朔黃鐵路專用LTE系統(tǒng)升級實施及問題探索

岳彩青

（朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北滄州 062350）

朔黃鐵路公司（簡稱公司）寬帶移動通信LTE系統(tǒng)于2014年上線，由于鐵路用戶分布、業(yè)務對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求等多方面因素制約，現(xiàn)網(wǎng)基站設備版本是針對公司實際情況定制開發(fā)的專用版本，與運營商的公共版本存在較大差異，不利于版本的向后演進?？紤]到今后系統(tǒng)維護的方便，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)版本運行中存在的問題，公司嘗試對全網(wǎng)基站進行版本升級。

1 公司LTE系統(tǒng)概況

公司LTE系統(tǒng)采用TD-LTE制式，由無線承載網(wǎng)絡、業(yè)務應用系統(tǒng)、運行與支持系統(tǒng)和終端設備等4部分組成。

1.1 無線承載網(wǎng)

無線承載網(wǎng)采用雙網(wǎng)負荷分擔組網(wǎng)方式，分為無線核心網(wǎng)絡和無線接入網(wǎng)絡部分。其中無線核心網(wǎng)絡是由部署在中心機房的兩套核心網(wǎng)EPC設備組成，它們相互獨立，分別負責處理A、B兩張網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

無線接入網(wǎng)絡由沿鐵路線按鏈狀結(jié)構(gòu)敷設的eNodeB基站組成，eNodeB采用分布式基帶處理單元（BBU）+射頻拉遠單元(RRU）組網(wǎng)方式，考慮到安全性能，A網(wǎng)和B網(wǎng)BBU基站采用位置交錯部署，每個基站都設置A網(wǎng)的RRU和B網(wǎng)RRU各一套，分別接入不同核心網(wǎng)EPC，實現(xiàn)共站址雙網(wǎng)覆蓋。BBU設備至RRU設備采用雙光纖鏈路連接，每臺RRU利用敷設在鐵路上下行兩側(cè)光纜中的2對光纖與所歸屬的BBU連接，如圖1所示。

圖1 LTE系統(tǒng)無線接入部分組網(wǎng)Fig.1 Wireless access networking of LTE system

1.2 業(yè)務應用系統(tǒng)

朔黃鐵路LTE系統(tǒng)目前承載的業(yè)務主要有機車同步操控無線重聯(lián)業(yè)務、列車調(diào)度語音通信業(yè)務、列車調(diào)度命令和無線車次號校核業(yè)務。這些業(yè)務在應用層面主要由無線重聯(lián)應用服務器、列車調(diào)度集群語音服務器、車地通用數(shù)據(jù)通信接口服務器來提供。其中無線重聯(lián)應用服務器負責提供列車同步操控和可控列尾等數(shù)據(jù)業(yè)務[1]；集群語音服務器負責提供列車行車調(diào)度指揮語音業(yè)務；車地通用數(shù)據(jù)通信接口服務器主要實現(xiàn)調(diào)度命令下發(fā)到機車、無線車次號校核等業(yè)務。

1.3 運行與支撐子系統(tǒng)

運行與支撐子系統(tǒng)在中心機房設置網(wǎng)管系統(tǒng)及用戶管理系統(tǒng)，用于網(wǎng)絡運營的維護及管理。

1.4 設備終端

設備終端主要包括重載無線重聯(lián)車載通信設備、列尾車載通信設備、列車調(diào)度通信機車臺，移動人員配置手持終端。

2 升級的背景

2.1 公司LTE系統(tǒng)版本與公共版本的區(qū)別

1）硬件方面

公司LTE系統(tǒng)BBU基站設備主控板型號為UMPTa6和UMPTb2兩種，上聯(lián)核心網(wǎng)的接口只有一個電口和一個光口。為提高可靠性，利用一光一電兩個口配置Trunk功能，對端傳輸設備采用FE電口，速率為100 M，因此需在主控板上的光口插接光轉(zhuǎn)電模塊，與傳輸側(cè)速率和接口類型匹配。為減少轉(zhuǎn)換模塊帶來的故障風險，主控板需要更換為帶有兩個電口(實現(xiàn)Trunk功能)的UMPTe型。

2）軟件方面

公司LTE系統(tǒng)BBU基站使用的主控板版本是廠家根據(jù)公司LTE系統(tǒng)組網(wǎng)實際情況定制開發(fā)，與運營商在用的公共版本不同，不利于版本的向后演進。

