GSM-R線路交叉區域異常占用引起CTCS-3降級分析與優化

趙寅龍

（中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段，上海 200080）

合福高鐵是一條連接安徽省合肥市與福建省福州市的高速鐵路。作為連通安徽到福建沿海地區的一條大能力客運通道，合福高鐵有“最美高鐵”美譽，是國內路網八縱八橫規劃中京港臺通道的重要組成部分，線路全長850 km，設24 個車站，其中上海鐵路局管內安徽段里程約340 km。

合福高鐵全線采用GSM-R 系統，為CTCS-3（C3 級）列車控制信息傳輸等功能的實現提供通信支持。GSM-R 系統總體穩定可靠，但受限于鐵路沿線環境日趨復雜，部分線路交叉、并線和交匯等特殊區域容易網絡工作異常，導致C3 通信超時、降級等情況發生，從而影響高鐵列車的正常運行。因此，解決線路交叉特殊區域網絡問題是GSM-R 網絡優化的重點工作，為行車安全控制提供有力保障具有重要意義。

1 合福高鐵降級故障案例

1.1 問題描述

合福高鐵下行方向多次出現C3 通信超時情況，通信超時嚴重時會引起C3 降級發生，從而影響高鐵列車行車安全和效率。調取故障階段的C3 接口監測系統數據，發現超時情況發生時存在Abis 口、A 口數據缺失，僅有PRI 口數據的現象。經與C3接口監測廠家確認，此現象證明數據缺失期間有通信，因此初步判斷為終端占用非合福高鐵基站，之后無法切換回本線導致掉話，進而發生降級。

1.2 問題排查

分析話統數據：合蕪線ZhongHan 基站存在掉話情況，且掉話時間與超時時間相符。

查看線路地圖：合福高鐵線與合蕪線存在交叉區域，此范圍內兩線路均有多個基站部署，合蕪線ZhongHan 基站位于此交叉區域，如圖1 所示。

圖1 合福線與合蕪線存在交叉區域Fig.1 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway and Hefei-Wuhu Railway

分析C3 接口監測數據：降級情況發生于RBC 交權區。正常車次MT1 在合福高鐵線CLHCHD10 基站通信結束，MT2 在CLH-CHD08 基站起呼；降級車次MT1 在CLH-CHD10 基站通信結束，且MT2 起呼的Abis 口、A 口數據缺失。根據Abis 口、A 口無數據而PRI 口有數據的現象，表示數據缺失期間有通信，結合線路地圖分析，考慮通話可能與異常占用合蕪線基站有關。

2 故障原因分析

2.1 分析異常占用鄰線基站可能性

在交叉區域，合福高鐵基站與合蕪線基站無鄰區關系，正常情況下在此區域MT2 不會切換或重選至合蕪線基站。

合福基站、合福BSC 均無異常告警，且MT1在該區段正常通信，排除合福基站硬件故障導致MT2 異常占用合蕪線基站。

核 查HeFeiNan 至CLH-CHD10 基 站，未 發現合蕪線與合福高鐵存在基站的BCCH 相同的情況，排除從合福高鐵基站重選至合蕪線基站。

查看線路地圖：合福高鐵線在合肥南附近存在交叉區域，如圖2 所示。合福高鐵由HeFeiNan 基站出站下行方向在HFN-CLH01A/B 基站附近存在分叉，其中合福高鐵由HFN-CLH01A/B 基站切換至HFN-CLH02 基站，而合肥南環線由HFNCLH01A/B 基站切換至FD-HFN02 基站，隨后由南環線轉合蕪線。

圖2 合福線與南環線、合蕪線存在交叉區域Fig.2 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway, the south loop and Hefei-Wuhu Railway

考慮合福高鐵線與合肥南環線、合蕪線存在交叉區域情況，初步懷疑降級車次MT2（空閑態）由HFN-CLH01A 基站重選至FD-HFN02 基站，隨后占用合蕪線基站，當列車經過CLH-CHD08 附近的地面應答器時，觸發MT2 在合蕪線基站起呼。

2.2 監測數據分析

分析Abis 口數據：查看降級車次C3 接口監測數據，發現HFN-CLH01A 基站切換至HFNCLH02 基站前，合福高鐵線HFN-CLH02 基站的電平值較合肥南環線FD-HFN02 基站強10 dBm左右，如圖3 所示。

圖3 降級車次C3接口監測數據Fig.3 Monitoring data of C3 interface of a degraded train

分析合福高鐵中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱國鐵集團）動檢車測試數據：降級車次占用HFN-CLH01A 基站時，HFN-CLH02 基站的電平值較FD-HFN02 基站強5 dBm 左右，如圖4 所示。

圖4 降級車次動檢車測試數據Fig.4 Test data from a high-speed comprehensive inspection train regarding the degraded train

2.3 原理分析

GSM-R 即鐵路數字移動通信系統，其建設初期規劃對象一般是單獨線路，規劃環境比較簡單且無線干擾較少。隨著國內鐵路八縱八橫規劃的建設以及既有線改造的快速進行，鐵路無線專網面對的環境日趨復雜，特別是在鐵路線路交叉、并線和交匯等特殊區域，當路線完全并行或相互跨越時，無線網絡規劃面臨嚴重的無線覆蓋、頻率規劃和業務實現等難題。

