鄭州樞紐地區異常切換問題分析和優化

閔右鵬

鄭州樞紐地區是京廣高鐵和鄭西高鐵匯聚處，通過聯絡線和鄭西貫通線匯接鄭州東京廣場，而京廣高鐵二郎廟線路所附近是樞紐地區交匯點，網絡環境復雜。自京廣高鐵全線開通以來，二郎廟線路所－許昌東01基站頻繁發生異常，對其鎖閉之后，發生異常切換并導致列車無線連接超時，嚴重影響高鐵列車的正常運輸。鄭州樞紐地區鐵路走向及基站分布情況如圖1所示。

針對鄭州樞紐地區異常切換情況進行數據分析、查找異常原因，提出網絡優化方案，找到解決辦法，并對日常故障判斷和處理提出改進建議。

1 案例分析

案例1 所有基站工作正常部分列車異常切換

異常現象：以2014年2月11日G94次在二郎廟線路所A基站發生異常切換為例，G94次應由二郎廟線路所A基站切換至鄭州東至二郎廟線路所A基站，再切換至二郎廟線路所—滎陽南01基站，但卻切換至二郎廟線路所—滎陽南02基站，下行質量連續7級，導致掉話，無線連接超時。

圖1 鄭州樞紐地區鐵路走向及基站分布情況

原因分析：查看切換點切換前后的測量報告，二郎廟線路所－滎陽南02基站 （頻點1012）信號平均電平約－50dBm，而鄭州東－二郎廟線路所A基站的信號平均電平在－54dBm左右，二郎廟線路所－滎陽南02基站的信號電平高于鄭州東－二郎廟線路所A基站電平，當連續多個車輛報告出現該情況時，根據功率預算切換算法，由二郎廟線路所A基站直接切換至二郎廟線路所－滎陽南02基站，沒有按照設計順序切換至鄭州東－二郎廟線路所A基站。

另外，由于鄭州東—二郎廟線路所A基站的TCH頻點1012和二郎廟線路所—滎陽南02基站BCCH （廣播信道）頻點1012信號同頻，同頻信號疊加導致1012頻點電平被抬高，高于鄭州東至二郎廟線路所A基站信號電平，列車經過此處時，根據功率預算切換算法，從二郎廟線路所A基站切換到二郎廟線路所—滎陽南02基站。

改進措施：將二郎廟線路所A基站至二郎廟線路所—滎陽南02基站的切換門限增大，由1調整為3，使上行車輛在二郎廟線路所A基站處切換至二郎廟線路所—滎陽南02基站的難度增大。同時下壓二郎廟線路所－滎陽南02基站上行天線的俯仰角，由10°調整至8°，減小二郎廟線路所－滎陽南02基站對京廣高鐵上行方向覆蓋范圍，避免鄭州東－二郎廟線路所A基站的TCH頻點1012和二郎廟線路所－滎陽南02基站BCCH （廣播信道）頻點1012信號相疊加，減少對京廣高鐵的影響。

案例2 單個基站工作不正常列車異常切換

異常現象：以2014年3月6日G515次列車為例，二郎廟線路所—許昌東01基站工作異常，維護人員鎖閉二郎廟線路所—許昌東01基站后，列車在二郎廟線路所A基站沒有正常切換至二郎廟線路所—許昌東02基站，而是切換至二郎廟線路所—滎陽南01基站，發生異常切換，下行質量連續7級，導致無線連接超時。

原因分析：檢查切換前后的測量報告，在切換點二郎廟線路所—滎陽南01基站 （頻點1007）平均電平－63dBm左右，而二郎廟線路所－許昌東02基站 （頻點1011）平均電平－65dBm左右，二郎廟線路所－滎陽南01基站 （頻點1007）信號電平略高，切換優先選擇二郎廟線路所－滎陽南01基站。

改進措施：將二郎廟線路所A基站至二郎廟線路所－滎陽南01基站的切換門限增大，由2調整為3，增加這個方向的切換難度；將二郎廟線路所A基站至二郎廟線路所－許昌東02基站的切換門限減小，由6調整為3，使下行方向車輛切換至二郎廟線路所—許昌東02基站更容易。同時，將二郎廟線路所—滎陽南01基站的上行天線的方位角由30°調至20°，偏離京廣高鐵正線方向；將上行天線俯仰角由8°調整至10°，調整對京廣高鐵的覆蓋范圍，縮小對京廣高鐵的影響。

通過合理設置切換參數及調整基站天線角度，改善了二郎廟線路所－滎陽南01基站、二郎廟線路所－滎陽南02基站覆蓋情況，后續列車沒有再發生類似的切換異常情況。

2 樞紐網絡問題

隨著鐵路GSM－R的大面積應用，鐵路樞紐規模的增大，給樞紐地區的無線網絡建設、維護、優化帶來以下難題。

1．有限的4MHz頻率帶寬與樞紐地區冗余覆蓋及業務量需求之間的矛盾。4MHz即19個頻點的頻率資源十分有限，而樞紐地區用戶數量往往較多，在基站設置上4載頻、3載頻基站的站型較為常見，這給頻率資源的規劃帶來很大的難度。

2．同頻復用距離與同頻、鄰頻干擾之間的矛盾。樞紐地區各線基站數量較多，既要保證同頻復用距離足夠小，來彌補頻率資源的不足，又要克服同頻復用距離小帶來的無線干擾。

3．復雜的小區設置，會帶來切換次數的增加，異常切換如乒乓切換、切換點位置變化等問題，會導致通信質量的惡化甚至中斷。

4．每條鐵路線通信的設計、建設、優化都是單獨進行，會帶來與樞紐地區網絡規劃的整體性之間的矛盾。

5．樞紐地區鐵路無線網絡優化，牽涉鐵路線路的數量多，也會有維修模式不一致的問題，例如無法尋找多條線路的公共 “天窗”點進行作業。

3 優化建議

針對這些矛盾和問題，應從以下幾個方面進行改進。

1．爭取更多的頻率資源使用權限，獲得更多的無線信道資源。

2．網優工作精細化，如精確控制基站覆蓋范圍、精確控制切換點位置、合理優化網絡參數，使網絡傳輸質量相對較優。上述案例就是通過調整天線角度，調整切換參數來控制覆蓋范圍及切換，來保證無線傳輸質量。

3．無線覆蓋受到地貌變化如房屋、樹木等的遮擋，受電磁環境變化的影響，因此無線網絡優化工作要經常進行。為改善網絡質量，應合理規劃樞紐地區無線網絡，使網絡優化工作常態化。

4．要研究新技術，采用頻率資源利用率更高的通信模式，改變樞紐地區傳統的覆蓋模式，解決樞紐地區優化難題。

總之，樞紐地區網絡優化是一個艱巨的任務，關系到列車的安全運行，由于個人研究水平有限，對該問題的探索還較為膚淺，不妥之處還望專家、學者批評指正。

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

［2］ 韓斌杰．GSM原理及其網絡優化［M］．北京：機械工業出版社，2004．