GSM—R無線通信網(wǎng)絡(luò)性能提升及優(yōu)化研究

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摘要：文章首先針對GSM-R系統(tǒng)自身特征展開了必要分析，而后進一步在此基礎(chǔ)上，針對該系統(tǒng)目前存在的主要性能瓶頸展開討論，提出了相應(yīng)的解決方案和實踐建議，對于整體通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化有著積極的意義。

關(guān)鍵詞：GSM-R無線通信；網(wǎng)絡(luò)性能提升；優(yōu)化研究

引言

鐵路專用數(shù)字移動通信系統(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。正因為這種特殊的應(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，而由于肩負著鐵路通信職責，其安全和穩(wěn)定性也隨之受到關(guān)注。

1.GSM-R系統(tǒng)組成

GSM-R系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)、運行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)和終端設(shè)備等四個部分。其中，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)、移動智能網(wǎng)子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。

1.1網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)。主要完成業(yè)務(wù)交換及用戶數(shù)據(jù)、移動性管理、安全性管理功能，由一系列功能實體構(gòu)成：移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AuC）、互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、短消息服務(wù)中心（SMSC）、確認中心（AC）、移動智能網(wǎng)（IN）。各功能實體之間通過No.7信令協(xié)議互相通信。

1.2通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。GPRS子系統(tǒng)負責為無線用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS子系統(tǒng)包括核心層和無線接入層。核心層由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能實體組成。無線接入層由PCU、基站、終端等組成。GPRS無線接入層組網(wǎng)應(yīng)充分利用GSM-R系統(tǒng)的設(shè)備資源，保護投資；與GSM-R系統(tǒng)共用頻率資源；利用GSM-R系統(tǒng)的基站實現(xiàn)無線覆蓋，不單獨增加GPRS系統(tǒng)基站。

1.3基站子系統(tǒng)。BSS通過無線接口直接與移動臺相接，負責無線信號發(fā)送接收和無線資源管理；與MSC相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。BSS由基站控制器（BSC）、編譯碼和速率適配單元（TRAU）、基站收發(fā)信機（BTS）、弱場設(shè)備等功能實體構(gòu)成。

1.4運行與支持子系統(tǒng)。OSS包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備維護管理系統(tǒng)和用戶管理系統(tǒng)。

1.5終端。終端是供GSM-R系統(tǒng)用戶直接操作、使用，用來接入GSM-R網(wǎng)的設(shè)備，包括移動臺和無線固定臺。

2.GSM-R網(wǎng)絡(luò)常見問題以及優(yōu)化

GSM-R網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個長期的過程，在實際工作過程中，主要需要優(yōu)化的包括如下幾類問題。

2.1跨區(qū)切換優(yōu)化

在列車行駛的過程中，將會穿過多個基站服務(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)的交接點進行切換。對于列車行駛過程而言，一路上會途經(jīng)為數(shù)眾多的基站服務(wù)區(qū)，因此跨區(qū)切換將會十分頻繁，與此同時，由于列車處于高速行駛狀態(tài)，因此在不同服務(wù)區(qū)的邊界處停留時間很短，對此，需要整個系統(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，在對這些問題進行排除和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面，可以從以下幾個方面著手，首先需要對GSM-R網(wǎng)絡(luò)的配置需要進行深入了解，對網(wǎng)絡(luò)中MSC、BSC軟件的版本特點予以掌握，并根據(jù)GSM-R系統(tǒng)設(shè)計文件，對無線側(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)的切換計算方法有所了解，同時對于網(wǎng)絡(luò)歷史運行信息，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)當重點查看這兩個小區(qū)的基站硬件；如果存在于同一BSC下所有小區(qū)，則應(yīng)當重點查看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)配置沒有問題，就需要通過網(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)軟件對話務(wù)狀態(tài)進行統(tǒng)計，查看切換性能測量、TCH性能測量狀態(tài)，重點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)，最終實現(xiàn)對切換失敗的原因定位。

在對切換性能進行提升的時候，除了必須要針對硬件做出的調(diào)整以外，重點還在于對于設(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)實際的狀況，針對切換優(yōu)先級以及切換門限做出必要的調(diào)整，并設(shè)定相關(guān)程序進行必要的模擬，力求達到最優(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)在實際運行過程中多少都會受到來自于GSM網(wǎng)絡(luò)以及CDMA網(wǎng)絡(luò)的干擾，而網(wǎng)內(nèi)干擾，則重點指GSM-R網(wǎng)絡(luò)自身形成的干擾。

首先對于網(wǎng)外干擾中來自于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，但是在實際的操作中卻難以得到完美實施，這就會產(chǎn)生干擾。而CDMA系統(tǒng)由于自身的擴頻過濾技術(shù)，也會對GSM-R系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。針對于此類情況，鐵路通信工作需要在鐵路沿線沿途定期對接收到的信號加以測定，并且根據(jù)測定的情況分析出干擾源，和當?shù)谿SM系統(tǒng)運營方協(xié)調(diào)雙方的基站參數(shù)和天線方向進行解決。

而網(wǎng)內(nèi)干擾則通常存在兩個方面的主要成因，即多徑干擾以及異區(qū)干擾。所以多徑干擾，即指同一信號源發(fā)出的信號，對于同一信號接收方而言，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為途徑反射等特殊情況，導(dǎo)致用時不同，進一步在信號接收端形成信號疊加現(xiàn)象，影響接收。針對這一狀況，有必要深入考察當?shù)氐男盘杺鬏敔顩r，尤其是存在有隧道的通信段中，應(yīng)當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)象之所以會出現(xiàn)，還要歸因于鐵路通信特殊的工作環(huán)境，因為通常鐵路通信環(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，并且在面對此類問題的時候，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€通信環(huán)境劃分成為若干小區(qū)實現(xiàn)通信，但是還是必須要注意到鐵路通信系統(tǒng)是一個整體，在進行布局的時候必須要考慮到不同小區(qū)之間的影響，以及GSM-R系統(tǒng)同其他社會化系統(tǒng)之間的影響。

類似于上文提到的網(wǎng)內(nèi)干擾問題中的兩個主要方面，在解決的時候就是需要對整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及基站的安置狀況，以及天線的設(shè)定進行深入詳實的考證，只有如此才能獲取較優(yōu)的信號傳輸質(zhì)量。與此同時，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，對于GSM-R系統(tǒng)給予外部環(huán)境的影響也應(yīng)當控制，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)。

結(jié)束語

對于GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)化工作，遠遠不僅如此。單從干擾方面看，民間非法電臺以及其他類似的信號干擾也是GSM-R系統(tǒng)性能提升的工作重點。此外，對于目前的GSM-R系統(tǒng)而言，通常為了保證未來一段時間的發(fā)展，預(yù)留出無線列控CTCS-3功能的客運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行鋪設(shè)，即當其中一個基站發(fā)生故障時，可以確保其兩側(cè)基站能夠完成數(shù)據(jù)傳輸請求。但是目前有些線路，通過測試表明，其無線覆蓋余量過大，以至于已經(jīng)成為了一個新的網(wǎng)內(nèi)干擾源。

參考文獻：

[1]華為技術(shù)有限公司.GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[2]李堅，劉志明，王仲貞等.GSM-R網(wǎng)絡(luò)切換掉話的分析與處理[J].北京交通大學(xué)學(xué)報（自然版），2011，5.