高速鐵路GSM-R網絡直放站覆蓋區段網絡優化

丁 珣

(中國鐵建電氣化局集團有限公司， 北京 100043)

高速鐵路GSM-R網絡直放站覆蓋區段網絡優化

丁 珣

(中國鐵建電氣化局集團有限公司， 北京 100043)

高速鐵路GSM-R網絡調試時，光纖直放站覆蓋區段往往是網絡優化過程中的難點部分，給GSM-R系統的順利開通帶來不利影響。文章結合已開通線路網絡優化過程中出現的問題進行研究，以GSM-R單網交織覆蓋模式為例，分析了直放站在不同弱場區段的直放站加漏纜、直放站加天線、直放站帶漏纜加天線三種應用模式,研究出影響直放站覆蓋質量的因素主要為直放站設備性能、施工工藝、參數設置(包括基站參數設置和直放站參數設置)以及同頻干擾等，同時分析了這些因素的影響表現，并給出了對應的優化方案，以準確迅速地解決網絡優化過程中的問題，保證整個網絡服務質量。

高速鐵路； GSM-R； 直放站； 網絡優化

1 引言

我國高速鐵路建設正在逐漸往西南方向拓展，這些地區以山區地形居多，形成的GSM-R網絡弱場區多且復雜，作為弱場覆蓋的主要解決方案，模擬光纖直放站(本文簡稱直放站)在工程中大量應用，同時也是工程調試階段中的重難點部分。根據以往工程經驗，在頻率規劃合理，宏基站本身的穩定性較好，外界電磁環境良好的前提下，實際當中出現問題較多的地段多為直放站區段，成為影響全線覆蓋質量的重要影響因素，因此有必要對這些區段的網絡優化工作進行重點分析。

2 直放站在不同弱場區段的應用

在目前工程中，主要采用的GSM-R覆蓋方式有單網覆蓋和單網交織覆蓋兩種，單網交織覆蓋模式中的問題基本可以涵蓋單網覆蓋模式下的問題，因此本文以單網交織覆蓋模式作為分析基礎。

GSM-R光纖直放站由近端機、光纖、遠端機等組成，近端機和遠端機主要包括射頻單元、光單元和控制單元等，具有中繼傳輸功能，中繼傳輸基站射頻信號，延伸通信覆蓋區域。無線信號從基站中耦合出來后，進入光近端機，通過電光轉換，從光近端機輸入至光纖，經過光纖傳輸到光遠端機，光遠端機進行光電轉換后將信號放大發射，覆蓋目標區域。直放站主要在3種不同場景分別有不同的覆蓋方式，如圖1所示。

圖1 直放站在不同弱場區段的應用

2.1 隧道內的弱場區段

如圖1中實線標注出的區域為隧道內，主要采用直放站加漏纜的方式覆蓋。遠端機處的連接如圖2所示。

圖2 直放站加漏纜覆蓋連接方式

2.2 純空間區段

如圖1中虛線標注出的純空間區段，采用直放站加天線的方式覆蓋。遠端機處的連接如圖3所示。

圖3 直放站加天線覆蓋連接方式

2.3 隧道群空間區間

如圖1中點線標注出的隧道與隧道之間的區段，采用直放站帶漏纜加天線的方式覆蓋。遠端機處的連接如圖4所示。

圖4 直放站帶漏纜加天線覆蓋連接方式

3 直放站覆蓋質量影響因素、影響體現及優化方法

工程中遇到的影響直放站覆蓋質量的因素主要分為以下幾類，下面重點進行分析。

3.1 設備性能

直放站本身性能主要指設備本身各種模塊(功率放大模塊、光模塊、電源模塊等)的穩定性、工作機制和上行底噪處理能力等。雖然實際應用中都要求各關鍵模塊采用1+1熱備，在當前工作模塊故障的前提下備用模塊啟用，但是若模塊頻繁出問題，最終將有可能因為缺少有用模塊而導致整個直放站宕站，如圖5所示。目前，各設備廠家對上行底噪的處理均能達到標準要求。

圖5 直放站宕站前后覆蓋對比

針對該因素，主要的優化思路為：在設備招標階段嚴格審核相應技術指標和配置，做好設備進場檢驗和倉儲，為調試階段準備足夠的備品備件等。

3.2 施工工藝

作為影響直放站覆蓋質量的重要因素之一，施工工藝往往被網絡優化人員忽視，造成分析誤區。由于該因素造成的影響有很多表現方式，常見的有以下幾種：

如圖6所示，遠端機102、103無主信號(來源于LBX-HSB04，1002)，遠端機104、105、106、107無從信號(來源于LBX-HSB04，1002)。

