GSM—R無線通信網絡性能提升及優化研究

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摘要：文章首先針對GSM-R系統自身特征展開了必要分析，而后進一步在此基礎上，針對該系統目前存在的主要性能瓶頸展開討論，提出了相應的解決方案和實踐建議，對于整體通信網絡的優化有著積極的意義。

關鍵詞：GSM-R無線通信；網絡性能提升；優化研究

引言

鐵路專用數字移動通信系統（Global System of Mobile Communication for Railways，GSM-R），同GSM系統在工作原理方面相同，但是專門用于鐵路通信環境。正因為這種特殊的應用環境，才導致了GSM-R網絡出現諸多與GSM不同的網絡工作特性，而由于肩負著鐵路通信職責，其安全和穩定性也隨之受到關注。

1.GSM-R系統組成

GSM-R系統包括網絡子系統、基站子系統、運行和業務支撐子系統和終端設備等四個部分。其中，網絡子系統包括移動交換子系統、移動智能網子系統和通用分組無線業務子系統。

1.1網絡交換子系統。主要完成業務交換及用戶數據、移動性管理、安全性管理功能，由一系列功能實體構成：移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AuC）、互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、短消息服務中心（SMSC）、確認中心（AC）、移動智能網（IN）。各功能實體之間通過No.7信令協議互相通信。

1.2通用分組無線業務子系統。GPRS子系統負責為無線用戶提供分組數據承載業務。GPRS子系統包括核心層和無線接入層。核心層由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能實體組成。無線接入層由PCU、基站、終端等組成。GPRS無線接入層組網應充分利用GSM-R系統的設備資源，保護投資；與GSM-R系統共用頻率資源；利用GSM-R系統的基站實現無線覆蓋，不單獨增加GPRS系統基站。

1.3基站子系統。BSS通過無線接口直接與移動臺相接，負責無線信號發送接收和無線資源管理；與MSC相連，實現移動用戶之間或移動用戶與固定網路用戶之間的通信連接，傳送系統信號和用戶信息等。BSS由基站控制器（BSC）、編譯碼和速率適配單元（TRAU）、基站收發信機（BTS）、弱場設備等功能實體構成。

1.4運行與支持子系統。OSS包括網絡設備維護管理系統和用戶管理系統。

1.5終端。終端是供GSM-R系統用戶直接操作、使用，用來接入GSM-R網的設備，包括移動臺和無線固定臺。

2.GSM-R網絡常見問題以及優化

GSM-R網絡的優化是一個長期的過程，在實際工作過程中，主要需要優化的包括如下幾類問題。

2.1跨區切換優化

在列車行駛的過程中，將會穿過多個基站服務區，為了能夠得到連貫的數據傳輸服務，就需要在不同服務區的交接點進行切換。對于列車行駛過程而言，一路上會途經為數眾多的基站服務區，因此跨區切換將會十分頻繁，與此同時，由于列車處于高速行駛狀態，因此在不同服務區的邊界處停留時間很短，對此，需要整個系統提供更為迅速的跨區切換優化。

跨區切換常見的問題包括不切換、頻繁切換、切換失敗以及切換延遲等，通常源于硬件故障或者是參數配置的不合理，在對這些問題進行排除和網絡優化方面，可以從以下幾個方面著手，首先需要對GSM-R網絡的配置需要進行深入了解，對網絡中MSC、BSC軟件的版本特點予以掌握，并根據GSM-R系統設計文件，對無線側硬件參數、基站環網絡結構、BSS版本特征以及GSM-R網絡的切換計算方法有所了解，同時對于網絡歷史運行信息，參數變更資料等有所掌握。在此基礎之上，第一步是需要檢查異常切換狀況存在范圍，如果僅存在于某相鄰小區，則應當重點查看這兩個小區的基站硬件；如果存在于同一BSC下所有小區，則應當重點查看BSC以及MSC之間的數據兼容配置狀況。如果相應的參數配置沒有問題，就需要通過網管系統查看BSS系統告警信息，包括載頻告警以及直放站或天饋系統駐波比告警等，以及基站環鏈路光傳輸系統告警。同時在結合故障所在服務區的告警記錄，利用相關軟件對話務狀態進行統計，查看切換性能測量、TCH性能測量狀態，重點查看掉話率是否平穩、出入切換成功率以及失敗原因等相關數據，最終實現對切換失敗的原因定位。

