GSM-R無線網絡優化淺析

李 林

北京鐵路局北京通信段石家莊車間，河北 石家莊 050000

GSM-R（GSM for Railways），是專用于鐵路日常運營管理的移動通信技術，目前專門用于覆蓋鐵路的綜合專用數字移動通信。這一技術在高級語音呼叫功能的基礎上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專用調度通信的需要。主要提供無線列調、編組調車通信、區段養護維修作業通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數據傳輸通道，并可提供列車自動尋址和旅客服務。

由于GSM-R網絡的運行環境十分特殊，因此眾多公網的維護技術和經驗都難以對其施加影響，因此，有必要針對其自身特點展開必要的分析，才能提出有效的優化方法。

1 GSM-R網絡性能的主要影響因素

GSM-R網絡的主要應用環境是鐵路，其覆蓋區域有著明確的特點。其服務區域通常呈線狀分布，以鐵路為重點服務對象，不存在太多的墻體穿透問題，但是地形相對復雜。具體而言，影響GSM-R系統服務效果的因素主要有以下幾個方面：

首先，多普勒頻移是一個必須要考慮的因素。所謂多普勒頻移是指當信號的發射端和接收端之間存在著相對運動的時候，其之間因為運動速遞而產生的頻率不適應的問題。接收端和發射端之間的頻率差值稱為多普勒頻移，這一差值嚴重影響著服務的質量，隨著多普勒頻移的嚴重，會導致接收到的信號在變頻后產生頻偏，進而影響到移動終端的鄰小區測量性能，甚至導致切換無法被觸發。通常而言，多普勒頻移與移動臺運動速度及運動方向、和無線電波入射方向之間的夾角密切相關。

其次，覆蓋區切換的問題也不容忽視。目前鐵路速度不斷提升，使得區間切換成了一個大問題。通常而言，對于在不同的覆蓋區域之間運動的信號接收端而言，需要在覆蓋區域之間的信號疊加區內完成整個切換過程。對于切換時間這一變量，本身是受到相應的技術限制的，然而在信號接收端快速運動的時候，其必然對用于切換的重復覆蓋區域提出更為嚴苛的要求，而以往并沒有對鐵路提速做出充分考慮的信號覆蓋方案，很可能導致在重復覆蓋區域內難以完成切換任務，導致信號服務可靠性降低。

最后，無線信道時變加劇。移動臺的高速運動，使得其周圍的反射體和散射體都呈現出高速率相對運動的態勢，直接使得無線信道時變加劇。在GSM-R系統中，信號的接收端通常都采用自適應均衡技術，其系統基站能夠適應500km/h以上的速度，但是接收端限于功耗和體積等多方面限制，難以采用復雜的自適應均衡算法，因此接收方對于無線信道時變加劇的影響更為敏感

2 GSM-R網絡優化要點

針對以上主要存在于GSM-R網絡中的問題，提出以下幾方面優化要點供實際工作中考證：

1）覆蓋區域優化

需要根據實際情況對覆蓋區域做出重新規劃，重點在考慮整個區域完全實現覆蓋的基礎上，對重復覆蓋區域進行規劃，力求做到確保重復覆蓋區域滿足切換要求，使高速運動的信號接收端能夠在重復覆蓋區域內完成切換過程。

GSM-R網絡對基站覆蓋電平的要求是在95% 的時間和位置概率下，覆蓋電平大于-92dBm。這個要求并不難實現，但是需要對實際環境加以充分考慮，鐵路沿線地形復雜，基站難以實現合理均勻選址，都會給覆蓋帶來問題。基于這種情況，可以對基站天線進行調整來控制其覆蓋范圍。由于天線的主要輻射方向為其主瓣方向左右，在半功率角范圍之內，因此，其所覆蓋的范圍是主要的優化目標。需要考慮的變量主要包括半功率下傾角與軌面相交距離、主瓣與軌面相交跨度以及半功率上傾角與軌面相交距離。需要依據實際的地形情況確定天線安置位置，進而在天線掛高確定的基礎上計算出不同下傾角對于多個變量的影響狀況，并依據每個覆蓋區域的實際狀況進行確定。只有將多個天線放置于一個GSM-R網絡中的時候，才能計算出最優的覆蓋。最終實現確保完全覆蓋、努力減少重復覆蓋并且實現在重復覆蓋區域內的切換過程完整。

2）切換優化

切換不僅僅會發生在不同覆蓋區域交接的地方，同時對于因為其他任何外界因素而導致的信號質量下降，都可以激發切換過程，而將通話服務轉移到另一個空閑的語音信道上去。但是切換過程需要對客戶保持盲狀態，切換的失敗以及過于頻繁的切換都會導致服務質量的降低。通常而言，兩次切換之間的間隔應不小于20s，依據不同的運動速遞進行換算，并且切換位置相對均，且盡量避免突發性切換。

對于切換的優化而言，需要在對目前的網絡切換狀態進行監視的前提下進行。如果發生了切換過于頻繁，或者切換的位置不在相鄰基站的重復覆蓋區域內，則應當提高警惕進行故障排查，對：功率余量判決條件HOM、判決窗口HOAVPWRB以及防回切生效時間等變量進行重新調整設定。

對于GSM-R網絡的優化是一個長期而反復的過程，需要在網絡建成以后對連接建立時間、連接建立失敗概率、用戶數據幀傳送時延、鏈路斷開（失效）概率、傳輸干擾率與網絡注冊時延等參數進行監視，綜合給出評價，確定不合理的網絡設定并依據實際環境進行調試，才能最終取得理想的效果。

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