GSM-R 多徑干擾問題解決方案的探討

賀曙強 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路軌道交通開發(fā)有限公司

近年來上海局集團(tuán)有限公司鐵路發(fā)展迅猛，預(yù)計2020 年底，全局鐵路營業(yè)里程達(dá)到1.3 萬km，其中高鐵營業(yè)里程達(dá)到5 300 km。我國高速鐵路目前采用的是CTCS-3 列車控制系統(tǒng)，使用GSMR 網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)車地信息的雙向傳輸。當(dāng)車載ATP 與地面RBC 的無線通信出現(xiàn)中斷，基于安全導(dǎo)向的機制，列車會降級到CTCS-2 列車控制模式下運行。因此，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量對高鐵穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

隨著我局鐵路的不斷發(fā)展，鐵路建設(shè)遇到山區(qū)、水域等地形也越來越多，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的無線環(huán)境也越發(fā)復(fù)雜。為解決特殊地形的信號覆蓋，在隧道、大橋等場景引入了直放站，直放站將無線信號延伸到了基站覆蓋不到的弱場區(qū)，卻也給GSM-R 網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量帶來了一定的影響，特別是在直放站與基站或直放站與直放站共同覆蓋區(qū)域產(chǎn)生的多徑干擾問題。現(xiàn)階段，消除多徑干擾已成為GSM-R 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的主要工作之一。

1 多徑干擾原理

多徑傳播是指同一基站的無線信號經(jīng)過兩個或多個不同徑路到達(dá)接收機天線的現(xiàn)象。GSM-R 無線信號在鐵路應(yīng)用中通常存在空間、光纖和同軸電纜（包括饋線和漏纜）3 種傳輸方式，對應(yīng)每比特周期（TA）的傳輸距離分別為0.55 km、0.367 km 和0.484 km，各徑路無線信號經(jīng)過不同的傳輸介質(zhì)組合，到達(dá)接收機天線所需的時間也不同，因此造成多徑時延擴(kuò)展。

GSM 均衡器最多能處理15 us 左右的多徑時延（約對應(yīng)4TA），即最大傳播時延和最小傳播時延的差值不能超過4bit。當(dāng)時延多徑差值超過15 us，同時多徑間電平載干比小于12 dB 時（經(jīng)驗值C3 線路要求>18 db），便會產(chǎn)生多徑干擾，具體表現(xiàn)為通話質(zhì)量惡化，甚至出現(xiàn)掉話，造成C3 超時或降級。

2 多徑干擾的解決思路

根據(jù)多徑干擾產(chǎn)生的條件，相對應(yīng)的解決思路如下：調(diào)整時延差、調(diào)整載干比以及調(diào)整切換位置，避開多徑干擾區(qū)域。

調(diào)整時延差往往需要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)從設(shè)計階段避免多徑干擾的產(chǎn)生，同時部分多徑干擾具有一定的偶然性，需要長時間積累樣本后才能發(fā)現(xiàn)問題，通常都在運營階段才能提出改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的解決方案，實施難度較大。

載干比調(diào)整則是提升或降低其中一路信號的電平強度，拉大信號強度差值。具體手段如下：

（1）調(diào)整基站或直放站天線安裝參數(shù)；

（2）調(diào)整基站或直放站功率，在基站或直放站側(cè)增加衰減器；

（3）關(guān)閉冗余直放站；

（4）調(diào)整切換位置。

針對部分干擾源不明，或者定位困難的隧道群多直放站區(qū)段，還可以通過調(diào)整切換位置，避開多徑干擾區(qū)域。

本文通過2 個案例分別介紹2 種場景下多徑干擾的問題分析及解決方案。

3 案例分析

3.1 基站與直放站間多徑干擾處理

3.1.1 原因分析

某高鐵有車次在HZNHCXLS-ZJ12至HZNHCXLS-ZJ11 區(qū)段出現(xiàn)降級。查看降級車次Abis 接口數(shù)據(jù)，降級問題發(fā)生 時 ，MT 在 K220+500 附 近 由 HZNHCXLS-ZJ12 切換至 HZNHCXLS-ZJ11，切換后上行質(zhì)差7 級并掉話，下行電平值及質(zhì)量缺失，切換后的TA 值為8（圖1）。

圖1 降級列車Abis 口截圖

查看正常車次Abis 接口數(shù)據(jù)，MT由 HZNHCXLS -ZJ12 切 換 至 HZNHCXLS-ZJ11 后的上下行電平和質(zhì)量均良好，TA 值≤3。

對比降級車次和正常車次切換的TA 差值≥4，初步判斷降級是由于多徑干擾導(dǎo)致。

查看GSM-R 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在降級區(qū)域能接收到HZNHCXLS-ZJ11 和HZNHCXLS-ZJ11/R1 直放站主信號，存在多徑干擾的可能（圖2）。