經現場檢查發現為LBX-HSB04近端機的信號輸入線斷了，重新換線后，所有信號恢復正常，如圖7所示。

圖6 直放站線纜問題體現舉例

圖7 故障解決后正常覆蓋

如圖8所示，遠端機80覆蓋往上行方向覆蓋陡降。

經現場排查檢查發現為遠端機跳線與漏纜接頭松動，重新緊固接頭后，遠端機80覆蓋恢復正常，如圖9所示。

圖10和圖11為遠端機105直放站設備掉電和恢復后的覆蓋曲線。

圖8 遠端機80上行方向覆蓋陡降

圖9 遠端機80覆蓋恢復正常

圖10 遠端機105掉電

圖11 遠端機105供電正常

針對問題表現，現場往往主要依靠經驗通過排除法來解決，主要的優化思路是：

(1)嚴格按圖施工，尤其是耦合器、電橋、功分器等與天線、漏纜、設備射頻口之間的連接，需要相應設備廠家督導到位。

(2)天線的安裝方向(水平角、俯仰角)、安裝方式應符合設計要求，安裝后應牢固可靠；天線饋電點應朝下，護套頂端應與支架主桿頂部齊平或略高出；跳線與天線接頭處應制作滴水彎并進行防水密封處理。漏纜的安裝位置、夾具的固定、彎曲半徑、保護應符合設計要求。漏纜的接續應牢固可靠，接頭外部應按照規范要求進行防護。整個天饋系統施工完成后，應進行駐波測試。

(3)基站與近端機之間、近端機與遠端機之間的光纖連接應正確，并有相應標識。

(4)設備供電和傳輸通道穩定。這項雖不嚴格屬于施工工藝范疇，但是在工程實施中往往由網優方協調相應方面來滿足。

3.3 參數設置

影響直放站區段的參數不僅包括直放站設備本身的參數設置，還與基站的參數設置息息相關。由于參數設置的便利性，網絡優化過程中通常希望優先通過參數優化來解決問題。

3.3.1 基站參數設置

通過調整切換參數如HOM，TINHBAKHO等使切換位置更加合理，防止乒乓切換，更改頻點用以消除網內干擾，以滿足CSD傳輸干擾測試的指標要求，最終達到驗收標準。主要的參數包括以下幾個：

(1)功率預算切換門限HOM

是用來調整切換位置的最重要參數，同時對于CSD傳輸干擾相關指標的影響很大：利用該指標可以將切換位置盡量避開電磁環境較差區域，從而使傳輸干擾時間控制在標準要求范圍內；也可以利用該指標調節小區之間的切換位置，控制每個小區的占用時間在20 s以上，從而使傳輸無差錯時間指標達標。

(2)功率遞減值PWRRED

此參數定義了TRX 進行功率遞減的步長值，通過此值的調整，可以以適當的功率值來覆蓋期望得到的小區半徑大小，此值對于直接調節小區覆蓋范圍大小起相當重的作用。

(3)功率余量切換平均窗口的尺寸HOAVPWRB

此參數定義了功率余量切換的平均窗口尺寸(SACCH 周期)，用于平均鄰小區downlink 接收電平、服務小區的 downlink 接收電平加功率控制糾正因子 。此平均在進行功率余量評估時完成。實際當中主要是結合HOM參數來調整切換位置，來達到優化網絡的目的。

(4)禁止回切計時器TINHBAKHO

其指定 BTS拒絕向源小區進行功率余量切換的時間周期。對于較易產生乒乓切換的小區交界處，可以通過TINHBAKHO設置來抑制反復的乒乓切換。

(5)下行鏈路inter-cell 質量切換門限HOLTHQUDL

此值決定了小區Downlink 方向由于信號服務質量原因而產生intercell handover 的門限值，當服務小區的下行接收質量低于此參數定義的值時，網絡將啟動相應的切換算法以保證MS 的通話質量。

3.3.2 直放站參數設置

直放站設備涉及到的參數很多，主要有：工作頻率范圍、最大輸出功率、最大增益、增益調整范圍、增益調節步進、帶內波動、互調衰減、雜散發射、帶外增益特性、輸入、輸出電壓駐波比、端口阻抗、噪聲系數、傳輸時延等，在網絡優化中涉及到最多的為上下行增益，主要解決以下兩大類問題：

