鐵路GSM-R檢測技術應用

■ 王惠生

GSM-R系統的應用對我國鐵路特別是高速鐵路的發展起到巨大的作用。該系統的有效運營離不開聯調聯試和不斷的網絡優化，其動態檢測技術也在我國得到很大發展。

青藏鐵路和大秦鐵路最早建成GSM-R系統，最初只能使用公共無線網絡的檢測方式進行通用服務質量測試，以后引進了國外GSM-R檢測裝置進行GSM-R系統的線路檢測，檢測主要使用測試手機。參考歐洲規范和我國公共移動通信網的檢測要求，制定我國GSM-R系統檢測標準，采用我國自行研發的檢測系統對GSM-R系統的線路進行檢測，及時發現一些網絡覆蓋和參數設置問題，指導網絡主管單位進行相關的整改工作。目前，GSM-R檢測包括場強覆蓋、服務質量、干擾、CSD分組數據等檢測。

1 GSM-R場強覆蓋檢測

1.1 概況

G S M-R場強覆蓋是保證GSM-R系統正常工作的基礎，我國鐵路對450 MHz場強覆蓋的檢測經驗豐富，根據相關規范要求和經驗，可對不同要求的GSM-R場強覆蓋進行全面檢測。

根據鐵道部對GSM-R系統建設的網絡規劃，我國鐵路GSM-R系統的網絡基站按線路要求不同分為單網覆蓋、交織冗余覆蓋和同站址雙網覆蓋，場強覆蓋檢測根據不同的檢測要求配置檢測設備。我國鐵路場強覆蓋檢測通常采用往返交路進行GSM-R系統的線路檢測。為了在一個往返中完成場強測試，通常在檢測車上配置2臺測量接收機，對于交織冗余基站的線路下行測試基數基站，檢測2個基站覆蓋區間，交織冗余基站場強覆蓋測試（見圖1）。圖1中“下行1”表示下行使用的一個測量接收機，“下行2”表示下行使用的另一個測量接收機，藍線是下行測試的所有基站場強覆蓋曲線。上行測試偶數基站，測試完后將上下行數據合并；對于單網測試，兩個測量接收機一個單程可完成覆蓋測試（見圖2）；對于同站址雙網線路，列車上行測試A網覆蓋（所有A網基站小區），下行測試B網覆蓋，相當于一個往返進行兩個單網測試。

1.2 意義

（1）養護維修。場強覆蓋是GSM-R系統正常通信的基礎，通過測試可及時發現覆蓋弱場和通信設備故障，在沒有對運營通信造成影響時解決。圖3是區間直放站故障覆蓋測試曲線，雖然測試結果滿足相關規范，但區間通信質量非常差。從覆蓋測試曲線可清楚地看到2個區間設備沒有正常工作。

圖1 交叉冗余基站場強覆蓋測試

圖2 單網場強覆蓋測試

（2）輔助設計。不同環境下GSM-R基站的間距設計不能簡單的計算，應根據地形環境和覆蓋傳播特性進行計算。基站過密造成投資浪費，并對GSM-R系統的網絡造成干擾，不利于高質量的通信。因此，覆蓋測試不斷為網絡覆蓋研究和設計提供大量數據。

通過長期測試發現，目前高速鐵路GSM-R基站在空曠環境下，特別是高架橋上，普遍覆蓋過密，造成小區邊界接收信號載干比降低。由于基站間距較小，切換頻繁，在高速運行檢測時的數據傳輸無差錯時間經常不能滿足要求。

2 服務質量檢測

GSM-R系統的網絡服務質量檢測是無線網絡優化工作的重要組成部分。GSM-R系統的網絡服務質量檢測可以借鑒公共無線網絡檢測的經驗，結合鐵路應用和網絡評價的特點，研發適合鐵路GSM-R系統的檢測裝備。檢測通常要求測試內容包括鐵路公里標信息，這是與公共無線網絡檢測的最大區別，根據公里標和基站名可方便地確定問題地點。

早期引進和研發的GSM-R系統的檢測裝置使用2 W測試手機，目前檢測設備提供商研發了車載模塊檢測系統，使檢測評價更符合鐵路應用規范。在綜合檢測車上，通常配置3～4個檢測終端，在一個往返中完成鐵道部規范中要求的各項檢測科目。檢測終端不能配置過多，避免在檢測中對運營通信造成干擾。

使用功能完善的檢測裝置對查找GSM-R系統的網絡問題很有幫助，圖4是某條線路的服務質量測試曲線，其中C基站和D基站屬不同的鐵路局。在這個區域多次發生長呼測試終端掉話，分析測試數據可方便地找到問題原因。

從圖4中的服務質量測試曲線可以看到，在C基站小區網絡參數報告中，雖然C基站小區信號很弱也不能切換到D基站小區，導致掉話。經與鐵路局網管部門溝通，查看網絡設置信息，發現在網絡中C基站所屬鐵路局網絡沒有把D基站看成是合法網絡，放棄了檢測D基站的各項信息參數，找不到可切換的網絡，因此掉話。