圖2 HZNHCXLS-ZJ12 切換至HZNHCXLSZJ11 區(qū)段GSM-R 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 方案制定

對比Abis 口監(jiān)測數(shù)據(jù)，出現(xiàn)降級的車次切換公里標(biāo)在K220+500 附近，正常車次的切換公里標(biāo)大部分在K220+000 附近。

查看總公司測試截圖，借鑒HZNHCXLS-ZJ11/R1（K217+070）從信號電平曲線走勢（淺藍(lán)色線），可以推斷主信號電平強度（從測試截圖分析，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信號較從信號弱5 dB 左右）（圖 3、圖 4）。

圖3 HZNHCXLS-ZJ12 切換至HZNHCXLSZJ11 區(qū)段總公司測試截圖

圖4 降級列車Abis 口截圖2

當(dāng)切換公里標(biāo)K220+500 附近時，HZNHCXLS-ZJ11 基站信號強度在-60 dBm 左右，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信號強度在-75 dBm 左右，基站和直放站的電平差值在-15 dB 左右；若將切換位置調(diào)整至K219+500 附近，HZNHCXLSZJ11 基站信號強度已達(dá)到-47 dBm(最強顯示-47 dBm，實際可能更高)，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信號強度在-75 dBm 左右，此時基站和直放站的電平差值在-30 dB 左右。通過調(diào)整切換位置可將基站和直放站的信號電平差值大幅拉開，進(jìn)而減弱多徑干擾的影響。

3.1.3 處理結(jié)果

調(diào)整HZNHCXLS-ZJ12 至HZNHCXLS-ZJ11 的 PBGT 切換門限：70→73。調(diào)整后切換公里標(biāo)在K219+200 附近，切換后的TA 值為1，上下行電平和質(zhì)量均良好，后續(xù)該區(qū)段未再次出現(xiàn)C3 降級現(xiàn)象。

3.2 直放站與直放站間多徑干擾處理

3.2.1 原因分析

某高鐵有車次在JXB-SXB06 至SheXianBei 區(qū)段出現(xiàn)降級。查看降級車次Abis 接口數(shù)據(jù)，降級問題發(fā)生時，MT在K1285+900 附近由JXB-SXB06 切換至SheXianBei，切換后下行質(zhì)差7 級并掉話，切換后的 TA 值為 14（圖 5）。

查看正常車次Abis 接口信令數(shù)據(jù)，MT由JXB-SXB06 切換至SheXianBei 后的上下行電平和質(zhì)量均良好，TA 值≤8。

對比降級車次和正常車次切換的TA差值≥4，初步判斷降級是由于多徑干擾導(dǎo)致。

該問題前期已通過斷開直放站從信號光纖，定位為JXB-SXB06/R3 從信號與SheXianBei/R1 主信號間產(chǎn)生的多徑干擾問題，并通過JXB-SXB06/R3 加5 dB 衰減器處理，處理后干擾問題有所緩解，但還是存在多徑干擾問題。GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖5。

圖5 JXB-SXB06 切換至SheXianBei 區(qū)段GSM-R 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 方案制定

查看總公司測試截圖，JXB-SXB06/R3（K1284+996）處從信號已經(jīng)在-70dBm左右，并可以判斷從該直放站發(fā)射的SheXianBei 的信號至 SheXianBei/R1 附近會更低，根據(jù)多徑干擾發(fā)生的條件，判斷本次問題非JXB-SXB06/R3 從信號導(dǎo)致。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析無法判斷多徑來源，若再次通過逐一關(guān)閉直放站從信號進(jìn)行定位并調(diào)整多徑來源信號強度的優(yōu)化方案，難以保證優(yōu)化進(jìn)度以及優(yōu)化效果。因此本次調(diào)整采用調(diào)整切換位置避開多徑干擾區(qū)域（圖6）。

圖6 JXB-SXB06 切換至SheXianBei 區(qū)段總公司測試截圖

3.2.3 處理結(jié)果

將SheXianBei/R1 從信號提升13dB同時調(diào)整JXB-SXB06 至 SheXianBei 的PBGT 切換門限 ：68→69。調(diào)整后切換公里標(biāo)在K1286+700 附近，切換后的TA值為6，上下行電平和質(zhì)量均良好，問題得到解決。

4 總結(jié)

在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)日常維護(hù)工作中，多徑干擾一直是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個難題。針對此類問題，只有了解多徑干擾產(chǎn)生的原理、并進(jìn)行深入分析，才能準(zhǔn)確的定位干擾源，提出有針對性的解決方案，最終減弱、消除多徑干擾的影響。希望通過此次對多徑干擾問題的探討，能夠為今后高鐵GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化及維護(hù)人員提供借鑒和參考。