京滬高鐵并線區(qū)段無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化淺析

鄭和民 上海鐵路局上海通信段

1 引言

我國鐵路正在朝高速鐵路、客運專線方向發(fā)展。經(jīng)過近幾年的不斷提速，120~160 km/h的快速鐵路已達(dá)到20000余千米，特別是目前的京津成際、武廣客專、滬寧城際的速度已經(jīng)達(dá)到350 km/h。鐵路原有的無線通信模式已經(jīng)不能滿足高速鐵路運用的發(fā)展，鐵路提速和客運專線網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)需要高度可靠、高度安全、快速接入的鐵路綜合數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)，以及透明、雙向、大容量的車-地安全和調(diào)度指揮的信息傳輸平臺。

鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）是在GSM蜂窩系統(tǒng)上增加了調(diào)度通信功能和適合高速環(huán)境下使用要素的系統(tǒng)，能滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信的要求。目前我國高速鐵路及客運專線引入了鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）技術(shù)，從無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面應(yīng)用了單覆蓋單層網(wǎng)、交織覆蓋單層網(wǎng)及同站址雙網(wǎng)覆蓋等技術(shù)，并可根據(jù)鐵路運用的不同業(yè)務(wù)對應(yīng)不同的覆蓋方式，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的成本，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定。

2 鐵路無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式

鐵路線上無線覆蓋主要有單覆蓋單層網(wǎng)、交織覆蓋單層網(wǎng)（客專）、同站址雙網(wǎng)（青藏、大秦線）等。

2.1 單覆蓋單層網(wǎng)

單覆蓋單層網(wǎng)的優(yōu)點：低成本、無線參數(shù)易于設(shè)置、最有效的利用頻率、需要最少的站址。缺點：一旦某BTS故障，其服務(wù)區(qū)域?qū)⒉惶峁I(yè)務(wù)。主要運用于既有非高速鐵路。

2.2 交織覆蓋單層網(wǎng)

交織覆蓋單層網(wǎng)是完全重疊覆蓋方式：同一地點設(shè)置2套BTS（含天饋線），兩套BTS在同一機房內(nèi)，共享一套傳輸，電源等設(shè)備，共用一個鐵塔。兩副天線安裝在同一鐵塔上，需保證天線的隔離度。每層網(wǎng)各由一套BSC控制，形成雙層無線覆蓋。優(yōu)點：BTS冗余、中等成本。缺點：除了某一個BTS故障，其他基站子系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)故障時網(wǎng)絡(luò)不提供冗余；對服務(wù)質(zhì)量有一定影響（切換數(shù)量增加）；較低的頻率利用效率（高重疊區(qū)域）；需要較多的站址；中等的無線參數(shù)設(shè)置復(fù)雜度。主要運用于客運專線鐵路（京滬高鐵、滬寧城際、滬杭客專等）。

2.3 同站址雙網(wǎng)

同站址雙網(wǎng)是完全重疊覆蓋方式：同一地點設(shè)置2套BTS（含天饋線），兩套BTS在同一機房內(nèi)，共享一套傳輸，電源等設(shè)備，共用一個鐵塔。兩副天線安裝在同一鐵塔上，需保證天線的隔離度。每層網(wǎng)各由一套BSC控制，形成雙層無線覆蓋。優(yōu)點：全系統(tǒng)冗余、較低的站址需求（機房、鐵塔共享）。缺點：投資高；無線參數(shù)設(shè)置較為復(fù)雜；如果某一站址出現(xiàn)問題，同樣發(fā)生服務(wù)中斷。