(1)信號強度調節

主要包括主從信號下行電平調整，主從信號電平差調整(為了避免由于主從信號相差太小而導致乒乓切換，并且保證在單點故障時直放站單路信號仍然能符合覆蓋指標要求，建議主從相差為6 dB左右)，上下行鏈路不平衡調整等。合理的直放站覆蓋曲線如圖12所示。

(2)上行干擾抑制

由于直放站本身的接收能力以及設備底噪的影響，在測試中發生某些區段的直放站上行質量較差，這時可通過降低直放站上行增益來改善。圖13和圖14為某直放站覆蓋區域的測量報告對比，所做調整為將直放站上行增益降低3 dB，從圖14可以看出該處上行質量由原來的4級變為0級，得到了明顯改善。

圖12 合理的直放站主從信號強度

圖13 優化前的直放站上行質量

圖14 優化后的直放站上行質量

另外，上行干擾除了通過現場路測來判斷，也可以通過基站OMC-R的上行干擾帶統計來輔助分析，在網管上統計全線各個基站在一段時間內(如1周)的上行干擾帶，一般兩級及以下的干擾占絕大多數為正常，否則則可以初步判斷該基站覆蓋范圍內有可能存在上行干擾，這種現象有可能是兩個原因導致的：

一是，該區域存在外網干擾，由于聯通GSM900的下行頻段與GSM-R的上行頻段較接近，此時可以在該基站附近實地查看是否存在聯通發射天線，若存在，則可協調當地無線電管理委員會對相應天線進行加濾波器處理、降低發射功率，或調整天線俯仰角和方向角等；

二是，該基站所帶直放站區域存在上行干擾，此時可以通過直放站OMC-T遠程逐個鎖閉該基站所帶直放站，同時對應統計其上行干擾帶，若在某個或幾個直放站鎖閉的情況下上行干擾帶恢復正常，則可鎖定該直放站區域存在上行干擾，在確定設備無故障后，可通過降低該直放站上行增益來改善，調整后同樣也可以通過分析上行干擾帶分布來判斷是否有改善。

3.4 同頻干擾

直放站擴大了覆蓋范圍，也增加了多徑干擾，這種現象主要發生在隧道群區域兩個隧道之間的空間部分，主要表現為：列車經過這些區域時，下行質量突然惡化，傳輸誤碼高，導致傳輸干擾時間大于標準值，或者傳輸無差錯時間小于標準值，甚至導致CSD連接丟失，引起信號CTCS-3系統降級運行，給列車準點運行帶來影響。

針對這類問題的主要優化思路為：首先通過現場模擬測試分析出干擾來源，然后結合地形、天線方向角和俯仰角、直放站設備本身參數，通過降低直放站下行增益，或者在不影響覆蓋的前提下，下壓干擾來源天線下傾角，甚至摘除相互干擾的某個站的空間天線[1]。

4 結論

作為弱場覆蓋的主要解決方案，光纖直放站大量在工程中應用，主要的應用模式有直放站加漏纜、直放站加天線、直放站帶漏纜加天線3種。影響直放站覆蓋質量的因素，主要包括直放站設備性能、施工工藝、參數設置以及同頻干擾等，針對這些因素引起的網絡問題，均可采用文中給出的優化方法來解決。

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Network Optimization of GSM-R Network Repeater Coverage Section of High-speed Railway

DING Xun

(China Railway Electrification Engineering Bureau, Beijing 100043, China)

As the main solution to the weak field of GSM-R network, repeat stations are widely applied, meanwhile, problems frequently happen in the area that repeat station are used. In this paper, Combined with the experience of the High-Speed Railways have been opened, the application modes of repeater station on different weak field section of GSM-R intercross base station redundancy single-layer network are introduced, including repeat station with antenna, repeat station with leakage cable, repeat station with both antenna and leakage cable, also the factors that influence the QoS of repeat station area are summarized, including Equipment performance, construction process, parameter settings (base station parameter setting and repeater parameter setting) as well as the same frequency interference, and also the corresponding optimization methods are analyzed.

high-speed； GSM-R; repeater； optimization

2015-12-18

丁珣(1987-)，女，工程師。

1674—8247(2016)02—0029—07

U284.7

A