GSM-R網(wǎng)絡(luò)越區(qū)切換優(yōu)化及案例分析

■ 李建榜 李堅(jiān) 李繼元 董麗 郭桂芳

1 概述

GSM-R系統(tǒng)主要提供列調(diào)、電調(diào)等調(diào)度通信業(yè)務(wù)；提供各種車(chē)-地信息傳送業(yè)務(wù)，如調(diào)度命令、無(wú)線車(chē)次號(hào)校核和監(jiān)控等信息的傳送；提供區(qū)間維護(hù)作業(yè)通信和應(yīng)急移動(dòng)通信服務(wù)；在CTCS-3（ETCS-2）級(jí)列控系統(tǒng)中作為車(chē)-地通道傳輸安全數(shù)據(jù)。

越區(qū)切換是指在無(wú)線通信系統(tǒng)中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)（指基站或基站覆蓋范圍）移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，為保持移動(dòng)用戶不中斷通信需要進(jìn)行的信道切換。越區(qū)切換性能優(yōu)劣直接影響越區(qū)切換成功率、話音質(zhì)量、調(diào)度命令傳送成功率等指標(biāo)，因此越區(qū)切換是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的重要內(nèi)容之一。GSM-R系統(tǒng)采用移動(dòng)臺(tái)輔助越區(qū)切換方式，要求移動(dòng)臺(tái)測(cè)量其周?chē)镜男盘?hào)并把結(jié)果報(bào)告給當(dāng)前服務(wù)基站，網(wǎng)絡(luò)再根據(jù)測(cè)試結(jié)果決定何時(shí)進(jìn)行越區(qū)切換及切換到哪一個(gè)基站。這種切換方式的特點(diǎn)是切換時(shí)間快，通常切換過(guò)程僅持續(xù)1~2 s，不足之處是切換過(guò)程中會(huì)有信號(hào)中斷（<1 s）。

京九線電氣化改造工程中，為確保新建GSM-R系統(tǒng)順利開(kāi)通，北京鐵路局以電務(wù)試驗(yàn)車(chē)為平臺(tái)，組織相關(guān)單位開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作。介紹以電務(wù)試驗(yàn)車(chē)為平臺(tái)GSM-R網(wǎng)絡(luò)越區(qū)切換優(yōu)化工作的思路；選取此次工作中的3個(gè)典型案例，針對(duì)設(shè)備故障、場(chǎng)強(qiáng)覆蓋不合理和參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)热愒驅(qū)е略絽^(qū)切換問(wèn)題，進(jìn)行分析、定位和優(yōu)化工作。

2 越區(qū)切換優(yōu)化思路

在對(duì)覆蓋一條鐵路線的GSM-R系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)路優(yōu)化前，需進(jìn)行三方面的工作：一是根據(jù)鐵道部網(wǎng)絡(luò)編號(hào)方案全面梳理網(wǎng)絡(luò)MSC、BSC軟件版本特點(diǎn)、參數(shù)設(shè)置等基礎(chǔ)資料；二是根據(jù)GSM-R系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件，全面梳理無(wú)線側(cè)硬件參數(shù)設(shè)置、基站環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、BSS系統(tǒng)版本特點(diǎn)等基礎(chǔ)資料；三是進(jìn)行歷史告警信息及其處理進(jìn)度匯總，同時(shí)搜集網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變更、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化等施工記錄。

上述工作準(zhǔn)備完畢后，以電務(wù)試驗(yàn)車(chē)為平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作。電務(wù)試驗(yàn)車(chē)裝備場(chǎng)強(qiáng)和電磁環(huán)境測(cè)試子系統(tǒng)、GSM-R服務(wù)質(zhì)量測(cè)試子系統(tǒng)、同步和定位子系統(tǒng)和應(yīng)用功能測(cè)試子系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)符合文獻(xiàn)[1]標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試方法符合文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]標(biāo)準(zhǔn)。以電務(wù)試驗(yàn)車(chē)為平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，屬于功能性驗(yàn)收測(cè)試，通過(guò)分析越區(qū)切換成功率指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)，直觀地獲取移動(dòng)終端呼叫固定終端時(shí)越區(qū)切換發(fā)生的信息，如場(chǎng)強(qiáng)分布、網(wǎng)絡(luò)切換參數(shù)、相鄰小區(qū)狀態(tài)等，為越區(qū)切換問(wèn)題的定位提供第一手資料。動(dòng)態(tài)測(cè)試貫穿網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、收集信息和驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果。結(jié)合公用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)[4]，討論越區(qū)切換問(wèn)題處理思路。當(dāng)進(jìn)行一次或多次動(dòng)態(tài)測(cè)試后，針對(duì)越區(qū)切換異常的小區(qū)進(jìn)行問(wèn)題分析與定位。

