GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)性能提升及優(yōu)化研究

摘要：文章首先針對(duì)GSM-R系統(tǒng)自身特征展開了必要分析，而后進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上，針對(duì)該系統(tǒng)目前存在的主要性能瓶頸展開討論，提出了相應(yīng)的解決方案和實(shí)踐建議，對(duì)于整體通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化有著積極的意義。

關(guān)鍵詞：GSM-R；性能；提升；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-9671-(2012)042-0114-02

鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System of Mobile Communication for Railways，GSM-R），同GSM系統(tǒng)在工作原理方面相同，但是專門用于鐵路通信環(huán)境。正因?yàn)檫@種特殊的應(yīng)用環(huán)境，才導(dǎo)致了GSM-R網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)諸多與GSM不同的網(wǎng)絡(luò)工作特性，而由于肩負(fù)著鐵路通信職責(zé)，其安全和穩(wěn)定性也隨之受到關(guān)注。

1GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)特征

想要有效提升GSM-R網(wǎng)絡(luò)的性能，首先需要對(duì)其內(nèi)在特征有深入的了解。

GSM-R無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)從技術(shù)層面上并無(wú)過(guò)多特殊之處，直接采用了GSM等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行工作，其主要的特征源于其應(yīng)用環(huán)境。同GSM網(wǎng)絡(luò)所面對(duì)的服務(wù)區(qū)域不同，GSM-R網(wǎng)絡(luò)所面對(duì)的鐵路服務(wù)區(qū)，從覆蓋特征上呈現(xiàn)出鏈狀，即其只覆蓋鐵路沿線相對(duì)較窄的地域。其次，GSM-R系統(tǒng)覆蓋地理跨度大，是其又一個(gè)地理性特征，然而這一特征直接帶來(lái)了區(qū)域流量方面的特質(zhì)。雖然GSM系統(tǒng)也存在較大地理跨度上數(shù)據(jù)的傳輸，但是GSM的數(shù)據(jù)傳輸通常是由很大比重的當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)，和一定的話務(wù)潮汐共同構(gòu)成；而GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，基本全部是非當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)。雖然鐵路通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求在很多時(shí)候也需要列車同當(dāng)?shù)氐目刂婆_(tái)聯(lián)系，但是鑒于列車行駛的速度以及GSM-R系統(tǒng)本身在區(qū)域劃分方面的特征，這種傳輸請(qǐng)求在地理跨度上還是要大于GSM系統(tǒng)中的本地?cái)?shù)據(jù)請(qǐng)求。以北京鐵路局專用數(shù)據(jù)網(wǎng)為例，其在河北范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)子網(wǎng)劃分為三個(gè)，即北京數(shù)據(jù)網(wǎng)、天津數(shù)據(jù)網(wǎng)以及河北數(shù)據(jù)網(wǎng)，并且在各列車站點(diǎn)設(shè)定匯聚層節(jié)點(diǎn)，這從一個(gè)層面反映出GSM-R系統(tǒng)的區(qū)域跨度。

從技術(shù)層面上，GSM-R系統(tǒng)使用的頻帶與CDMA頻帶以及GSM頻帶緊鄰，這種對(duì)頻帶的占用狀況，使得GSM-R網(wǎng)絡(luò)很容易受到其他網(wǎng)絡(luò)的干擾。具體而言，GSM-R系統(tǒng)采取了上行885 MHz~889 MHz，下行930 MHz~934 MHz的傳輸頻段占用，而CDMA系統(tǒng)的下行工作范圍為870 MHz～880 MHz，同GSM-R網(wǎng)絡(luò)的使用頻率范圍之間只有5 MHz的頻率距離，同時(shí)GSM900系統(tǒng)占用的頻段為上行890 MHz~915 MHz，下行935 MHz~960 MHz，與GSM-R系統(tǒng)占用頻段緊鄰。這種頻率占用方式，加大了外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的干擾可能。

此外，鐵路通信系統(tǒng)肩負(fù)著鐵路安全運(yùn)行的重要使命，因此在網(wǎng)絡(luò)可靠性方面需要有所保障。針對(duì)這種需求，GSM-R采用了雙網(wǎng)覆蓋，即處于覆蓋區(qū)域中的任何一個(gè)點(diǎn)，都能夠接收到兩個(gè)基站的服務(wù)信號(hào)，確保了網(wǎng)絡(luò)的通暢和可靠。

