京滬高鐵并線區段無線網絡優化淺析

鄭和民 上海鐵路局上海通信段

1 引言

我國鐵路正在朝高速鐵路、客運專線方向發展。經過近幾年的不斷提速，120~160 km/h的快速鐵路已達到20000余千米，特別是目前的京津成際、武廣客專、滬寧城際的速度已經達到350 km/h。鐵路原有的無線通信模式已經不能滿足高速鐵路運用的發展，鐵路提速和客運專線網絡化、智能化、綜合化的行車調度指揮系統需要高度可靠、高度安全、快速接入的鐵路綜合數字移動通信網絡，以及透明、雙向、大容量的車-地安全和調度指揮的信息傳輸平臺。

鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）是在GSM蜂窩系統上增加了調度通信功能和適合高速環境下使用要素的系統，能滿足國際鐵路聯盟提出的鐵路專用調度通信的要求。目前我國高速鐵路及客運專線引入了鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）技術，從無線網絡覆蓋方面應用了單覆蓋單層網、交織覆蓋單層網及同站址雙網覆蓋等技術，并可根據鐵路運用的不同業務對應不同的覆蓋方式，極大地降低了網絡覆蓋的成本，保證了網絡的安全穩定。

2 鐵路無線網絡覆蓋方式

鐵路線上無線覆蓋主要有單覆蓋單層網、交織覆蓋單層網（客專）、同站址雙網（青藏、大秦線）等。

2.1 單覆蓋單層網

單覆蓋單層網的優點：低成本、無線參數易于設置、最有效的利用頻率、需要最少的站址。缺點：一旦某BTS故障，其服務區域將不提供業務。主要運用于既有非高速鐵路。

2.2 交織覆蓋單層網

交織覆蓋單層網是完全重疊覆蓋方式：同一地點設置2套BTS（含天饋線），兩套BTS在同一機房內，共享一套傳輸，電源等設備，共用一個鐵塔。兩副天線安裝在同一鐵塔上，需保證天線的隔離度。每層網各由一套BSC控制，形成雙層無線覆蓋。優點：BTS冗余、中等成本。缺點：除了某一個BTS故障，其他基站子系統中設備出現故障時網絡不提供冗余；對服務質量有一定影響（切換數量增加）；較低的頻率利用效率（高重疊區域）；需要較多的站址；中等的無線參數設置復雜度。主要運用于客運專線鐵路（京滬高鐵、滬寧城際、滬杭客專等）。

2.3 同站址雙網

同站址雙網是完全重疊覆蓋方式：同一地點設置2套BTS（含天饋線），兩套BTS在同一機房內，共享一套傳輸，電源等設備，共用一個鐵塔。兩副天線安裝在同一鐵塔上，需保證天線的隔離度。每層網各由一套BSC控制，形成雙層無線覆蓋。優點：全系統冗余、較低的站址需求（機房、鐵塔共享）。缺點：投資高；無線參數設置較為復雜；如果某一站址出現問題，同樣發生服務中斷。

3 京滬高鐵與滬寧并線區段無線網絡優化淺析

京滬高鐵上海局聯調聯試段（蚌埠南-虹橋）GSM-R網絡正線總里程約460 km，共設置基站158套，直放站近端機20套，直放站遠端機29套，敷設漏纜約6.86 km。其中與滬寧城際并線運行區段有三處（鎮江-寶華山，丹徒-鎮江，陽澄湖-蘇州園區）約90 km，由于京滬高鐵與滬寧城際均為GSM-R系統，且都承載了C3列控業務，從無線網絡組網上都采用了交織覆蓋單層網技術。因此在京滬高鐵GSM-R網絡優化的過程中會對既有滬寧城際線帶來影響，這給我們做好網優工作帶來了相當大的難處，主要表現為：

①兩條線交叉區域的基站互有相鄰關系，且滬寧城際為既有運行線路，稍有不慎會造成基站相鄰小區切換錯誤，引起滬寧城際高鐵列車C3降級，影響運輸秩序。

②鐵路GSM-R系統上行采用885-889M頻段，下行采用930-930M頻段，僅有4M頻段的帶寬。GSM-R系統標準以200 K帶寬作為每個頻點的間隔，因此可用頻點只有19個。而在交叉區域、接近區域的基站頻點設置既要考慮單網交織，又要考慮同頻、鄰頻干擾的問題，頻率規劃十分困難。

③由于滬寧城際白天不能關基站，京滬高鐵又要利用夜間進行線路、設備等的整治，所以京滬高鐵的GSM-R無線環境的清頻工作一直進展緩慢。

④京滬高鐵基站在優化調整的同時，也需要對交叉區域滬寧城際的部分基站做調整，測試、驗證的作工量也成倍增加。

交叉區域的網絡優化作為重點攻關項目，交叉區域出入口處的網絡優化直接關系到京滬高鐵與滬寧城際GSM-R系統CSD指標。針對這些特殊地段，網絡優化小組根據地形地貌、基站位置、場強覆蓋、鄰區關系等資料，制訂了各種假象情況下可能出現切換失敗、掉話、乒乓切換等的可能性，并在聯調聯試階段進行了重點的測試、分析、調整和優化，目前，京滬高鐵和滬寧城際GSM-R網絡指標基本達標?，F將我們針對特殊地段的優化測試做一分析。

