基站遷改后引起GSM-R直放站多徑問題簡析

艾 武

（中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海通信段，上海 200434）

1 概況

杭溫鐵路正線引入滬昆高鐵杭長段義烏站，杭溫鐵路DK119+520處新建正線路基邊坡與既有滬昆高鐵區(qū)間基站位置沖突，同時義烏站附近既有滬昆高鐵直放站YiWu/R1、YiWu/R2位置位于杭溫下行聯(lián)絡(luò)線線位上。為確保站前工程推進(jìn)，上述3處通信基站、直放站需要在站前工程實施前先期進(jìn)行遷改，新建新址通信直放站并接管既有直放站功能后，拆除既有通信直放站，滿足站前工程施工需要。遷改工程實施后，滬昆高鐵杭長段下行列車多次在K270附近發(fā)生無線超時制動。根據(jù)分析判斷是直放站遷改后覆蓋發(fā)生變化，導(dǎo)致出現(xiàn)多徑干擾問題。

2 多徑干擾問題的基本概念

2.1 多徑干擾的原理

無線電波經(jīng)過不同的路徑到達(dá)某車載臺的傳播時間存在差異，路徑的不同必然導(dǎo)致傳播時間的不同。時延擴(kuò)展定義為最大傳播時延和最小傳播時延的差值。

為解決多徑延時造成的碼間干擾，GSM-R 設(shè)備采用了自適應(yīng)均衡技術(shù)，但接收機(jī)均衡器僅能處理時延不大于15 μs（約對應(yīng)4TA）的多徑信號。

當(dāng)時延差超過15 μs且主信號與多徑信號的載干比（C/I）小于12 dB時，就會發(fā)生強(qiáng)烈的多徑衰落，引發(fā)碼間干擾，出現(xiàn)下行電平雖強(qiáng)但質(zhì)量很差的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致下行質(zhì)差掉話造成 CTCS-3 無線連接超時甚至降級的情況發(fā)生。

2.2 多徑干擾的處理

根據(jù)多徑干擾產(chǎn)生的條件，相對應(yīng)的解決思路，如：調(diào)整時延差、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)整時延差往往需要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)從設(shè)計階段避免多徑干擾的產(chǎn)生。同時部分多徑干擾具有一定的偶然性，需要長時間積累樣本后才能發(fā)現(xiàn)問題，到運營階段再提出改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的解決方案，實施難度較大。

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

1）調(diào)整基站或直放站天線；

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，還可以通過調(diào)整切換位置，避開多徑干擾區(qū)域。

3 案例分析

3.1 問題描述

滬昆高鐵杭長段G1455次下行列車在K270附近發(fā)生無線超時制動。

3.2 原因分析

通過查看Abis接口數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)列車運行至杭長高鐵線K270附近占用YiWu（義烏）基站，上行電平值在-70 dBm左右，上行通信質(zhì)量3～4級，無下行測量報告，TA值為2。

超時車次Abis口監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 G1455次列車Abis口Fig.1 Screenshot of Abis interface of Train G1455

查看正常車次Abis測量報告，MT在K270附近由YiWu基站切換至YW-TYXLS01（義烏至塘雅線路所01）基站，切換前、后的上、下行電平和質(zhì)量均良好，切換前占用YiWu基站TA值在2左右。

經(jīng)查，基站上行干擾帶及話統(tǒng)指標(biāo)在降級時間段無異常，基站直放站網(wǎng)管均無告警，且該區(qū)段前期未出現(xiàn)過切換前上行質(zhì)差，無下行測量報告的問題?？紤]到剛剛因杭溫引入義烏站時對YiWu/R2直放站進(jìn)行了遷改，對比遷改前、后的Abis測量報告，發(fā)現(xiàn)遷改后在YiWu/R2直放站覆蓋區(qū)段上行電平值較遷改前弱5～10 dB，懷疑超時與直放站遷改有關(guān)。

查看滬昆高鐵GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，超時區(qū)域前期為處理YiWu基站至YW-TYXLS01基站區(qū)段切換后的多徑問題，將YW-TYXLS01/R1（義烏至塘雅線路所01/R1）直放站天線斷開；為處理YiWu基站內(nèi)多徑問題，將如圖2所示位置的單立桿天線斷開。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 System structure

如圖3所示，根據(jù)國鐵集團(tuán)綜合檢測車月度測試數(shù)據(jù)分析，下行列車出陳宅二號隧道后，在K270+222處存在YW-TYXLS01/R1的主、從信號均快衰，與超時列車的Abis口測量報告中下行電平值相符，因此判斷超時位置處于出隧道后。初步懷疑該問題是由于YiWu/R2的主信號與YWTYXLS01/R2（義烏至塘雅線路所01/R2）的從信號形成多徑干擾（但超時列車切換前TA值與正常列車無異樣）。