2GSM-R網(wǎng)絡(luò)常見問(wèn)題以及優(yōu)化

GSM-R網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，在實(shí)際工作過(guò)程中，主要需要優(yōu)化的包括如下幾類問(wèn)題。

2.1跨區(qū)切換優(yōu)化

在列車行駛的過(guò)程中，將會(huì)穿過(guò)多個(gè)基站服務(wù)區(qū)，為了能夠得到連貫的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，就需要在不同服務(wù)區(qū)的交接點(diǎn)進(jìn)行切換。對(duì)于列車行駛過(guò)程而言，一路上會(huì)途經(jīng)為數(shù)眾多的基站服務(wù)區(qū)，因此跨區(qū)切換將會(huì)十分頻繁，與此同時(shí)，由于列車處于高速行駛狀態(tài)，因此在不同服務(wù)區(qū)的邊界處停留時(shí)間很短，對(duì)此，需要整個(gè)系統(tǒng)提供更為迅速的跨區(qū)切換優(yōu)化。

跨區(qū)切換常見的問(wèn)題包括不切換、頻繁切換、切換失敗以及切換延遲等，通常源于硬件故障或者是參數(shù)配置的不合理，在對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行排除和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面，可以從以下幾個(gè)方面著手。

首先需要對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的配置需要進(jìn)行深入了解，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中MSC、BSC軟件的版本特點(diǎn)予以掌握，并根據(jù)GSM-R系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件，對(duì)無(wú)線側(cè)硬件參數(shù)、基站環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、BSS版本特征以及GSM-R網(wǎng)絡(luò)的切換計(jì)算方法有所了解，同時(shí)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)歷史運(yùn)行信息，參數(shù)變更資料等有所掌握。在此基礎(chǔ)之上，第一步是需要檢查異常切換狀況存在范圍，如果僅存在于某相鄰小區(qū)，則應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)查看這兩個(gè)小區(qū)的基站硬件；如果存在于同一BSC下所有小區(qū)，則應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)查看BSC以及MSC之間的數(shù)據(jù)兼容配置狀況。如果相應(yīng)的參數(shù)配置沒有問(wèn)題，就需要通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)查看BSS系統(tǒng)告警信息，包括載頻告警以及直放站或天饋系統(tǒng)駐波比告警等，以及基站環(huán)鏈路光傳輸系統(tǒng)告警。同時(shí)在結(jié)合故障所在服務(wù)區(qū)的告警記錄，利用相關(guān)軟件對(duì)話務(wù)狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，查看切換性能測(cè)量、TCH性能測(cè)量狀態(tài)，重點(diǎn)查看掉話率是否平穩(wěn)、出入切換成功率以及失敗原因等相關(guān)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)切換失敗的原因定位。

在對(duì)切換性能進(jìn)行提升的時(shí)候，除了必須要針對(duì)硬件做出的調(diào)整以外，重點(diǎn)還在于對(duì)于設(shè)備參數(shù)的調(diào)整。在深入了解系統(tǒng)切換算法的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際的狀況，針對(duì)切換優(yōu)先級(jí)以及切換門限做出必要的調(diào)整，并設(shè)定相關(guān)程序進(jìn)行必要的模擬，力求達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

2.2干擾優(yōu)化

GSM-R網(wǎng)絡(luò)目前面臨的干擾主要可以分為網(wǎng)外干擾和網(wǎng)內(nèi)干擾兩類。鑒于目前GSM-R網(wǎng)絡(luò)占用頻段的狀況，不難理解該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中多少都會(huì)受到來(lái)自于GSM網(wǎng)絡(luò)以及CDMA網(wǎng)絡(luò)的干擾，而網(wǎng)內(nèi)干擾，則重點(diǎn)指GSM-R網(wǎng)絡(luò)自身形成的干擾。

首先對(duì)于網(wǎng)外干擾中來(lái)自于GSM系統(tǒng)的干擾而言，由于GSM系統(tǒng)和GSM-R系統(tǒng)的頻帶緊鄰，雖然有相關(guān)規(guī)定要求在鐵路兩側(cè)各2 km處作為鐵路通信服務(wù)區(qū)的分水嶺，但是在實(shí)際的操作中卻難以得到完美實(shí)施，這就會(huì)產(chǎn)生干擾。而CDMA系統(tǒng)由于自身的擴(kuò)頻過(guò)濾技術(shù)，也會(huì)對(duì)GSM-R系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。針對(duì)于此類情況，鐵路通信工作需要在鐵路沿線沿途定期對(duì)接收到的信號(hào)加以測(cè)定，并且根據(jù)測(cè)定的情況分析出干擾源，和當(dāng)?shù)谿SM系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方協(xié)調(diào)雙方的基站參數(shù)和天線方向進(jìn)行解決。