2.2 目前版本運行中存在問題

公司LTE系統(tǒng)運行3年以來，無線子系統(tǒng)多次上報不同基站基帶板“單板硬件故障告警”和“基站同步幀號異常告警” 兩類，通過現(xiàn)場掉電復位此基帶板后，告警恢復。通過對站點的故障日志分析來看，是由于FPGA內(nèi)存芯片軟失效導致單板硬件故障，進而導致基帶的BFN功能模塊異常引起基站同步幀號異常告警。如圖2所示。

圖2 故障基站日志Fig.2 Log of failure base station

目前業(yè)界公認芯片軟失效的發(fā)生存在一定概率，是集成電路由于外部粒子輻射等原因?qū)е滦酒腷it反轉(zhuǎn)，從而觸發(fā)軟失效[2]。一般來說，F(xiàn)PGA的重要功能模塊影響FPGA局部功能運行，如果該模塊發(fā)生功能錯誤，將對FPGA某區(qū)域的功能模塊造成長時間的故障[3]。根據(jù)FPGA供應商給出的數(shù)據(jù)，1萬塊單板每年會出現(xiàn)80次軟失效（SEU）問題。目前發(fā)生該問題時，系統(tǒng)默認自動進行設備自愈重啟，網(wǎng)管上不提示重啟原因，只上報重啟時引起的“單板硬件故障告警”和“基站同步幀號異常告警”。只有調(diào)用基站日志做進一步分析，才能判定故障原因，不利于維護人員對問題的快速定位。

鑒于以上情況，與廠家溝通在新版本中增加軟失效自愈開關(guān)、可調(diào)節(jié)的自愈延時設置、軟失效自愈告警提示功能。一旦設備發(fā)生軟失效，網(wǎng)管上報告警提示，技術(shù)人員根據(jù)提示決定是否重啟并且可手動調(diào)整自愈重啟的延時。

3 升級方案

3.1 系統(tǒng)升級基本步驟

本次升級在更換基站主控板的同時,對新更換單板做先進性版本升級,然后加載轉(zhuǎn)換后的現(xiàn)網(wǎng)LICENSE文件和配置數(shù)據(jù)。

由于此次升級是在線對既有網(wǎng)絡進行操作，涉及到行車業(yè)務，本著盡量減少對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務影響的原則，經(jīng)過反復討論，確定以下實施步驟。

1）在模擬實驗室備用設備上對所有待換的新主控板進行軟件版本、License文件和配置數(shù)據(jù)加載，加載后確認單板狀態(tài)正常，并初步驗證業(yè)務正常。

2）為驗證此次升級的版本在現(xiàn)網(wǎng)中的運行狀態(tài)，在沿線192個BBU基站中選定兩個具有代表意義的基站進行天窗點模擬升級試驗。

3）對試驗中存在的問題進行整改，整改后再次利用天窗點進行模擬升級試驗，直至試驗結(jié)果正常，符合現(xiàn)網(wǎng)指標要求。

4）利用天窗點分段錯開A/B網(wǎng)對全網(wǎng)進行批量升級，并安排專門的測試小組進行同步測試。

3.2 變更版本描述

現(xiàn)網(wǎng)基站主控板軟件由BTS3900 V100R008 C10SPC350升級到BTS3900 V100R012C10SPC120版本；

現(xiàn)網(wǎng)基站主控板硬件由UMPTa6和UMPTb2更換成UMPTe單板。

3.3 升級前重點區(qū)域測試

由于LTE系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接關(guān)系到行車安全，所以升級前的測試工作要做到位、試驗要徹底。

3.3.1 測試區(qū)域選取

此次試驗選取兩個具有代表意義的基站，分別是4006-BUA（A網(wǎng)基站）與SNB-BUB（B網(wǎng)基站），原因為:

1）兩個基站下小區(qū)配置情況復雜，有3種情況:均為合并小區(qū)、分裂小區(qū)、合并小區(qū)和分裂小區(qū)同時存在；

2）由于是在天窗點進行升級試驗，在時間緊、測試項目多的情況下，選取便道寬闊，便于測試車輛通行的基站更合適；

3）測試基站離中心機房近，升級測試出現(xiàn)問題，便于技術(shù)支持人員迅速到場處理。

3.3.2 測試方案

測試階段需詳細對升級后小區(qū)的接入性能、端到端傳輸性能、移動性能、吞吐率及用戶感知等內(nèi)容進行全面驗證測試[4]。

此次升級重點區(qū)域測試以驗證升級后小區(qū)性能為目的，主要包括定點測試部分（接入測試、PING測試、吞吐率測試、通話感知測試）和路測部分（切換測試）。其中定點測試在升級后小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)進行；路測在升級單個基站覆蓋范圍內(nèi)、升級基站間（同網(wǎng)、異網(wǎng)）、升級站點與未升級站點間（同網(wǎng)、異網(wǎng)）的切換帶區(qū)域進行[5]，具體測試方法如表1所示。

