GSM-R 多徑干擾問(wèn)題解決方案的探討

賀曙強(qiáng) 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路軌道交通開發(fā)有限公司

近年來(lái)上海局集團(tuán)有限公司鐵路發(fā)展迅猛，預(yù)計(jì)2020 年底，全局鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到1.3 萬(wàn)km，其中高鐵營(yíng)業(yè)里程達(dá)到5 300 km。我國(guó)高速鐵路目前采用的是CTCS-3 列車控制系統(tǒng)，使用GSMR 網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)車地信息的雙向傳輸。當(dāng)車載ATP 與地面RBC 的無(wú)線通信出現(xiàn)中斷，基于安全導(dǎo)向的機(jī)制，列車會(huì)降級(jí)到CTCS-2 列車控制模式下運(yùn)行。因此，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量對(duì)高鐵穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

隨著我局鐵路的不斷發(fā)展，鐵路建設(shè)遇到山區(qū)、水域等地形也越來(lái)越多，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線環(huán)境也越發(fā)復(fù)雜。為解決特殊地形的信號(hào)覆蓋，在隧道、大橋等場(chǎng)景引入了直放站，直放站將無(wú)線信號(hào)延伸到了基站覆蓋不到的弱場(chǎng)區(qū)，卻也給GSM-R 網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量帶來(lái)了一定的影響，特別是在直放站與基站或直放站與直放站共同覆蓋區(qū)域產(chǎn)生的多徑干擾問(wèn)題?，F(xiàn)階段，消除多徑干擾已成為GSM-R 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的主要工作之一。

1 多徑干擾原理

多徑傳播是指同一基站的無(wú)線信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)或多個(gè)不同徑路到達(dá)接收機(jī)天線的現(xiàn)象。GSM-R 無(wú)線信號(hào)在鐵路應(yīng)用中通常存在空間、光纖和同軸電纜（包括饋線和漏纜）3 種傳輸方式，對(duì)應(yīng)每比特周期（TA）的傳輸距離分別為0.55 km、0.367 km 和0.484 km，各徑路無(wú)線信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的傳輸介質(zhì)組合，到達(dá)接收機(jī)天線所需的時(shí)間也不同，因此造成多徑時(shí)延擴(kuò)展。

GSM 均衡器最多能處理15 us 左右的多徑時(shí)延（約對(duì)應(yīng)4TA），即最大傳播時(shí)延和最小傳播時(shí)延的差值不能超過(guò)4bit。當(dāng)時(shí)延多徑差值超過(guò)15 us，同時(shí)多徑間電平載干比小于12 dB 時(shí)（經(jīng)驗(yàn)值C3 線路要求>18 db），便會(huì)產(chǎn)生多徑干擾，具體表現(xiàn)為通話質(zhì)量惡化，甚至出現(xiàn)掉話，造成C3 超時(shí)或降級(jí)。

2 多徑干擾的解決思路

根據(jù)多徑干擾產(chǎn)生的條件，相對(duì)應(yīng)的解決思路如下：調(diào)整時(shí)延差、調(diào)整載干比以及調(diào)整切換位置，避開多徑干擾區(qū)域。

調(diào)整時(shí)延差往往需要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)從設(shè)計(jì)階段避免多徑干擾的產(chǎn)生，同時(shí)部分多徑干擾具有一定的偶然性，需要長(zhǎng)時(shí)間積累樣本后才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通常都在運(yùn)營(yíng)階段才能提出改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的解決方案，實(shí)施難度較大。

載干比調(diào)整則是提升或降低其中一路信號(hào)的電平強(qiáng)度，拉大信號(hào)強(qiáng)度差值。具體手段如下：

（1）調(diào)整基站或直放站天線安裝參數(shù)；

（2）調(diào)整基站或直放站功率，在基站或直放站側(cè)增加衰減器；

（3）關(guān)閉冗余直放站；

（4）調(diào)整切換位置。

針對(duì)部分干擾源不明，或者定位困難的隧道群多直放站區(qū)段，還可以通過(guò)調(diào)整切換位置，避開多徑干擾區(qū)域。

本文通過(guò)2 個(gè)案例分別介紹2 種場(chǎng)景下多徑干擾的問(wèn)題分析及解決方案。

3 案例分析

3.1 基站與直放站間多徑干擾處理

3.1.1 原因分析

某高鐵有車次在HZNHCXLS-ZJ12至HZNHCXLS-ZJ11 區(qū)段出現(xiàn)降級(jí)。查看降級(jí)車次Abis 接口數(shù)據(jù)，降級(jí)問(wèn)題發(fā)生 時(shí) ，MT 在 K220+500 附 近 由 HZNHCXLS-ZJ12 切換至 HZNHCXLS-ZJ11，切換后上行質(zhì)差7 級(jí)并掉話，下行電平值及質(zhì)量缺失，切換后的TA 值為8（圖1）。

圖1 降級(jí)列車Abis 口截圖

查看正常車次Abis 接口數(shù)據(jù)，MT由 HZNHCXLS -ZJ12 切 換 至 HZNHCXLS-ZJ11 后的上下行電平和質(zhì)量均良好，TA 值≤3。

對(duì)比降級(jí)車次和正常車次切換的TA 差值≥4，初步判斷降級(jí)是由于多徑干擾導(dǎo)致。

查看GSM-R 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在降級(jí)區(qū)域能接收到HZNHCXLS-ZJ11 和HZNHCXLS-ZJ11/R1 直放站主信號(hào)，存在多徑干擾的可能（圖2）。