在對切換性能進行提升的時候，除了必須要針對硬件做出的調整以外，重點還在于對于設備參數的調整。在深入了解系統切換算法的基礎上，根據實際的狀況，針對切換優先級以及切換門限做出必要的調整，并設定相關程序進行必要的模擬，力求達到最優狀態。

2.2干擾優化

GSM-R網絡目前面臨的干擾主要可以分為網外干擾和網內干擾兩類。鑒于目前GSM-R網絡占用頻段的狀況，不難理解該系統在實際運行過程中多少都會受到來自于GSM網絡以及CDMA網絡的干擾，而網內干擾，則重點指GSM-R網絡自身形成的干擾。

首先對于網外干擾中來自于GSM系統的干擾而言，由于GSM系統和GSM-R系統的頻帶緊鄰，雖然有相關規定要求在鐵路兩側各2 km處作為鐵路通信服務區的分水嶺，但是在實際的操作中卻難以得到完美實施，這就會產生干擾。而CDMA系統由于自身的擴頻過濾技術，也會對GSM-R系統產生干擾。針對于此類情況，鐵路通信工作需要在鐵路沿線沿途定期對接收到的信號加以測定，并且根據測定的情況分析出干擾源，和當地GSM系統運營方協調雙方的基站參數和天線方向進行解決。

而網內干擾則通常存在兩個方面的主要成因，即多徑干擾以及異區干擾。所以多徑干擾，即指同一信號源發出的信號，對于同一信號接收方而言，采用了多種不同的傳輸途徑，而導致采用每種傳輸途徑因為途徑反射等特殊情況，導致用時不同，進一步在信號接收端形成信號疊加現象，影響接收。針對這一狀況，有必要深入考察當地的信號傳輸狀況，尤其是存在有隧道的通信段中，應當妥善放置基站的位置和天線的角度。另一種網內干擾即異區干擾，主要存在于地理上相鄰，并且使用同樣頻段的小區之間的形成的干擾。這種現象之所以會出現，還要歸因于鐵路通信特殊的工作環境，因為通常鐵路通信環境中依據鐵路線路的延伸劃定基站通信范圍，這種劃定方法將鐵軌視為直線延伸，但是由于地理差異，沿鐵軌延伸并不相鄰的基站服務區，卻有可能在地理位置上相鄰，如果這樣的小區采用有重合的頻段，就很容易造成干擾。對此應該深入考察地理特征，劃定合理小區范圍，并且在面對此類問題的時候，妥善分配頻段確保通信暢通。

2.3網絡布局優化

雖然鐵路通信系統是沿鐵軌的延展方向將整個通信環境劃分成為若干小區實現通信，但是還是必須要注意到鐵路通信系統是一個整體，在進行布局的時候必須要考慮到不同小區之間的影響，以及GSM-R系統同其他社會化系統之間的影響。

類似于上文提到的網內干擾問題中的兩個主要方面，在解決的時候就是需要對整個網絡的結構以及基站的安置狀況，以及天線的設定進行深入詳實的考證，只有如此才能獲取較優的信號傳輸質量。與此同時，除了注意到預防其他外部環境帶給GSM-R系統的干擾以外，對于GSM-R系統給予外部環境的影響也應當控制，畢竟目前的狀況是多通信系統共存的大環境，只有相互之間的和諧才能獲得良好和有效的數據傳輸服務。

結束語

對于GSM-R系統的優化工作，遠遠不僅如此。單從干擾方面看，民間非法電臺以及其他類似的信號干擾也是GSM-R系統性能提升的工作重點。此外，對于目前的GSM-R系統而言，通常為了保證未來一段時間的發展，預留出無線列控CTCS-3功能的客運專線和高速鐵路線路GSM-R基站系統，都采用了交叉冗余覆蓋方式進行鋪設，即當其中一個基站發生故障時，可以確保其兩側基站能夠完成數據傳輸請求。但是目前有些線路，通過測試表明，其無線覆蓋余量過大，以至于已經成為了一個新的網內干擾源。

參考文獻：

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