石太客運專線GSM－R無線網絡優化案例分析

郭桂芳

郭桂芳:北京鐵路通信技術中心 高級工程師 100038 北京

石太客運專線是我國最早啟動建設的鐵路客運專線之一，采用了GSM-R通信系統，傳輸鐵路運輸中大量的車-地話音和數據信息，其網絡運行質量關乎系統的安全性和可靠性。GSM-R無線網絡性能質量標準是衡量網絡運行狀態以及網絡性能的評判標準，一般以月為統計周期，從BSC網管的話務統計性能中獲得包括信令信道、業務信道的可用率、分配成功率、掉話率、擁塞率，以及越區切換成功率、壞小區比例和無線系統接通率等共11項指標。

自2009年4月1日開通以來，石太客運專線GSM-R無線網絡性能指標出現的不合格項，主要體現在信令信道擁塞、業務信道掉話，以及小區不正常切換等方面。為此，對無線接口信令進行分析，經現場調查、呼叫測試確定了故障點，制定了可行的無線網絡優化方案，調整了無線資源參數、小區天饋工程參數，整治了直放站設備等，逐步改善了無線網絡性能指標，提高了無線網絡質量。

1 調整無線資源參數解決信令信道擁塞

信令信道 (SDCCH)擁塞率是GSM-R無線網絡中一個很重要的指標，直接影響話務的接入，鐵標規定在非列控區段該指標要小于等于1%。2011年10月，石太客專網管維護人員通過KPI指標監控，發現TOP小區XLS-JXB03的SDCCH擁塞率高達8.83%，月平均為3.34%，存在嚴重的SDCCH信道擁塞。

該小區為2載頻配置，信道類型配置為:1個BCCH信道、12個TCH信道、1個SDCCH信道、1個PDCH信道和1個動態PDCH信道。當月小區XLS1-JXB03平均每天位置更新請求次數約900次，而鄰小區XLS1-JXB02、XLS1-JXB04平均每天位置更新請求次數僅為100次，頻繁的位置更新會造成SDCCH信道擁塞。為此，提取該小區11月20—22日A接口信令，統計該小區共發起位置更新1737次，位置更新原因主要為:IMSI附著 (IMSI attach)、周期位置更新 (Periodic updating)和普通位置更新 (Normal location updating)，其中普通位置更新為1672次，主要為非鐵路用戶。位置更新請求成功83次，位置更新拒絕1654次，位置更新拒絕的均為非鐵路用戶，即公網用戶。

當公網用戶終端在公網盲區、弱場區檢測不到公網信號，只有GSM-R網絡信號，并且該用戶終端支持GSM-R頻段，移動臺的接入不被GSM-R網絡小區禁止時，將啟動位置更新過程，占用GSMR網絡隨機接入信道，并向GSM-R網絡發送信道請求消息，相應小區基站設備將為此次信道請求分配一條空閑的SDCCH信道，從而占用GSM-R系統SDCCH信道資源，造成信令信道的擁塞。

目前，我國鐵路沒有大范圍屏蔽公網用戶，為解決小區SDCCH信令信道擁塞問題，避免對鐵路沿線機車通信造成安全隱患，針對石太客專線話務量不高的現狀，采取修改小區SDCCH信令信道參數的方案，在BSC無線網管上調整小區的空閑SDCCH信道門限N1，由2調整為8，也就是說當小區內的空閑SDCCH信道數小于等于本參數設定值時，則嘗試尋找可用TCH轉換成SDCCH信道，使該小區信令信道請求次數增多，從而有效解決信令信道擁塞問題。調整后該小區信令信道擁塞率滿足標準要求。

2 調整天饋參數解決小區間乒乓切換

鐵道部動車檢測車檢測過程中，發現在小區22-JXB-YQB09與23-YQB間存在乒乓切換問題，且無線信號較差，信號強度約－85 dBm。乒乓切換是當移動終端在當前服務小區和相鄰小區之間，因信號強度相近并且劇烈變化，而造成的在2個小區間來回切換的問題。查看地圖，結合現場環境，發現該區域鐵路線路雖為直道，但存在四五處公跨鐵橋，對兩側基站信號有一定的阻擋衰耗，使服務小區的信號強度降低。為此，調整一側基站，即22-JXB-YQB09的天線下傾角參數，增加切換帶區域的電場強度，從而消除乒乓切換問題。

施工調整前，安排一名網優人員在切換帶K107±50處使用測試手機測試22-JXB-YQB09與23-YQB接收電平，并測試22-JXB-YQB09基站下及東南西北各50 m范圍內的信號場強，并安排塔工登塔采集22-JXB-YQB09基站天饋信息;另有網優人員測試22-JXB-YQB09與23-YQB基站場強。

施工調整中，在切換帶區域電話聯系塔工對22-JXB-YQB09西側天線進行以1°為間隔的調整，使用測試手機及基站場強測試儀，監控小區場強變化直至理想場強狀態，記錄調整后的天饋信息，確定22-JXB-YQB09基站西側天線機械下傾角由7°調整為3°后切換帶場強信號最佳。