圖2 HZNHCXLS-ZJ12 切換至HZNHCXLSZJ11 區(qū)段GSM-R 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 方案制定

對(duì)比Abis 口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，出現(xiàn)降級(jí)的車次切換公里標(biāo)在K220+500 附近，正常車次的切換公里標(biāo)大部分在K220+000 附近。

查看總公司測(cè)試截圖，借鑒HZNHCXLS-ZJ11/R1（K217+070）從信號(hào)電平曲線走勢(shì)（淺藍(lán)色線），可以推斷主信號(hào)電平強(qiáng)度（從測(cè)試截圖分析，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信號(hào)較從信號(hào)弱5 dB 左右）（圖 3、圖 4）。

圖3 HZNHCXLS-ZJ12 切換至HZNHCXLSZJ11 區(qū)段總公司測(cè)試截圖

圖4 降級(jí)列車Abis 口截圖2

當(dāng)切換公里標(biāo)K220+500 附近時(shí)，HZNHCXLS-ZJ11 基站信號(hào)強(qiáng)度在-60 dBm 左右，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信號(hào)強(qiáng)度在-75 dBm 左右，基站和直放站的電平差值在-15 dB 左右；若將切換位置調(diào)整至K219+500 附近，HZNHCXLSZJ11 基站信號(hào)強(qiáng)度已達(dá)到-47 dBm(最強(qiáng)顯示-47 dBm，實(shí)際可能更高)，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信號(hào)強(qiáng)度在-75 dBm 左右，此時(shí)基站和直放站的電平差值在-30 dB 左右。通過(guò)調(diào)整切換位置可將基站和直放站的信號(hào)電平差值大幅拉開，進(jìn)而減弱多徑干擾的影響。

3.1.3 處理結(jié)果

調(diào)整HZNHCXLS-ZJ12 至HZNHCXLS-ZJ11 的 PBGT 切換門限：70→73。調(diào)整后切換公里標(biāo)在K219+200 附近，切換后的TA 值為1，上下行電平和質(zhì)量均良好，后續(xù)該區(qū)段未再次出現(xiàn)C3 降級(jí)現(xiàn)象。

3.2 直放站與直放站間多徑干擾處理

3.2.1 原因分析

某高鐵有車次在JXB-SXB06 至SheXianBei 區(qū)段出現(xiàn)降級(jí)。查看降級(jí)車次Abis 接口數(shù)據(jù)，降級(jí)問(wèn)題發(fā)生時(shí)，MT在K1285+900 附近由JXB-SXB06 切換至SheXianBei，切換后下行質(zhì)差7 級(jí)并掉話，切換后的 TA 值為 14（圖 5）。

查看正常車次Abis 接口信令數(shù)據(jù)，MT由JXB-SXB06 切換至SheXianBei 后的上下行電平和質(zhì)量均良好，TA 值≤8。

對(duì)比降級(jí)車次和正常車次切換的TA差值≥4，初步判斷降級(jí)是由于多徑干擾導(dǎo)致。

該問(wèn)題前期已通過(guò)斷開直放站從信號(hào)光纖，定位為JXB-SXB06/R3 從信號(hào)與SheXianBei/R1 主信號(hào)間產(chǎn)生的多徑干擾問(wèn)題，并通過(guò)JXB-SXB06/R3 加5 dB 衰減器處理，處理后干擾問(wèn)題有所緩解，但還是存在多徑干擾問(wèn)題。GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5。

圖5 JXB-SXB06 切換至SheXianBei 區(qū)段GSM-R 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 方案制定

查看總公司測(cè)試截圖，JXB-SXB06/R3（K1284+996）處從信號(hào)已經(jīng)在-70dBm左右，并可以判斷從該直放站發(fā)射的SheXianBei 的信號(hào)至 SheXianBei/R1 附近會(huì)更低，根據(jù)多徑干擾發(fā)生的條件，判斷本次問(wèn)題非JXB-SXB06/R3 從信號(hào)導(dǎo)致。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析無(wú)法判斷多徑來(lái)源，若再次通過(guò)逐一關(guān)閉直放站從信號(hào)進(jìn)行定位并調(diào)整多徑來(lái)源信號(hào)強(qiáng)度的優(yōu)化方案，難以保證優(yōu)化進(jìn)度以及優(yōu)化效果。因此本次調(diào)整采用調(diào)整切換位置避開多徑干擾區(qū)域（圖6）。

圖6 JXB-SXB06 切換至SheXianBei 區(qū)段總公司測(cè)試截圖

3.2.3 處理結(jié)果

將SheXianBei/R1 從信號(hào)提升13dB同時(shí)調(diào)整JXB-SXB06 至 SheXianBei 的PBGT 切換門限 ：68→69。調(diào)整后切換公里標(biāo)在K1286+700 附近，切換后的TA值為6，上下行電平和質(zhì)量均良好，問(wèn)題得到解決。

4 總結(jié)

在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)日常維護(hù)工作中，多徑干擾一直是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個(gè)難題。針對(duì)此類問(wèn)題，只有了解多徑干擾產(chǎn)生的原理、并進(jìn)行深入分析，才能準(zhǔn)確的定位干擾源，提出有針對(duì)性的解決方案，最終減弱、消除多徑干擾的影響。希望通過(guò)此次對(duì)多徑干擾問(wèn)題的探討，能夠?yàn)榻窈蟾哞FGSM-R 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化及維護(hù)人員提供借鑒和參考。