GSM—R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在武九電氣化鐵路無線通信中的應(yīng)用

何召舜

【摘要】 GSM-R是鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。針對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，在空中接口中引入了語音廣播呼叫、話音通話組呼叫和用戶優(yōu)先級(jí)等功能，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度員與司機(jī)間通信、調(diào)車作業(yè)通信、遠(yuǎn)程遙控傳輸，車站和維修段的地區(qū)通信、旅客服務(wù)通信，也可實(shí)現(xiàn)與公網(wǎng)的互聯(lián)互通。

【關(guān)鍵詞】 GSM-R 應(yīng)用

武九鐵路（武漢局管段）線路相對(duì)較長(zhǎng)，西起武昌火車站、東至武漢局與南昌局交界口。正線長(zhǎng)183公里，還有30多公里的繞行段（鄂州段繞行線、大冶段繞行線）。正線沿線16個(gè)小站，其中有隧道7座，總長(zhǎng)8.5公里。

武九鐵路電氣化工程雖然為普通既有線改造，但GSM-R系統(tǒng)是按客專的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的?？拷纸缍沃苓叾酁樯絽^(qū)，彎道較多，橋隧相連，沿線無線干擾源多，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)比較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化難度較大。

一、GSM-R的特點(diǎn)

GSM-R沿軌道方向設(shè)定天線，形成橢圓狀的小蜂區(qū)，覆蓋軌道兩側(cè)100-200m的范圍。在車站地區(qū)，通信量大，但速度要求低，多采用扇形覆蓋方式。這種鐵路專用通信網(wǎng)具有數(shù)字移動(dòng)通信和與位置無關(guān)的接續(xù)功能。它采用了較高的冗余技術(shù)和可靠性技術(shù)，移動(dòng)話務(wù)呼叫的時(shí)間不超過2s，是普通移動(dòng)電話的一半。通信蜂區(qū)覆蓋鐵路沿線和車站，每個(gè)蜂區(qū)有一個(gè)或多個(gè)用于傳輸和接受數(shù)據(jù)的基站，一個(gè)基站響應(yīng)幾個(gè)蜂區(qū)的訪問。

二、GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

GSM-R是一個(gè)比較完善的、綜合業(yè)務(wù)的鐵路數(shù)字移動(dòng)通信平臺(tái)。它可以囊括目前各種無線通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)，包括無線列調(diào)、平面調(diào)車以及各部門各工種的對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)，提供列車調(diào)度、編組場(chǎng)調(diào)車、區(qū)間維修、工程施工、應(yīng)急搶險(xiǎn)以及普通話音（即公務(wù)通信）等需要的移動(dòng)通信功能；可以取代傳統(tǒng)的電纜加通話柱的區(qū)間通信方式，能夠給鐵路運(yùn)輸指揮帶來更多的好處、提供更多的先進(jìn)功能，滿足鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)各種基本要求；另外由于其組網(wǎng)方式和系統(tǒng)功能，完全具備了目前的有線調(diào)度通信系統(tǒng)功能；特別是GSM-R還滿足了列車高速運(yùn)行時(shí)的傳輸列控信息的任務(wù)。

列車無線調(diào)度電話是為列車調(diào)度員、車站值班員指揮列車運(yùn)行而設(shè)置的專用電話。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，系統(tǒng)用戶包括列車調(diào)度員、機(jī)車調(diào)度員、車站值班員、助理值班員、機(jī)車司機(jī)等。傳統(tǒng)的無線列調(diào)由于技術(shù)限制已經(jīng)越來越不能滿足運(yùn)輸需要了。GSM-R以其豐富的功能，不但完全具有傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)和功能，還在功能和性能各方面比原有基礎(chǔ)上又有了大大的提升。GSM-R能夠在一個(gè)綜合平臺(tái)上提供豐富的綜合調(diào)度通信業(yè)務(wù)，尤其能夠?yàn)榱熊嚳刂铺峁o線數(shù)據(jù)傳輸。GSM-R不是無線列調(diào)的簡(jiǎn)單升級(jí)，而是具有強(qiáng)大調(diào)度功能的、綜合業(yè)務(wù)的鐵路數(shù)字移動(dòng)通信平臺(tái)，是鐵路現(xiàn)代化和信息化必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。

三、GSM-R結(jié)構(gòu)組成

GSM-R系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、運(yùn)行與管理子系統(tǒng)（OSS）和移動(dòng)終端設(shè)備等4部分。其中網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SSS）、移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）和通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS），是GSM-R系統(tǒng)的核心組成部分。

四、基站覆蓋規(guī)劃

良好的信號(hào)覆蓋有利于提高網(wǎng)絡(luò)性能和抵御網(wǎng)外干擾。在一定的網(wǎng)絡(luò)投資、一定數(shù)量的基站設(shè)備的條件下，合理的布置基站站址，可以更好的提高基站信號(hào)的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)，從而提升網(wǎng)絡(luò)性能。