3 京滬高鐵與滬寧并線區(qū)段無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化淺析

京滬高鐵上海局聯(lián)調(diào)聯(lián)試段（蚌埠南-虹橋）GSM-R網(wǎng)絡(luò)正線總里程約460 km，共設(shè)置基站158套，直放站近端機20套，直放站遠(yuǎn)端機29套，敷設(shè)漏纜約6.86 km。其中與滬寧城際并線運行區(qū)段有三處（鎮(zhèn)江-寶華山，丹徒-鎮(zhèn)江，陽澄湖-蘇州園區(qū)）約90 km，由于京滬高鐵與滬寧城際均為GSM-R系統(tǒng)，且都承載了C3列控業(yè)務(wù)，從無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)上都采用了交織覆蓋單層網(wǎng)技術(shù)。因此在京滬高鐵GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的過程中會對既有滬寧城際線帶來影響，這給我們做好網(wǎng)優(yōu)工作帶來了相當(dāng)大的難處，主要表現(xiàn)為：

①兩條線交叉區(qū)域的基站互有相鄰關(guān)系，且滬寧城際為既有運行線路，稍有不慎會造成基站相鄰小區(qū)切換錯誤，引起滬寧城際高鐵列車C3降級，影響運輸秩序。

②鐵路GSM-R系統(tǒng)上行采用885-889M頻段，下行采用930-930M頻段，僅有4M頻段的帶寬。GSM-R系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以200 K帶寬作為每個頻點的間隔，因此可用頻點只有19個。而在交叉區(qū)域、接近區(qū)域的基站頻點設(shè)置既要考慮單網(wǎng)交織，又要考慮同頻、鄰頻干擾的問題，頻率規(guī)劃十分困難。

③由于滬寧城際白天不能關(guān)基站，京滬高鐵又要利用夜間進(jìn)行線路、設(shè)備等的整治，所以京滬高鐵的GSM-R無線環(huán)境的清頻工作一直進(jìn)展緩慢。

④京滬高鐵基站在優(yōu)化調(diào)整的同時，也需要對交叉區(qū)域滬寧城際的部分基站做調(diào)整，測試、驗證的作工量也成倍增加。

交叉區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化作為重點攻關(guān)項目，交叉區(qū)域出入口處的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化直接關(guān)系到京滬高鐵與滬寧城際GSM-R系統(tǒng)CSD指標(biāo)。針對這些特殊地段，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化小組根據(jù)地形地貌、基站位置、場強覆蓋、鄰區(qū)關(guān)系等資料，制訂了各種假象情況下可能出現(xiàn)切換失敗、掉話、乒乓切換等的可能性，并在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段進(jìn)行了重點的測試、分析、調(diào)整和優(yōu)化，目前，京滬高鐵和滬寧城際GSM-R網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)?，F(xiàn)將我們針對特殊地段的優(yōu)化測試做一分析。

3.1 鎮(zhèn)江-寶華山區(qū)段無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

該區(qū)段滬寧城際鐵路和京滬高鐵線路基站GPS線路如圖1所示。

圖1 鎮(zhèn)江-寶華山區(qū)段無線基站分布圖

經(jīng)過多次測試驗證，在京滬高鐵基站NJN-ZJX14關(guān)閉的情況下，測試終端沿京滬高鐵下行方向運行時，在經(jīng)過滬寧城際雙基站ZJ-BHS03(A)(B)后，若誤切換至滬寧城際基站ZJ-BHS02后則無法切換回京滬高鐵基站NJN-ZJX14，最終引起掉話。當(dāng)NJN-ZJX14關(guān)閉時，在此處ZJ-BHS02場強電平略高于NJN-ZJX15，通過修改基站ZJ-BHS03(A)(B)->NJNZJX15 HOM參數(shù)值設(shè)為63，降低了切入NJN-ZJX15的門限值，滿足了NJN-ZJX14基站宕機情況下的切換指標(biāo)。

3.2 寶華山-南京區(qū)段無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

該區(qū)段滬寧城際鐵路和京滬高鐵線路基站GPS線路如圖2所示。在京滬高基站NJN_ZJX13和京滬高滬寧共基站ZJ_BHS07之間，由于滬寧基站ZJ_BHS08在兩站間信號較強，京滬高鐵上行方向運行時列車會切換到滬寧線基站ZJ_BHS08，而基站ZJ_BHS08與基站NJN-ZJX13之間無鄰區(qū)切換關(guān)系，則會出現(xiàn)掉話情況，詳情如下：

