石太客運專線GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化案例分析

郭桂芳

郭桂芳:北京鐵路通信技術(shù)中心 高級工程師 100038 北京

石太客運專線是我國最早啟動建設(shè)的鐵路客運專線之一，采用了GSM-R通信系統(tǒng)，傳輸鐵路運輸中大量的車-地話音和數(shù)據(jù)信息，其網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量關(guān)乎系統(tǒng)的安全性和可靠性。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)性能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是衡量網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)性能的評判標(biāo)準(zhǔn)，一般以月為統(tǒng)計周期，從BSC網(wǎng)管的話務(wù)統(tǒng)計性能中獲得包括信令信道、業(yè)務(wù)信道的可用率、分配成功率、掉話率、擁塞率，以及越區(qū)切換成功率、壞小區(qū)比例和無線系統(tǒng)接通率等共11項指標(biāo)。

自2009年4月1日開通以來，石太客運專線GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)出現(xiàn)的不合格項，主要體現(xiàn)在信令信道擁塞、業(yè)務(wù)信道掉話，以及小區(qū)不正常切換等方面。為此，對無線接口信令進行分析，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查、呼叫測試確定了故障點，制定了可行的無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，調(diào)整了無線資源參數(shù)、小區(qū)天饋工程參數(shù)，整治了直放站設(shè)備等，逐步改善了無線網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，提高了無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

1 調(diào)整無線資源參數(shù)解決信令信道擁塞

信令信道 (SDCCH)擁塞率是GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)中一個很重要的指標(biāo)，直接影響話務(wù)的接入，鐵標(biāo)規(guī)定在非列控區(qū)段該指標(biāo)要小于等于1%。2011年10月，石太客專網(wǎng)管維護人員通過KPI指標(biāo)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)TOP小區(qū)XLS-JXB03的SDCCH擁塞率高達8.83%，月平均為3.34%，存在嚴重的SDCCH信道擁塞。

該小區(qū)為2載頻配置，信道類型配置為:1個BCCH信道、12個TCH信道、1個SDCCH信道、1個PDCH信道和1個動態(tài)PDCH信道。當(dāng)月小區(qū)XLS1-JXB03平均每天位置更新請求次數(shù)約900次，而鄰小區(qū)XLS1-JXB02、XLS1-JXB04平均每天位置更新請求次數(shù)僅為100次，頻繁的位置更新會造成SDCCH信道擁塞。為此，提取該小區(qū)11月20—22日A接口信令，統(tǒng)計該小區(qū)共發(fā)起位置更新1737次，位置更新原因主要為:IMSI附著 (IMSI attach)、周期位置更新 (Periodic updating)和普通位置更新 (Normal location updating)，其中普通位置更新為1672次，主要為非鐵路用戶。位置更新請求成功83次，位置更新拒絕1654次，位置更新拒絕的均為非鐵路用戶，即公網(wǎng)用戶。

當(dāng)公網(wǎng)用戶終端在公網(wǎng)盲區(qū)、弱場區(qū)檢測不到公網(wǎng)信號，只有GSM-R網(wǎng)絡(luò)信號，并且該用戶終端支持GSM-R頻段，移動臺的接入不被GSM-R網(wǎng)絡(luò)小區(qū)禁止時，將啟動位置更新過程，占用GSMR網(wǎng)絡(luò)隨機接入信道，并向GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信道請求消息，相應(yīng)小區(qū)基站設(shè)備將為此次信道請求分配一條空閑的SDCCH信道，從而占用GSM-R系統(tǒng)SDCCH信道資源，造成信令信道的擁塞。

目前，我國鐵路沒有大范圍屏蔽公網(wǎng)用戶，為解決小區(qū)SDCCH信令信道擁塞問題，避免對鐵路沿線機車通信造成安全隱患，針對石太客專線話務(wù)量不高的現(xiàn)狀，采取修改小區(qū)SDCCH信令信道參數(shù)的方案，在BSC無線網(wǎng)管上調(diào)整小區(qū)的空閑SDCCH信道門限N1，由2調(diào)整為8，也就是說當(dāng)小區(qū)內(nèi)的空閑SDCCH信道數(shù)小于等于本參數(shù)設(shè)定值時，則嘗試尋找可用TCH轉(zhuǎn)換成SDCCH信道，使該小區(qū)信令信道請求次數(shù)增多，從而有效解決信令信道擁塞問題。調(diào)整后該小區(qū)信令信道擁塞率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 調(diào)整天饋參數(shù)解決小區(qū)間乒乓切換