施工調整完畢，再次利用測試手機對K107±50切換帶區域進行場強覆蓋測試，測試數據對比如表1所示。

調整后，22#基站與23#基站覆蓋路段，22#向23#基站切換時接收電平強度為－76 dBm左右，未出現頻繁切換或切換失敗。切換完成后，22#基站接收電平強度達到預想結果，并未出現22#越區覆蓋，解決了該處乒乓切換問題。

表1 調整前后切換帶區域場強覆蓋對比

3 直放站設備問題處理

石太客運專線地形多橋隧，采用了大量的光纖直放站加漏纜作為弱場補強措施。因此光纖直放站及漏纜的設備質量及運行狀況直接影響GSM-R網絡運行，尤其是在長達27 km的太行山隧道內更是如此。太行山隧道是石太客運專線的重點控制工程，是目前我國GSM-R網絡中最長的山嶺隧道，隧道最大埋深445 m，設計為雙洞單線隧道，二線線間距35 m。隧道左線全長27.839 km，右線全長27.848 km。為了提高石太客專通信網絡的可靠性，降低長大隧道通信設備維護工作量，GSM-R系統采用高冗余配置，在太行山隧道內采用了4個基站，每個基站覆蓋2個小區，各小區均為O2型載頻配置，光纖直放站也有冗余配置，所有的光纖遠端站1+1備份，如圖1所示。

石太客專無線網管KPI指標監控顯示，太行山隧道內小區切換成功率太低，隧道內多有掉話。為此挑選長大隧道內切換成功率持續較低的JXBYQB05基站作為網優的重點。該基站有JXBYQB05-1與JXB-YQB05-2小區。石太客專下行網絡檢測結果表明，MS占用JXB-YQB05-2基站信號后，向鄰區JXB-YQB05-1發起切換請求，請求失敗后，再次發起切換仍然失敗，最終掉話。第1次切換時，服務小區及鄰區電平均為－65 dBm;第2次切換時，為－70 dBm，無質量差別。為此，首先查看現網鄰區配置，確定小區JXB-YQB05-2與JXB-YQB05-1添加了相鄰小區關系;其次，分析信令跟蹤數據，發現切換前測量報告中雖然上行信號強度遠遠低于下行信號，但仍在可接受范圍，且無質量差別問題;最后，查看層3信令，發現切換失敗原因為Protocol error，unpecified(協議錯)。

圖1 特長隧道覆蓋解決方案示意圖

為了找到小區切換失敗的根源，首先查看網管監控中心信息，網管指示該小區基站設備無告警，下掛直放站設備、漏纜監控無告警，設備運行狀態正常。在現場進行撥打測試，在該基站處利用測試手機分別在2個小區起呼、占用并通話，呼叫撥打測試結果表明:2個小區的場強信號分別為－49 dBm，－60 dBm，語音清晰，無雜音。使用手機進行強制切換，能夠切換成功，可排除基站小區數據配置問題導致切換失敗。協同直放站廠家檢查該基站下掛直放站設備。該基站的2個小區JXBYQB05-1與JXB-YQB05-2各帶一個直放站的近端機，2個近端機分別下掛4個和8個遠端機，同一處的遠端機互為備份，分別用一根尾纖同近端機內的光模塊相連，在光模塊內部匯成一路光信號進行處理。將小區JXB-YQB05-1所帶的遠端機R1所屬光模塊主、備光纖進行接頭互換后，再次進行撥打測試，發現JXB-YQB05-2向JXB-YQB05-1切換正常。會同直放站廠家分析研究后，認為該處遠端機為1+1備用，主、備用不能自動倒換。為此對該處近端機光單元組件進行更換升級，將近端機內的光模塊更換升級為2路光信號輸出模式，解決主、備用光信號倒換問題，經后期網管KPI指標顯示及添乘測試結果表明:JXB-YQB05-2向JXB-YQB05-1切換正常，再未出現掉話;將小區JXB-YQB05-2所帶的遠端機R1更換升級后，上行線路小區JXBYQB05-1向JXB-YQB05-2切換問題解決。

為此，將所有大長隧道內的近端機全部更換升級，也避免了以后所有帶主、備用遠端機小區間的切換問題，調整后大長隧道內的切換成功率上升為100%，掉話率也大幅降低。

4 小結

以上只是針對石太客運專線無線網絡優化工作的一些經驗和體會，隨著GSM-R在鐵路專用通信網絡中的大規模應用，網絡質量的提升需要由原來的設備日常維護及故障處理工作，逐步升級到長期的網絡優化的層面上來，網絡維護人員要在掌握扎實的GSM-R理論知識基礎上，通過大量的現場實踐、網優經驗的積累及典型案例的分析，逐步提升GSM-R網絡優化水平，優化網絡資源配置，改善網絡運行環境，提高網絡運行質量，為鐵路專用通信業務傳輸提供有力保證。

［1］ 韓斌杰．GSM原理及其網絡優化［M］．北京:機械工業出版社，2007．

［2］ 鐘章隊，李旭．鐵路GSM-R數字移動通信系統［M］．北京:中國鐵道出版社，2007．

［3］ 中華人民共和國鐵道部．鐵運(2011)121號鐵路數字移動通信系統(GSM-R)維護暫行規則［S］．2011．

［4］ 鐵道第三勘察設計院集團有限公司．石太客專四電集成初步設計文件［R］．2008．