圖2 寶華山-南京區(qū)段無線基站分布圖

3月29日在京滬高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試動車組上對該區(qū)域的測試，基站ZJ_BHS08在京滬高基站NJN_ZJX13和京滬高滬寧共基站ZJ_BHS07區(qū)段之間信號較強，若動車組在京滬高鐵線路上運行時經(jīng)過該區(qū)域范圍內(nèi)可能會誤切至滬寧基站ZJ_BHS08，導(dǎo)致掉話及C3降級的發(fā)生。

通過實地勘察發(fā)現(xiàn)該處鐵路是凹塹地形，其中與鐵路垂直方向有馬路經(jīng)過，鐵路需要架橋。由于該處兩邊山坡阻擋，京滬高鐵鄰近基站信號衰減較大，而垂直的滬寧基站信號則衰減小。根據(jù)這一情況我們進(jìn)行了規(guī)劃仿真，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)ZJ-BHS08下行天線信號在京滬線NJN-ZJX13和ZJBHS07中間信號較強，跟實測基本一致。

對ZJ_BHS08 BCCH 1001進(jìn)行了現(xiàn)場定位，同時在鐵路邊步行測試基站ZJ-BHS08 BCCH1001頻點的場強分布，該處1001頻點作為主覆蓋信號的區(qū)域。

通過車載設(shè)備的測量報告、實地的考察驗證和步行測試的結(jié)果等一系列數(shù)據(jù)來調(diào)試基站ZJ_BHS08天線方位角，并抬高了基站ZJX_NJN13下行向天線傾角。

調(diào)整后通過在鐵路邊步行測試基站ZJ-BHS08 BCCH1001頻點的場強分布情況，除個別地方場強下降不多外，其余場強下降明顯，都達(dá)到預(yù)期效果。1001頻點在該區(qū)域基本不作為主覆蓋信號。

調(diào)整完成后在京滬高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試動車組上對該區(qū)域進(jìn)行了復(fù)測，各項指標(biāo)正常，動車組在京滬高鐵線路上運行時不再會誤切到滬寧線線路基站，此處問題點已經(jīng)徹底解決。

4 無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的建議

京滬高鐵GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作至4月12日基本告一段落，經(jīng)過大家的共同努力，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、指標(biāo)等均有了較大地改善，京滬高鐵與既有線有許多交叉、并線區(qū)段的復(fù)雜情況，我們在平時工作中也是第一次遇到。在工作過程中我們提高了工作經(jīng)驗，也遇到了不少問題，這些都是今后需要注意的，主要有以下幾點：

(1)切換順序要嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)劃的要求，對不滿足切換順序的基站可通過調(diào)整天線方位角、俯仰角，或者修改PBGT參數(shù)HOM值等方法來滿足切換要求。

(2)加強現(xiàn)場地形的調(diào)查，對于因城市建設(shè)等造成的地形變化要通過加強測試、日常巡檢等方式早期發(fā)現(xiàn)，及時地對相關(guān)部件、參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整。交叉區(qū)域或多條GSM-R線路交匯的樞紐地區(qū)應(yīng)該采用最新的分布式基站，以解決頻率規(guī)劃困難、切換關(guān)系復(fù)雜等難題。

(3)要保證干凈、良好的無線電磁環(huán)境。因為清頻工作是一項長期的、難度大的工作，尤其是接近既有線時，必須要利用天窗時段關(guān)閉既有基站進(jìn)行測試，增加了工作的難度，也影響清頻工作的質(zhì)量。

(4)加強網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析，尤其是并線區(qū)域多基站工作，且又要滿足切換順序時，則要測試多種條件和情況下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，認(rèn)真加以分析，合理制定網(wǎng)優(yōu)工單，最終形成測試-分析-調(diào)整-再測試-再分析-再調(diào)整的循環(huán)過程。

(5)利用接口監(jiān)測系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跟蹤測試，并結(jié)合車上測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析，有利于提高每天網(wǎng)優(yōu)數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量。