鐵道部動車檢測車檢測過程中，發(fā)現(xiàn)在小區(qū)22-JXB-YQB09與23-YQB間存在乒乓切換問題，且無線信號較差，信號強度約－85 dBm。乒乓切換是當(dāng)移動終端在當(dāng)前服務(wù)小區(qū)和相鄰小區(qū)之間，因信號強度相近并且劇烈變化，而造成的在2個小區(qū)間來回切換的問題。查看地圖，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域鐵路線路雖為直道，但存在四五處公跨鐵橋，對兩側(cè)基站信號有一定的阻擋衰耗，使服務(wù)小區(qū)的信號強度降低。為此，調(diào)整一側(cè)基站，即22-JXB-YQB09的天線下傾角參數(shù)，增加切換帶區(qū)域的電場強度，從而消除乒乓切換問題。

施工調(diào)整前，安排一名網(wǎng)優(yōu)人員在切換帶K107±50處使用測試手機測試22-JXB-YQB09與23-YQB接收電平，并測試22-JXB-YQB09基站下及東南西北各50 m范圍內(nèi)的信號場強，并安排塔工登塔采集22-JXB-YQB09基站天饋信息;另有網(wǎng)優(yōu)人員測試22-JXB-YQB09與23-YQB基站場強。

施工調(diào)整中，在切換帶區(qū)域電話聯(lián)系塔工對22-JXB-YQB09西側(cè)天線進行以1°為間隔的調(diào)整，使用測試手機及基站場強測試儀，監(jiān)控小區(qū)場強變化直至理想場強狀態(tài)，記錄調(diào)整后的天饋信息，確定22-JXB-YQB09基站西側(cè)天線機械下傾角由7°調(diào)整為3°后切換帶場強信號最佳。

施工調(diào)整完畢，再次利用測試手機對K107±50切換帶區(qū)域進行場強覆蓋測試，測試數(shù)據(jù)對比如表1所示。

調(diào)整后，22#基站與23#基站覆蓋路段，22#向23#基站切換時接收電平強度為－76 dBm左右，未出現(xiàn)頻繁切換或切換失敗。切換完成后，22#基站接收電平強度達到預(yù)想結(jié)果，并未出現(xiàn)22#越區(qū)覆蓋，解決了該處乒乓切換問題。

表1 調(diào)整前后切換帶區(qū)域場強覆蓋對比

3 直放站設(shè)備問題處理

石太客運專線地形多橋隧，采用了大量的光纖直放站加漏纜作為弱場補強措施。因此光纖直放站及漏纜的設(shè)備質(zhì)量及運行狀況直接影響GSM-R網(wǎng)絡(luò)運行，尤其是在長達27 km的太行山隧道內(nèi)更是如此。太行山隧道是石太客運專線的重點控制工程，是目前我國GSM-R網(wǎng)絡(luò)中最長的山嶺隧道，隧道最大埋深445 m，設(shè)計為雙洞單線隧道，二線線間距35 m。隧道左線全長27.839 km，右線全長27.848 km。為了提高石太客專通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，降低長大隧道通信設(shè)備維護工作量，GSM-R系統(tǒng)采用高冗余配置，在太行山隧道內(nèi)采用了4個基站，每個基站覆蓋2個小區(qū)，各小區(qū)均為O2型載頻配置，光纖直放站也有冗余配置，所有的光纖遠端站1+1備份，如圖1所示。