（1）結(jié)合網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析越區(qū)切換異常是出現(xiàn)在個(gè)別小區(qū)還是所有小區(qū)，出現(xiàn)切換異常的問(wèn)題小區(qū)是否存在共同特點(diǎn)。如果是兩小區(qū)間出現(xiàn)切換故障，則重點(diǎn)查看兩小區(qū)間的數(shù)據(jù)是否配置正確，硬件是否有故障；如果故障出現(xiàn)在某一個(gè)小區(qū)的所有鄰近小區(qū)，則重點(diǎn)查看該小區(qū)的數(shù)據(jù)配置是否正確，以及該小區(qū)的硬件是否有故障；如果故障出現(xiàn)在同一BSC下的所有小區(qū)，則重點(diǎn)查看BSC和MSC間的數(shù)據(jù)配置。

（2）查看施工記錄是否進(jìn)行了數(shù)據(jù)修改。如果越區(qū)切換異常出現(xiàn)在個(gè)別小區(qū)，應(yīng)關(guān)注涉及該小區(qū)的數(shù)據(jù)配置是否被修改；如果故障出現(xiàn)在同一BSC下的所有小區(qū)，則應(yīng)關(guān)注本BSC及其MSC的數(shù)據(jù)配置是否被修改。

（3）當(dāng)MSC、BSC等數(shù)據(jù)無(wú)誤時(shí)，則需進(jìn)行硬件故障排查。通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)，排查是否有BSS系統(tǒng)出現(xiàn)如載頻告警、直放站或基站天饋系統(tǒng)駐波比告警等信息；基站環(huán)鏈路光傳輸系統(tǒng)是否出現(xiàn)告警等。如果在越區(qū)切換異常的問(wèn)題小區(qū)相關(guān)基站出現(xiàn)上述告警，則應(yīng)該排除告警故障。同時(shí)，分析歷史記錄，通過(guò)話務(wù)統(tǒng)計(jì)軟件統(tǒng)計(jì)相關(guān)小區(qū)的切換性能測(cè)量、TCH性能測(cè)量報(bào)告，觀察TCH占用是否正常（如掉話率是否升高等）、出入切換成功率是否正常、切換失敗的原因分布、無(wú)線切換成功率是否正常等統(tǒng)計(jì)信息。以小區(qū)為單位，將出、入小區(qū)切換的失敗原因分類統(tǒng)計(jì)，對(duì)影響切換性能的主要原因進(jìn)行初步定位。

（4）在進(jìn)行切換性能測(cè)試時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)全程記錄每一次切換時(shí)測(cè)試移動(dòng)終端所收集的信令消息，了解切換發(fā)生時(shí)移動(dòng)終端所處的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。在路測(cè)和信令分析前需要進(jìn)行以下工作：首先需要了解GSM-R系統(tǒng)采用的切換算法；其次根據(jù)出現(xiàn)異常切換小區(qū)的切換參數(shù)配置，理清各種切換的優(yōu)先級(jí)和切換門(mén)限；最后根據(jù)切換時(shí)的信令消息（可采用Abis接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題定位）判斷觸發(fā)了何種切換，進(jìn)而根據(jù)切換類型，找到問(wèn)題原因。如果切換類型為上下行電平差切換或上行質(zhì)量差切換，則判斷是否是基站硬件故障造成；如果是直放站覆蓋區(qū)域，則應(yīng)排查直放站工作狀態(tài)和上、下行增益設(shè)置。

在實(shí)際工作中，上述四個(gè)步驟并非依次進(jìn)行，通常是同時(shí)進(jìn)行、相互印證。

此外，由于電務(wù)試驗(yàn)車(chē)的測(cè)試成本較大，因此在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前，對(duì)無(wú)線側(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，充分利用每一次動(dòng)態(tài)測(cè)試機(jī)會(huì)。

