無線網(wǎng)絡評估，地面系統(tǒng)包括GSM-R接口監(jiān)測系統(tǒng)、QoS地面服務器和ISDN交換機，如圖1所示。

其中，GSM-R場強測試系統(tǒng)用于測試GSM-R頻段的電磁環(huán)境和GSM-R網(wǎng)絡的無線覆蓋情況。GSM-R QoS測試系統(tǒng)用于測試GSM-R網(wǎng)絡電路數(shù)據(jù)、話音和GPRS業(yè)務的服務質(zhì)量，從而評估網(wǎng)絡是否能滿足列控業(yè)務要求。無線網(wǎng)絡評估系統(tǒng)通過測試手機獲取無線網(wǎng)絡參數(shù)、信令等信息，達到深入分析網(wǎng)絡故障，同時在地面接口實時跟蹤CTCS-3級列控車載臺的呼叫流程、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)絡優(yōu)化提供支撐。

4 電磁環(huán)境測試

電磁環(huán)境測試是在測試前關閉先行段所有基站和直放站，軌道車按照平均時速60 km在線路上運行，采用場強接收機掃頻、測試手機掃頻和測試手機撥打電話3種方式結合來進行測試。場強接收機掃頻采用距離觸發(fā)采樣，每次掃頻距離為2.6 cm×21（頻點個數(shù)）。掃描所有的GSM-R頻點和上下保護頻點（ 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)絡評估系統(tǒng)接測試手機掃頻，并記錄每個頻點的BSIC碼，遇到電平較強的頻點，采用另一部測試手機進行強制附著并撥打電話，記錄干擾小區(qū)的LAC、CI、TCH頻點和調(diào)頻序列以及TA值，進而可以準確定位干擾源。

圖2給出了線路上測試到的干擾電平分布。從圖2看出，干擾最嚴重的是1012頻點，已達到-60 dBm。之后，用測試手機強制鎖定該BCCH并進行附著，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)絡覆蓋優(yōu)化

網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化主要根據(jù)隨車場強接收機測試的場強數(shù)據(jù)，基站及直放站分布進行分析優(yōu)化，優(yōu)化主要分為5個方面。

（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故障的情況下仍然能夠滿足通信要求，當某一個基站出現(xiàn)故障時，相鄰2個小區(qū)的覆蓋電平仍然能夠達到系統(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個基站的覆蓋情況，可以看出，這2個基站的交叉電平在-70 dBm左右。

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

另外，在覆蓋優(yōu)化測試中，基站與直放站的協(xié)同工作至關重要。剛開通時直放站按照初始工程設置，TP-DL測試點未能達到0 dBm，從而造成遠端機電平值低于正常值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)生切換的時間、地點和原因，從而調(diào)整切換參數(shù)。

目前主要優(yōu)化的參數(shù)有以下幾個方面。

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

（2）PBGT切換余量：在保證切換性能穩(wěn)定性的前提下，將切換余量設置得較小；同時，因為直放站主備信號間的設計電平差是6 dB，而由于空間傳播的不確定性，不能確保任何時間、地點都可以維持這個差距，所以PBGT的切換余量暫定為4 dB。在測試的過程中，根據(jù)實際情況，將部分小區(qū)的切換門限調(diào)整到7 dB。

（3）乒乓切換的保護時間：設定為22 s，在滿足Trec指標的同時，不致影響到基站間的正常PBGT切換。

（4）緊急切換的參數(shù)設置：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級調(diào)整為5級。

7 網(wǎng)絡服務質(zhì)量測試優(yōu)化

網(wǎng)絡服務質(zhì)量測試優(yōu)化主要針對上行傳輸干擾時間、上行傳輸無差錯時間、下行傳輸干擾時間及下行傳輸無差錯時間進行。將發(fā)生干擾的時間和Abis接口監(jiān)測的切換和上下行質(zhì)量進行對比，找出干擾原因，進行相應調(diào)整。低速傳輸干擾測試時，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打而距離又較遠時的下行干擾。

8 結束語

本文基于鄭西客運專線先行段低速網(wǎng)絡優(yōu)化測試情況，給出滿足CTCS-3列控數(shù)據(jù)傳輸要求的GSM-R網(wǎng)絡優(yōu)化測試系統(tǒng)的結構，同時總結在電磁環(huán)境測試、網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化、越區(qū)切換優(yōu)化和網(wǎng)絡服務質(zhì)量測試優(yōu)化中遇到的問題和解決辦法，為后續(xù)高速網(wǎng)絡優(yōu)化和其他客運專線網(wǎng)絡優(yōu)化提供借鑒。

[1]鐘章隊，李旭，蔣文怡，等．鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(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.