4 升級測試發(fā)現(xiàn)問題

經(jīng)過周密安排，升級測試采用四個天窗點時間段，分別對選定的4006-BUA（A網(wǎng)基站）與SNBBUB（B網(wǎng)基站）兩個基站的業(yè)務性能，按計劃內(nèi)容進行試驗。試驗中發(fā)現(xiàn)兩類主要問題:第一類為基站主控板升級后，設備運行正常，但個別小區(qū)無法正常建立；第二類為基站升級后，設備狀態(tài)、小區(qū)狀態(tài)均正常，但個別小區(qū)終端用戶無法正常接入。結(jié)合現(xiàn)場試驗結(jié)果，采集相應的系統(tǒng)日志對問題進行詳細分析。

表1 升級測試方法Tab.1 Update testing methods

4.1 問題一:升級后部分小區(qū)無法正常建立

4.1.1 問題描述

對兩個測試站點進行基站主控板更換升級操作，網(wǎng)管查看升級后的基站單板運行狀態(tài)、版本狀態(tài)均為正常，查看小區(qū)狀態(tài)發(fā)現(xiàn)4006-BUA（A網(wǎng)基站）基站下標識為2號的小區(qū)狀態(tài)為“未建立”，提示原因為“基帶資源分配失效，建議核查小區(qū)規(guī)格和基帶板規(guī)格是否匹配”，如圖3所示。

圖3 基帶資源不足導致個別小區(qū)未建立Fig.3 Fail to establish a cell due to deficient baseband recourses

4.1.2 問題詳細分析

針對4006-BUA基站2號小區(qū)無法激活問題進行如下分析。

1）基站配置排查

4006-BUA基站的小區(qū)資源配置情況為:基帶板LBBPd4兩塊，下掛3個RRU拉遠單元，每個RRU配置兩個定向天線，分別覆蓋鐵路線上下行方向區(qū)域。該基站總共配置6扇區(qū)、3小區(qū)，其中0#和1#、2#和3#、4#和5#扇區(qū)兩兩進行了小區(qū)合并，以上配置符合現(xiàn)網(wǎng)需求，如圖4所示。

圖4 基站配置情況Fig.4 Base station configuration

2）基帶板日志分析

分析基帶板日志發(fā)現(xiàn)，小區(qū)未激活就是由于基帶資源不足導致，對基帶板進行多次復位，發(fā)現(xiàn)每次都有一個小區(qū)不能正常建立，原因均為基帶資源不足。

3）問題原因分析

結(jié)合日志分析，與廠家研發(fā)人員進行詳細溝通，了解到新版本的基帶板LBBPd4具有以下特點:在扇區(qū)與基帶資源不綁定的情況下，每板只支持3個基帶資源，一個基帶資源支持一個扇區(qū)；且同一個小區(qū)的基帶資源不能跨單板重建。

問題基站下3個小區(qū)均為合并小區(qū)，每小區(qū)對應兩個扇區(qū)會占用1塊基帶板的兩個基帶資源，當前兩個小區(qū)建立后，兩塊基帶板每塊只剩一個基帶資源，而同一個小區(qū)的基帶資源不能跨板重建，導致基帶資源不足，最后一個小區(qū)無法激活[6]。

4.1.3 解決辦法

如果對扇區(qū)與基帶資源進行綁定，可以使基帶資源翻倍，即每基帶板的基帶資源由3個變?yōu)?個，具體操作命令如下。

1）激活所有小區(qū)

DEA CELL: LocalCellId=0(1、2);

2）增加基帶設備

ADD BASEBANDEQM: BASEBANDEQMID=0,BASEBANDEQMTYPE=ULDL, UMTSDEMMODE=NULL, SN1=3, SN2=2;

3）修改小區(qū)扇區(qū)設備

MOD EUCELLSECTOREQM: LocalCellId=0,SectorEqmId=0（1-5）, BaseBandEqmId=0;

4）激活小區(qū)

ACT CELL: LocalCellId=0（1、2）。

4.1.4 實驗室驗證

實驗室按照現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)配置進行鏡像驗證，未進行扇區(qū)和基帶資源綁定前現(xiàn)象和現(xiàn)網(wǎng)問題一致，存在小區(qū)激活失敗問題，原因為基帶資源不足。使用解決方案進行配置之后，小區(qū)激活成功，基帶資源占用正常。