3 越區(qū)切換優(yōu)化案例

3.1 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋不合理

GA-BZ03的出、入小區(qū)有乒乓切換（見(jiàn)圖1）。排查該小區(qū)基站軟、硬件參數(shù)設(shè)置，均與設(shè)計(jì)相符，且工作狀態(tài)良好；通過(guò)分析信令，發(fā)現(xiàn)乒乓切換的切換類型是小區(qū)功率預(yù)算（Power BudGeT：PBGT）切換。GA-BZ03與相鄰小區(qū)的切換帶出現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)交疊情況，據(jù)此將GA-BZ03上、下行天線都下壓2°，進(jìn)而消除切換帶的場(chǎng)強(qiáng)交疊（見(jiàn)圖2）。

3.2 參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

當(dāng)列車(chē)從ZaoQiang向ZQ-DYZ01運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)乒乓切換（見(jiàn)圖3）。排查ZaoQiang—ZQ-DYZ01小區(qū)基站軟、硬件參數(shù)設(shè)置，均與設(shè)計(jì)相符且工作狀態(tài)良好。通過(guò)分析信令，發(fā)現(xiàn)乒乓切換的切換類型是PBGT切換。結(jié)合圖3可知，這2個(gè)小區(qū)的切換帶出現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)交疊現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋調(diào)整嘗試，沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，該處屬于市區(qū)，存在建筑物遮擋，通過(guò)壓低或抬高基站天線的方法不能有效地消除場(chǎng)強(qiáng)交疊問(wèn)題，進(jìn)而嘗試通過(guò)提高切換門(mén)限的方法避免乒乓切換。為此，將ZaoQiang出小區(qū)向ZQ-DYZ01切換門(mén)限68調(diào)整到70，經(jīng)復(fù)測(cè)，該問(wèn)題解決（見(jiàn)圖4）。

圖1 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋調(diào)整前的切換測(cè)試結(jié)果

圖2 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋調(diào)整后的切換測(cè)試結(jié)果

圖3 參數(shù)調(diào)整前的切換測(cè)試結(jié)果

3.3 設(shè)備故障

測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)車(chē)從BeiJingXi駛向GAM-BJX01基站時(shí)，出現(xiàn)切換掉話（見(jiàn)圖5）。核查網(wǎng)管告警記錄，發(fā)現(xiàn)GAM-BJX01基站天饋系統(tǒng)有駐波比告警信息。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核查，該處基站天饋系統(tǒng)塔上功分器進(jìn)水，更換后切換恢復(fù)正常（見(jiàn)圖6）。切換掉話現(xiàn)象可能是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置不合理造成的，但多數(shù)與設(shè)備故障有關(guān)[5]。

圖4 參數(shù)調(diào)整后的切換測(cè)試結(jié)果

圖5 設(shè)備故障致切換失敗測(cè)試結(jié)果

圖6 設(shè)備故障排除后的切換測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)特點(diǎn)，從網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)修改管理、硬件排查和告警信息統(tǒng)計(jì)、信令跟蹤與分析等四方面，介紹以電務(wù)試驗(yàn)車(chē)為平臺(tái)開(kāi)展GSM-R網(wǎng)絡(luò)越區(qū)切換優(yōu)化工作的思路；選取日常維護(hù)工作中的3個(gè)案例，介紹場(chǎng)強(qiáng)覆蓋不合理、參數(shù)設(shè)置不當(dāng)和設(shè)備故障三類主要原因?qū)е略絽^(qū)切換問(wèn)題的分析、定位和優(yōu)化工作，為今后GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作提供參考。

[1] 運(yùn)基通信［2010］638號(hào) 關(guān)于印發(fā)《電務(wù)試驗(yàn)車(chē)GSMR場(chǎng)強(qiáng)及QoS檢測(cè)系統(tǒng)裝備技術(shù)方案》的通知[S]

[2] 運(yùn)基通信［2005］130號(hào) 鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)最小可用接收電平測(cè)量方法（V1.0）[S]

[3] 科技運(yùn)［2008］170號(hào) GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋和QoS測(cè)試方法（V1.0） [S]

[4] 韓斌杰，杜新顏，張建斌. GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M]．2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：176-184

[5] 李堅(jiān)，劉志明，王仲貞，等. GSM-R網(wǎng)絡(luò)切換掉話的分析與處理[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2011(5)：42-47