為了保障移動狀態下列車通信服務的穩定性、連續性，GSM-R 基站在鐵路沿線按接續覆蓋線路規劃建設，服務小區間采用切換的方式來滿足車地間信息傳送需求。當列車經過小區邊緣區域，移動臺測量當前無線子系統的下行鏈路質量以及從鄰近小區接收電平的信號強度，基站監測每個被服務移動臺的上行接收電平和質量，并將測量報告上報基站控制器。基站控制器根據基站傳來的測量報告進行切換判決，對目標小區進行篩選后確定切換小區。小區切換時，移動臺與目標小區之間建立新鏈路，目標小區分配一個新的信道，并命令移動臺切換到新信道上繼續提供服務，而用戶和舊小區之間的鏈路連接會被刪除和釋放，以保證用戶通話的連續性。在線路交叉區域，不同線路的基站覆蓋范圍可能相互重疊，當列車經過小區重疊區域且小區覆蓋場強相近時，移動終端不能明顯分辨出本線路和相鄰線路覆蓋小區，因此容易造成錯切情況，使系統掉話率增高，嚴重時導致通信超時乃至降級故障發生，影響列車正常運行秩序。

對于高速運行的列車而言，通話情況下的小區切換由切換參數來進行控制，經查詢相關線路設置，確認HFN-CLH01A/B 基站至合福高鐵HFN-CLH02 基站的切換門限為4 dBm，HFNCLH01A/B 基站至南環線FD-HFN02 基站的切換門限為7 dBm，即通話情況下合福高鐵下行列車較難切換至南環線FD-HFN02 基站。

空閑模式下小區重選的定義為：C2 ＝C1 ＋CRO，其中C1 ＝接收電平－最小接入電平。經核查，合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環線FDHFN02 基站的最小接入電平與CRO 參數設置一致，即在空閑模式下，僅比較電平值，MT2 會重選至合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環線FDHFN02 基站中信號較強的小區；若南環線基站信號較強，則合福高鐵下行列車會產生異常占用非合福高鐵基站的情況，從而造成異常重選故障發生。

綜上所述，該C3 降級問題是由于空閑模式下異常占用合肥南環-合蕪線基站導致。從Abis 口監測數據（通話態MT1 的數據）和國鐵集團動檢車測試數據分析，不滿足合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環線FD-HFN02 基站重選的條件，但由于存在快衰落或終端接收性能差異，因此可能是在某個地點降級的模塊接收電平較強導致異常重選。

3 優化調整方案

3.1 故障應急處置

為驗證列車終端從合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環線FD-HFN02 基站重選導致降級，并避免再次出現連續降級情況，臨時調整了合肥南環線FD-HFN02 基站的功率等級，由等級3 降至等級10（功率等級每降低1，功率下降2 dB）。

下調合肥南環線FD-HFN02 基站的功率等級后，問題區域未再次出現降級情況。至此，可判斷故障發生時合肥南環線FD-HFN02 基站在合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區 段 覆 蓋 過強，導致列車空閑態MT 重選至合肥南環線HFNCLH02 基站而造成降級發生。

3.2 優化調整方案

GSM-R 網絡中，基站異常占用主要是由于區域內基站天線角度不當、發射功率設置不當、切換參數設置不當等因素造成的。為避免后續該區段再次出現此問題，同時為恢復臨時處置時調整的南環線FD-HFN02 基站功率，制定網絡優化方案如下：

1）調整南環線FD-HFN02 基站天線：方位角225°→235°，俯仰角6°→8°；

2）調整合福高鐵HFN-CLH01A/B 基站天線：方位角140°→130°，待第一步實施后看情況決定是否實施；

3）調整合福高鐵HFN-CLH02 基站天線：方位角330°→325°，待后續國鐵集團測試結束后再決定是否實施。

4 網絡優化效果

按照上述方案，調整南環線FD-HFN02 基站天線方位角225°→235°、俯仰角6°→10°，同時，恢復南環線FD-HFN02 基站功率等級10 →3，并將合福高鐵HFN-CLH01A 基站功率由40 W 提升至60 W。

對比實施前后合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區段Abis 口監測數據（如圖5、6 所示），優化調整后，合肥南環線FD-HFN02 基站的電平值明顯低于合福高鐵HFN-CLH02 基站的電平值，不會再次因重選問題導致降級。

圖5 優化調整前合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區段Abis口監測數據Fig.5 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway before optimization and adjustment

圖6 優化調整后合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區段Abis口監測數據Fig.6 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway after optimization and adjustment

5 結語

隨著鐵路GSM-R 網絡的建設推進，鐵路交叉、并線和交匯的情況越來越多，無線覆蓋環境也越來越復雜，這些特殊區域的網絡優化屬于GSM-R 網絡設計的重點和難點。在線路交叉區域，要對無線網絡進行統籌規劃，做好不同線路基站的覆蓋及切換參數優化，具體可以通過合理設置天饋方位角、調整基站發射功率等方式控制覆蓋區域，避免在線路交叉區段發生小區錯切故障。同時，不僅要優化通話模式下的小區切換情況，對空閑模式下的小區重選情況也要進行重點關注。