依據(jù)設(shè)計(jì)方案，綜合諾西基站設(shè)備參數(shù)確認(rèn)方案的合理性和安全性，需要進(jìn)行基站的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)工作，基站勘測(cè)從無線的角度出發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和評(píng)估站址的合理性，確認(rèn)基站的塔高、天線的俯仰角和方位角，評(píng)估無線信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)設(shè)計(jì)方案等等，如果發(fā)現(xiàn)問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況修改方案，解決問題，提升網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，降低風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在基站勘測(cè)是也會(huì)對(duì)工程安裝方面的條件進(jìn)行確認(rèn)，提出合理方案，這樣以便于在后期的安裝、調(diào)試過程中避免出現(xiàn)問題，加快通信工程建設(shè)。

現(xiàn)場(chǎng)勘查工作結(jié)束后，再次對(duì)基站的站址、站高、天線方向、天線俯仰角等信息進(jìn)行比對(duì)，使用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃攻擊導(dǎo)入數(shù)據(jù)，進(jìn)行工具的參數(shù)設(shè)置并覆蓋仿真，覆蓋仿真后對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行頻率分配、相鄰關(guān)系分配并分配BCC等參數(shù)。并對(duì)全網(wǎng)頻率作網(wǎng)內(nèi)頻率干擾仿真，對(duì)于存在干擾的地方，或者C/I不達(dá)標(biāo)的地方，進(jìn)行頻率修改或天線調(diào)整。仿真頻率干擾，提前解決網(wǎng)內(nèi)頻率干擾問題，最終提交網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃報(bào)告。發(fā)現(xiàn)覆蓋問題提出解決方案。

五、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

GSM-R網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）測(cè)試和性能保證服務(wù)是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化服務(wù)的一種，它是針對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程后，對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋改進(jìn)、業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試和性能保障為目的的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化活動(dòng)，保障GSM-R網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量運(yùn)行和正常使用。通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化使得達(dá)到鐵道部所要求的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5.1 GSM-R無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋調(diào)整

（1）電磁環(huán)境測(cè)試。通過場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試對(duì)鐵路沿線電磁環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)外部運(yùn)營(yíng)商電磁干擾，協(xié)調(diào)無線電管理委員會(huì)清除外來干擾，保障鐵路專網(wǎng)電磁環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

（2）無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試。通過對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，收集GSM-R鐵路沿線無線信號(hào)電平和無線場(chǎng)強(qiáng)質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)覆蓋數(shù)據(jù)。

（3）無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋分析及調(diào)整。分析無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋質(zhì)量對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的無線覆蓋進(jìn)行硬件（天饋系統(tǒng)）調(diào)整或者參數(shù)的調(diào)整。在測(cè)試前期主要是天饋系統(tǒng)的調(diào)整，中后期主要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋調(diào)整的驗(yàn)證。通過以上調(diào)整等情況，再次對(duì)覆蓋質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

5.2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試和優(yōu)化

（1）語音業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)語音業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的測(cè)試和數(shù)據(jù)收集。

（2）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)檢查和調(diào)整。對(duì)BSS無線控制參數(shù)的分析和調(diào)整。

（3）語音業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量分析和改進(jìn)。語音業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的綜合分析和優(yōu)化建議。

六、GPRS業(yè)務(wù)性能服務(wù)質(zhì)量測(cè)試和優(yōu)化

6.1 GPRS業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)通過大量GPRS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的測(cè)試和數(shù)據(jù)收集。

6.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)并大量采集數(shù)據(jù)，對(duì)GPRS控制參數(shù)進(jìn)行分析和調(diào)整。

6.3 GPRS業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量性能分析

GPRS業(yè)務(wù)性能服務(wù)質(zhì)量的綜合分析和性能優(yōu)化。

七、測(cè)試儀表

網(wǎng)優(yōu)測(cè)試期間結(jié)合廠家及鐵科研、第三方測(cè)試單位利用多套專業(yè)測(cè)試儀表進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)所采集的數(shù)據(jù)當(dāng)天進(jìn)行分析，在第二天開始測(cè)試前施工單位完成天饋系統(tǒng)的調(diào)整，廠家完成數(shù)據(jù)參數(shù)的調(diào)整。保障第二天的測(cè)試，同時(shí)可以驗(yàn)證調(diào)整完成后的效果。

采用一體化測(cè)試儀表，可支持所有的GSM-R/GPRS/GMS功能測(cè)試。采用高速以太網(wǎng)接口GSM-R掃頻，每秒可測(cè)試多達(dá)1000個(gè)信道以及每秒采集10萬個(gè)樣本讀數(shù)。

八、順利地實(shí)施優(yōu)化確保了武九線GSM-R的開通運(yùn)行

經(jīng)過幾個(gè)月的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)試，進(jìn)行了大量數(shù)據(jù)分析，并利試驗(yàn)車全程進(jìn)行多次往返測(cè)試，測(cè)試結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)的要求，從而確保武九線GSM-R系統(tǒng)順利開通運(yùn)行。