3 干擾檢測

GSM-R系統的網絡正常運行需要不斷地進行網絡優化，其中干擾的查找和分析非常重要。目前，干擾檢測手段主要有關閉網絡檢測（用于系統開通前的檢測）和在線檢測（可用在任何時間）。關閉網絡檢測使用頻譜分析儀，在GSM-R系統的網絡關閉時對上下行頻點進行掃描，以發現是否有其他通信系統使用GSM-R系統的頻率。

頻譜掃描記錄曲線記錄了無線頻譜掃描的最大值、瞬時值和最小值（見圖5）。圖中橫坐標是頻率范圍，縱坐標是信號強度，十字標記錄了曲線描繪時的GPS定位點，可看到定位點位置有幾個頻點存在較強的干擾。由于GSM-R基站已關閉，從曲線波形看是公共移動網絡的信號占用了GSM-R系統使用的頻率。

GSM-R系統應用在高速鐵路，關閉網絡進行測試不現實，頻譜掃描不能確定干擾產生的所屬部門。因此在線干擾檢測是運營時的主要檢測手段。

圖3 覆蓋測試曲線

圖4 服務質量測試曲線

目前，在線干擾檢測裝置沒有像服務質量檢測裝置那樣裝備到檢測部門，使用的檢測方式有時不能正確判斷干擾強度和來源。在線干擾檢測中使用帶廣播信令解析能力的掃頻方式，可檢測出行駛線路上所有GSM-R信號電平和載干比，以及廣播控制信道（BCCH）的相關信息。

在線干擾檢測某條線路的測試結果見圖6。圖中的柱狀圖形顯示接收電平強度，表格列出了具體數值和解析參數。可以看到表格中測試點的服務小區接收電平很高（BCCH=1005，Rxlev= -61 dBm），但載干比很低，檢測不出小區的BISC碼。而鄰近小區（BCCH=1000）雖然接收電平不高，但載干比好于服務小區，可以解出小區BISC碼。

目前使用的干擾檢測裝置可與鐵路公里標和GPS定位信息相結合，可準確地查找干擾的位置便于分析和判斷。還有一種查找干擾定位裝置使用公共無線網絡SIM卡，可搜索駐留在公共移動網內解析鐵路沿線公共無線網絡的廣播信息，特別是跳頻信息，捕捉公共移動網是否占用了鐵路的GSM-R系統的頻點。在確定干擾源后，通過呼叫解析功率和時延信息（TA值）確定干擾的相對位置。

4 CSD檢測

采用CTCS-3級列控系統的線路以GSM-R系統作為數據傳輸通道，歐洲對列車控制數據傳輸有明確的規范，根據本國的實際在歐洲規范的基礎上自行確定要求。我國主要是參考歐洲的規范進行檢測和評價。

雖然有檢測規范，但對規范的理解不同和檢測經驗不足，各種檢測設備在檢測方法和統計分析方法不同。我國自行研發的GSM-R電路域數據檢測裝置對運行的CTCS-3級列控線路進行了一年多的檢測，檢測結果基本符合列車控制應用狀態。

我國CTCS-3級列控線路的列車運營速度300 km/h以上，由鐵道部統一組織采用綜合檢測車檢測。測試采用兩個車載終端呼叫連接北京的地面服務器進行車-地間的數據傳輸。測試項目主要包括連接建立時間、連接建立失敗概率、數據傳輸時延、傳輸干擾率等。目前使用的檢測裝置可實時看到檢測結果，以幫助檢測與維護部門準確掌握網絡和系統狀況，并對檢測到的問題進行有針對性的維護。

檢測中發現在相關線路上數據傳輸時延測試經常出現長時間數據傳輸中斷，但檢測統計并沒有將其列入問題范圍。數據傳輸時延測試采用環回檢測方法，發送方收到正確返回的數據后為發送成功，并將環回時間除二作為傳輸時延。正常情況下移動臺切換時會發生短時的數據中斷，可能會影響1～2包的測試數據丟失，時間不超過4 s。表1是某條線路CSD數據傳輸丟失檢測記錄。

從表1中可以看到，采用的測試方法中有數據傳輸長時間中斷現象，中斷時間在36 s以上，但統計結果中沒有記錄鏈路丟失。現在的檢測由人工記錄統計相關信息，發現網絡系統存在問題，提請相關部門解決。通過不斷地積累，為對后續配置的檢測系統打下基礎。

圖5 頻譜掃描曲線

圖6 干擾檢測圖標

5 分組數據檢測

分組數據檢測我國鐵路沒有明確的評價標準，測試規范可操作性不高。測試中主要（下轉第111頁）突出分組數據傳輸功能的測試，例如傳輸調度命令和車次號信息傳輸功能。由于檢測水平不能滿足應用要求，導致分組數據傳輸應用中出現問題（如進路預告丟失），長時間不能確定問題產生的原因。

表1 CSD數據傳輸丟失檢測記錄

6 結束語

隨著GSM-R系統的發展，檢測裝備也在不斷發展，鐵道部已在綜合檢測列車上裝備了GSM-R系統的檢測裝置，為我國鐵路特別是高速鐵路GSM-R系統的正常應用起到保障作用。目前，GSM-R系統的檢測手段不夠完善，應多關注GSM-R系統的檢測技術對其應用的支撐作用，吸收先進的科學技術，更好地完善GSM-R系統的檢測水平，為鐵路通信現代化服務。