圖3 國鐵集團(tuán)綜合檢測車測試數(shù)據(jù)Fig.3 Test data of comprehensive test vehicle of CR

3.3 問題處理

針對上述現(xiàn)象，維護(hù)人員進(jìn)行了4次處理。

1）在第一個天窗點內(nèi)調(diào)整直放站參數(shù)YiWu/R2主信號上行衰減值由10調(diào)整至4，備信號上行衰減值由13調(diào)整至4；調(diào)整YiWu至YW-TYXLS01的PBGT統(tǒng)計時間6→2，PBGT持續(xù)時間4→1。增強(qiáng)YiWu/R2的上行電平值，并加快YiWu至YW-TYXLS01的切換，在出現(xiàn)上行質(zhì)差前進(jìn)行切換。

2）調(diào)整后觀察杭長高鐵列車運行情況，發(fā)現(xiàn)YiWu至YW-TYXLS01切換前仍有上行質(zhì)差情況。第二個天窗點內(nèi)繼續(xù)將YiWu信號強(qiáng)度濾波器7→1，鄰近小區(qū)濾波器4→1。進(jìn)一步加快YiWu至YW-TYXLS01的切換，意圖在出隧道前進(jìn)行切換。

3）調(diào)整后，連續(xù)觀察杭長高鐵列車運行情況，YiWu至YW-TYXLS01切換位置調(diào)整至隧道內(nèi)，且切換前無上行質(zhì)差問題。

1周后，杭長高鐵G1461次列車無線連接超時，通過分析測量報告發(fā)現(xiàn)，車載MT由YiWu切換至YW-TYXLS01后下行電平值正常，下行通信質(zhì)量至7，TA值為11。對比正常列車的TA值（7以內(nèi)），TA差值超過4,判斷該區(qū)段仍存在多徑干擾，如圖4所示。

圖4 G1461次列車Abis口Fig.4 Screenshot of Abis interface of Train G1461

針對此現(xiàn)象，第三個天窗點內(nèi)恢復(fù)YiWu基站的信號強(qiáng)度濾波器1→7，鄰近小區(qū)濾波器1→4；同時調(diào)整YiWu/R2主、備信號上行衰減值4→0。將YiWu至YW-TYXLS01切換位置調(diào)整至出隧道后，同時繼續(xù)增加YiWu/R2的上行電平值。

4）調(diào)整后，該區(qū)段再次出現(xiàn)YiWu至YWTYXLS01切換前上行質(zhì)差問題。現(xiàn)象與前期基本一致。

經(jīng)判斷此類多徑干擾是由于列車在高速運行過程中TA沒有及時升至理想值造成的。如出現(xiàn)此類多徑干擾繼續(xù)調(diào)整覆蓋已經(jīng)意義不大，維護(hù)人員認(rèn)為最有效的辦法就是調(diào)整切換區(qū)域，以避開產(chǎn)生高TA的區(qū)段。

5）第四個天窗點內(nèi)將YW-TYXLS01/R1直放站主、從信號強(qiáng)度翻轉(zhuǎn)（主信號輸出由27調(diào)整至17，從信號輸出由7調(diào)整至27），并恢復(fù)YWTYXLS01/R1的直放站天線。將YiWu至YWTYXLS01基站切換位置調(diào)整至YW-TYXLS01/R1至YW-TYXLS01/R2區(qū)間。

3.4 處理結(jié)果

調(diào)整后切換位置符合預(yù)期，該區(qū)段未再次出現(xiàn)因直放站多徑干擾問題引起的C3無線連接超時。

4 總結(jié)

隨著中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司新線引入并線區(qū)段逐漸增多，GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋的變化對既有線路的影響逐漸增多。本文對基站遷改后造成的直放站多徑干擾案例進(jìn)行分析，通過合理地調(diào)整工程參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等手段來優(yōu)化GSM-R網(wǎng)絡(luò)，確保既有GSM-R網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行，為后期新線引入提供了一定思路：在新線引入并線區(qū)段時，不僅需充分考慮基站位置、覆蓋情況、設(shè)備類型、使用頻點、切換關(guān)系等，還需論證各種造成既有網(wǎng)絡(luò)覆蓋變化的可能性，并提出可行的測試驗證方案，在條件允許情況下進(jìn)行充分測試；然后再實施新線接入工作，確保不影響既有線運營。