4.2 問題二:基站版本升級后終端業(yè)務異常

4.2.1 問題描述

進行基站主控板更換升級操作后，SNB-BUB基站下263、264小區(qū)出現(xiàn)接入失敗問題，分別進行上下電復位RRU、BBU機框后，問題未解決；依次MML命令復位UMPT主控板、LBBP基帶板和RRU后問題解決。

4.2.2 問題分析

1）從現(xiàn)象方面分析

問題與上下電復位BBU框和MML命令依次掉電復位UMPT主控板、LBBP基帶板兩個復位方式的差異點相關(guān)。

2）從組網(wǎng)方面分析

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公司LTE系統(tǒng)基站BBU與RRU連接采用的是熱環(huán)配置，即雙CPRI光鏈路連接，兩條鏈路為熱備工作模式，且普遍存在光口0和光口1 CPRI光纖長度相差較大場景，本次問題場景兩條光鏈路長度相差900 m左右。

3）從熱環(huán)原理分析

現(xiàn)網(wǎng)版本機制為:當業(yè)務在光口0上運行時取光口0的時延TN值，業(yè)務在光口1上時會取光口1的TN值，以便實現(xiàn)BBU和RRU的數(shù)據(jù)同步。

4）日志分析

在升級后的問題小區(qū)進行測試發(fā)現(xiàn)，UE總是發(fā)生重建立，重建立的原因是上行消息達到最大重傳。查看對應的基站側(cè)日志，發(fā)現(xiàn)在問題時段，基站側(cè)檢測到終端上行的RSRP陡降。

5）問題原因分析

由于公網(wǎng)LTE系統(tǒng)組網(wǎng)基本為單鏈型組網(wǎng)，每個RRU只接一個光口，所以新版本設計時默認按照兩個CPRI光鏈路等長設計，固定取光口1的TN值[7]，但實際朔黃普遍存在兩個光鏈路長度差異較大的場景（大于100 m），當業(yè)務在光口0運行時，會取光口1的TN值，造成光鏈路時延偏差過大，配置給終端的TA值偏移嚴重，BBU和RRU數(shù)據(jù)不同步，出現(xiàn)終端接入失敗的情況。

6）解決方法

按照現(xiàn)網(wǎng)光鏈路不等長的實際場景，調(diào)整新版本的TN值，并且選擇部分基站進行測試，確保后續(xù)該問題不再復現(xiàn)。

7）實驗室復現(xiàn)

實驗室配置的鏡像環(huán)境，熱環(huán)配置下光纖不等長，問題可以穩(wěn)定復現(xiàn)，日志分析表現(xiàn)為相同現(xiàn)象，此時長光纖光口0實際配置TN值為90，理論上應配置280。將版本中TN值按照實際情況配置為280，問題排除，終端能正常接入，查看日志各項指標正常。

4.3 問題三:軟失效問題

對于部分基站出現(xiàn)FPGA軟失效的問題，由于沒有辦法徹底解決，為了便于今后維護，采取在新基站版本上打冷補丁的措施來增加以下功能。

4.3.1 增加自愈復位開關(guān)

若開關(guān)為開，在FPGA軟失效且業(yè)務異常時，復位RRU自愈，自愈后仍無法恢復，則上報硬件故障告警。若開關(guān)為關(guān)，同時FPGA軟失效且業(yè)務異常時，只上報“單板軟件運行異常告警”和“射頻單元軟件運行異常告警”，不進行復位自愈，此時需人工干預。

4.3.2 增加自愈延遲開關(guān)，在自愈開關(guān)為開時生效

若延遲開關(guān)為開，在FPGA軟失效且業(yè)務異常時，為了減少單板上承載的其他小區(qū)的業(yè)務影響，系統(tǒng)在凌晨2點左右發(fā)起復位自愈。若開關(guān)為關(guān)，在FPGA軟失效且業(yè)務異常時，系統(tǒng)立即復位自愈，減少業(yè)務影響的時長。

4.3.3 增加業(yè)務檢測時長可配置功能

檢測業(yè)務異常時，按配置的時長進行判決，若業(yè)務異常持續(xù)到配置的時長后，則認為業(yè)務異常，即觸發(fā)自愈功能，避免系統(tǒng)誤判斷進而頻繁自愈重啟，影響在線業(yè)務。

5 結(jié)束語

隨著技術(shù)的不斷進步，軟硬件版本的不斷更新，LTE系統(tǒng)在運行中需要不斷進行升級優(yōu)化，為保證系統(tǒng)正常運行，尤其是保證鐵路LTE系統(tǒng)控車業(yè)務的可靠性，升級前需要進行全面反復試驗，并制定詳細周密的實施計劃，將可能發(fā)生的問題提前暴露出來，尋找出解決方案，才能使升級工作順利推進。

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