3.1 鎮江-寶華山區段無線網絡優化

該區段滬寧城際鐵路和京滬高鐵線路基站GPS線路如圖1所示。

圖1 鎮江-寶華山區段無線基站分布圖

經過多次測試驗證，在京滬高鐵基站NJN-ZJX14關閉的情況下，測試終端沿京滬高鐵下行方向運行時，在經過滬寧城際雙基站ZJ-BHS03(A)(B)后，若誤切換至滬寧城際基站ZJ-BHS02后則無法切換回京滬高鐵基站NJN-ZJX14，最終引起掉話。當NJN-ZJX14關閉時，在此處ZJ-BHS02場強電平略高于NJN-ZJX15，通過修改基站ZJ-BHS03(A)(B)->NJNZJX15 HOM參數值設為63，降低了切入NJN-ZJX15的門限值，滿足了NJN-ZJX14基站宕機情況下的切換指標。

3.2 寶華山-南京區段無線網絡優化

該區段滬寧城際鐵路和京滬高鐵線路基站GPS線路如圖2所示。在京滬高基站NJN_ZJX13和京滬高滬寧共基站ZJ_BHS07之間，由于滬寧基站ZJ_BHS08在兩站間信號較強，京滬高鐵上行方向運行時列車會切換到滬寧線基站ZJ_BHS08，而基站ZJ_BHS08與基站NJN-ZJX13之間無鄰區切換關系，則會出現掉話情況，詳情如下：

圖2 寶華山-南京區段無線基站分布圖

3月29日在京滬高鐵聯調聯試動車組上對該區域的測試，基站ZJ_BHS08在京滬高基站NJN_ZJX13和京滬高滬寧共基站ZJ_BHS07區段之間信號較強，若動車組在京滬高鐵線路上運行時經過該區域范圍內可能會誤切至滬寧基站ZJ_BHS08，導致掉話及C3降級的發生。

通過實地勘察發現該處鐵路是凹塹地形，其中與鐵路垂直方向有馬路經過，鐵路需要架橋。由于該處兩邊山坡阻擋，京滬高鐵鄰近基站信號衰減較大，而垂直的滬寧基站信號則衰減小。根據這一情況我們進行了規劃仿真，根據仿真數據也發現ZJ-BHS08下行天線信號在京滬線NJN-ZJX13和ZJBHS07中間信號較強，跟實測基本一致。

對ZJ_BHS08 BCCH 1001進行了現場定位，同時在鐵路邊步行測試基站ZJ-BHS08 BCCH1001頻點的場強分布，該處1001頻點作為主覆蓋信號的區域。

通過車載設備的測量報告、實地的考察驗證和步行測試的結果等一系列數據來調試基站ZJ_BHS08天線方位角，并抬高了基站ZJX_NJN13下行向天線傾角。

調整后通過在鐵路邊步行測試基站ZJ-BHS08 BCCH1001頻點的場強分布情況，除個別地方場強下降不多外，其余場強下降明顯，都達到預期效果。1001頻點在該區域基本不作為主覆蓋信號。

調整完成后在京滬高鐵聯調聯試動車組上對該區域進行了復測，各項指標正常，動車組在京滬高鐵線路上運行時不再會誤切到滬寧線線路基站，此處問題點已經徹底解決。

4 無線網絡優化的建議

京滬高鐵GSM-R網絡優化工作至4月12日基本告一段落，經過大家的共同努力，網絡質量、指標等均有了較大地改善，京滬高鐵與既有線有許多交叉、并線區段的復雜情況，我們在平時工作中也是第一次遇到。在工作過程中我們提高了工作經驗，也遇到了不少問題，這些都是今后需要注意的，主要有以下幾點：

(1)切換順序要嚴格按照設計規劃的要求，對不滿足切換順序的基站可通過調整天線方位角、俯仰角，或者修改PBGT參數HOM值等方法來滿足切換要求。

(2)加強現場地形的調查，對于因城市建設等造成的地形變化要通過加強測試、日常巡檢等方式早期發現，及時地對相關部件、參數等進行調整。交叉區域或多條GSM-R線路交匯的樞紐地區應該采用最新的分布式基站，以解決頻率規劃困難、切換關系復雜等難題。

(3)要保證干凈、良好的無線電磁環境。因為清頻工作是一項長期的、難度大的工作，尤其是接近既有線時，必須要利用天窗時段關閉既有基站進行測試，增加了工作的難度，也影響清頻工作的質量。

(4)加強網絡優化分析，尤其是并線區域多基站工作，且又要滿足切換順序時，則要測試多種條件和情況下的網絡數據，認真加以分析，合理制定網優工單，最終形成測試-分析-調整-再測試-再分析-再調整的循環過程。

(5)利用接口監測系統對網絡進行跟蹤測試，并結合車上測試數據進行統一分析，有利于提高每天網優數據分析的質量。