石太客專無線網(wǎng)管KPI指標(biāo)監(jiān)控顯示，太行山隧道內(nèi)小區(qū)切換成功率太低，隧道內(nèi)多有掉話。為此挑選長大隧道內(nèi)切換成功率持續(xù)較低的JXBYQB05基站作為網(wǎng)優(yōu)的重點。該基站有JXBYQB05-1與JXB-YQB05-2小區(qū)。石太客專下行網(wǎng)絡(luò)檢測結(jié)果表明，MS占用JXB-YQB05-2基站信號后，向鄰區(qū)JXB-YQB05-1發(fā)起切換請求，請求失敗后，再次發(fā)起切換仍然失敗，最終掉話。第1次切換時，服務(wù)小區(qū)及鄰區(qū)電平均為－65 dBm;第2次切換時，為－70 dBm，無質(zhì)量差別。為此，首先查看現(xiàn)網(wǎng)鄰區(qū)配置，確定小區(qū)JXB-YQB05-2與JXB-YQB05-1添加了相鄰小區(qū)關(guān)系;其次，分析信令跟蹤數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)切換前測量報告中雖然上行信號強度遠遠低于下行信號，但仍在可接受范圍，且無質(zhì)量差別問題;最后，查看層3信令，發(fā)現(xiàn)切換失敗原因為Protocol error，unpecified(協(xié)議錯)。

圖1 特長隧道覆蓋解決方案示意圖

為了找到小區(qū)切換失敗的根源，首先查看網(wǎng)管監(jiān)控中心信息，網(wǎng)管指示該小區(qū)基站設(shè)備無告警，下掛直放站設(shè)備、漏纜監(jiān)控?zé)o告警，設(shè)備運行狀態(tài)正常。在現(xiàn)場進行撥打測試，在該基站處利用測試手機分別在2個小區(qū)起呼、占用并通話，呼叫撥打測試結(jié)果表明:2個小區(qū)的場強信號分別為－49 dBm，－60 dBm，語音清晰，無雜音。使用手機進行強制切換，能夠切換成功，可排除基站小區(qū)數(shù)據(jù)配置問題導(dǎo)致切換失敗。協(xié)同直放站廠家檢查該基站下掛直放站設(shè)備。該基站的2個小區(qū)JXBYQB05-1與JXB-YQB05-2各帶一個直放站的近端機，2個近端機分別下掛4個和8個遠端機，同一處的遠端機互為備份，分別用一根尾纖同近端機內(nèi)的光模塊相連，在光模塊內(nèi)部匯成一路光信號進行處理。將小區(qū)JXB-YQB05-1所帶的遠端機R1所屬光模塊主、備光纖進行接頭互換后，再次進行撥打測試，發(fā)現(xiàn)JXB-YQB05-2向JXB-YQB05-1切換正常。會同直放站廠家分析研究后，認為該處遠端機為1+1備用，主、備用不能自動倒換。為此對該處近端機光單元組件進行更換升級，將近端機內(nèi)的光模塊更換升級為2路光信號輸出模式，解決主、備用光信號倒換問題，經(jīng)后期網(wǎng)管KPI指標(biāo)顯示及添乘測試結(jié)果表明:JXB-YQB05-2向JXB-YQB05-1切換正常，再未出現(xiàn)掉話;將小區(qū)JXB-YQB05-2所帶的遠端機R1更換升級后，上行線路小區(qū)JXBYQB05-1向JXB-YQB05-2切換問題解決。

為此，將所有大長隧道內(nèi)的近端機全部更換升級，也避免了以后所有帶主、備用遠端機小區(qū)間的切換問題，調(diào)整后大長隧道內(nèi)的切換成功率上升為100%，掉話率也大幅降低。

4 小結(jié)

以上只是針對石太客運專線無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的一些經(jīng)驗和體會，隨著GSM-R在鐵路專用通信網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提升需要由原來的設(shè)備日常維護及故障處理工作，逐步升級到長期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的層面上來，網(wǎng)絡(luò)維護人員要在掌握扎實的GSM-R理論知識基礎(chǔ)上，通過大量的現(xiàn)場實踐、網(wǎng)優(yōu)經(jīng)驗的積累及典型案例的分析，逐步提升GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化水平，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源配置，改善網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，提高網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，為鐵路專用通信業(yè)務(wù)傳輸提供有力保證。

［1］ 韓斌杰．GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2007．

［2］ 鐘章隊，李旭．鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)［M］．北京:中國鐵道出版社，2007．

［3］ 中華人民共和國鐵道部．鐵運(2011)121號鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)(GSM-R)維護暫行規(guī)則［S］．2011．

［4］ 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司．石太客專四電集成初步設(shè)計文件［R］．2008．