而網(wǎng)內(nèi)干擾則通常存在兩個(gè)方面的主要成因，即多徑干擾以及異區(qū)干擾。所以多徑干擾，即指同一信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)，對(duì)于同一信號(hào)接收方而言，采用了多種不同的傳輸途徑，而導(dǎo)致采用每種傳輸途徑因?yàn)橥緩椒瓷涞忍厥馇闆r，導(dǎo)致用時(shí)不同，進(jìn)一步在信號(hào)接收端形成信號(hào)疊加現(xiàn)象，影響接收。針對(duì)這一狀況，有必要深入考察當(dāng)?shù)氐男盘?hào)傳輸狀況，尤其是存在有隧道的通信段中，應(yīng)當(dāng)妥善放置基站的位置和天線的角度。另一種網(wǎng)內(nèi)干擾即異區(qū)干擾，主要存在于地理上相鄰，并且使用同樣頻段的小區(qū)之間的形成的干擾。這種現(xiàn)象之所以會(huì)出現(xiàn)，還要?dú)w因于鐵路通信特殊的工作環(huán)境，因?yàn)橥ǔｈF路通信環(huán)境中依據(jù)鐵路線路的延伸劃定基站通信范圍，這種劃定方法將鐵軌視為直線延伸，但是由于地理差異，沿鐵軌延伸并不相鄰的基站服務(wù)區(qū)，卻有可能在地理位置上相鄰，如果這樣的小區(qū)采用有重合的頻段，就很容易造成干擾。對(duì)此應(yīng)該深入考察地理特征，劃定合理小區(qū)范圍，并且在面對(duì)此類問(wèn)題的時(shí)候，妥善分配頻段確保通信暢通。

2.3網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化

雖然鐵路通信系統(tǒng)是沿鐵軌的延展方向?qū)⒄麄€(gè)通信環(huán)境劃分成為若干小區(qū)實(shí)現(xiàn)通信，但是還是必須要注意到鐵路通信系統(tǒng)是一個(gè)整體，在進(jìn)行布局的時(shí)候必須要考慮到不同小區(qū)之間的影響，以及GSM-R系統(tǒng)同其他社會(huì)化系統(tǒng)之間的影響。

類似于上文提到的網(wǎng)內(nèi)干擾問(wèn)題中的兩個(gè)主要方面，在解決的時(shí)候就是需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及基站的安置狀況，以及天線的設(shè)定進(jìn)行深入詳實(shí)的考證，只有如此才能獲取較優(yōu)的信號(hào)傳輸質(zhì)量。與此同時(shí)，除了注意到預(yù)防其他外部環(huán)境帶給GSM-R系統(tǒng)的干擾以外，對(duì)于GSM-R系統(tǒng)給予外部環(huán)境的影響也應(yīng)當(dāng)控制，畢竟目前的狀況是多通信系統(tǒng)共存的大環(huán)境，只有相互之間的和諧才能獲得良好和有效的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

3結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)化工作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅如此。單從干擾方面看，民間非法電臺(tái)以及其他類似的信號(hào)干擾也是GSM-R系統(tǒng)性能提升的工作重點(diǎn)。此外，對(duì)于目前的GSM-R系統(tǒng)而言，通常為了保證未來(lái)一段時(shí)間的發(fā)展，預(yù)留出無(wú)線列控CTCS-3功能的客運(yùn)專線和高速鐵路線路GSM-R基站系統(tǒng)，都采用了交叉冗余覆蓋方式進(jìn)行鋪設(shè)，即當(dāng)其中一個(gè)基站發(fā)生故障時(shí)，可以確保其兩側(cè)基站能夠完成數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求。但是目前有些線路，通過(guò)測(cè)試表明，其無(wú)線覆蓋余量過(guò)大，以至于已經(jīng)成為了一個(gè)新的網(wǎng)內(nèi)干擾源。

因此，對(duì)于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，只有堅(jiān)持不懈的深入研究和試驗(yàn)，才能取得良好效果。

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