CTCS-3線路車地無線通信異常問題分析與優化

石 波

（中國交通建設股份有限公司鐵道總院，北京 100011）

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CTCS-3線路車地無線通信異常問題分析與優化

石 波

（中國交通建設股份有限公司鐵道總院，北京 100011）

CTCS-3級列控數據傳輸是GSM-R網絡承載的重要業務之一。結合近幾年CTCS-3線路的聯調聯試、試運行和實際應用，研究車地通信異常的各類問題，分析原因，提出優化方案，為GSM-R網絡設計、施工、調試和運行維護提供參考和借鑒。

CTCS-3列控系統；車地通信；異常典型問題；優化方案

1　概述

CTCS-3（以下簡稱“C3”）級列控業務是GSM-R網絡承載的重要業務之一，通過研究C3線路聯調聯試、運行中出現的各類車地無線通信異常典型問題，利用現有網管、接口監測以及路測數據，深入分析問題原因，總結定位方法，提出優化方案，對于提高全路GSM-R網絡性能和服務質量，更好地服務于鐵路運輸具有十分重要的意義，同時也為GSM-R工程設計、施工、調試和運維等工作提供借鑒和參考。

2　C3線路車地通信異常概況

根據某階段全路C3線路GSM-R網絡運行情況調查統計結果，由于通信原因導致無線超時占總超時的比例約30%；其他設備及原因不明導致的超時約占70%。其中，通信問題導致C3超時原因分類及所占比例如圖1所示。

3　C3線路車地無線通信異常典型問題的分析與優化

3.1網外干擾（公網）

3.1.1問題描述

C3線路聯調聯試期間，測試車經過固定地點，通信質量持續差（7級），傳輸干擾率指標不合格。

3.1.2原因分析

網優人員利用路測設備，通過測試手機接八木天線占用GSM-R網絡，在天線指向運營商基站和背向運營商基站時，分別測試手機語音通信質量情況，對比2種情況下的測試結果，依此判斷運營商基站是否影響GSM-R網絡。以現場某處測試為例：

1）定向天線指向干擾源（公網移動基站）：主叫電平-53 dBm，質量持續7級，并掉話脫網。

2）定向天線背向干擾源（公網移動基站）：主叫電平-52 dBm，質量5級。

初步判斷公網移動基站對GSM-R信號干擾。

3.1.3優化方案

經現場排查并請當地無委協調運營商，降低公網基站功率后（6 dB），測試指標合格。

3.2網外干擾（干擾器）

3.2.1問題描述

試運行期間，連續數天在固定的地點、時間段，線路上下行方向的列車發生C3級降至C2級。

3.2.2原因分析

分析PRI接口監測數據，降級前，MSC向RBC發送DISCONNECT消息，請求拆鏈，原因值為27（無線終端故障），隨后RBC釋放連接。

分析Abis接口監測數據，同一時間前后，車載ATP上行電平突降，上行通信質量為7級，直至基站無線上行鏈路超時定時器RLT超時，網絡釋放連接。因此，懷疑此處存在干擾。

測試人員攜帶儀表去現場進行調查和測試，經確認該地區有的學校承辦全國性考試，為屏蔽手機信號，開啟了信號干擾器，因此對GSM-R網絡造成干擾。

3.3過覆蓋問題導致同頻干擾

3.3.1問題描述

試運行期間，在線路的固定地點（K1261附近），部分列車在該地點發生C3級降至C2級。

3.3.2原因分析

GSM-R組網情況如圖2所示，基站CK046與CK047-1相距3 km，CK047-1西側設置若干個直放站，其中RU77、RU78主、備用信號源從CK047-1提取，從信號源從CK047-2提取。

分析車載ATP的Abis接口測量報告，ATP從 46號基站切換至47-1基站后，TA值為8。查看正常ATP的Abis接口監測數據，切換位置相同，切換后TA值為3。

分析異常ATP的Abis接口信令消息，切換過程信令流程完整，由于radio link failure導致拆線。

分析PRI接口監測數據，降級前由ATP向RBC方向出現連續的誤幀，最終MSC發起拆線。

綜上所述，本次C3降級原因是ATP切換后出現持續上行質差，最終導致拆線。同時，車載ATP在46號基站和47-1號基站之間進行切換，TA與正常值不同，說明車載設備距離047-1基站距離不同。進一步核實，由于RU77地勢較高、過覆蓋，導致車載ATP本應占用047-1基站信號，但異常占用了RU77信號，基站和直放站之間存在同頻干擾，進而導致C3降級。

3.3.3優化方案

優化措施：調整RU77信號輸出（東側天線下壓4°），控制覆蓋范圍。

優化效果：調整后，達到預期效果。后續持續觀察，列車運行正常。

3.4施主基站與直放站同頻干擾問題

3.4.1問題描述

運行期間在固定地點（K1186附近），試運行列車在運行中多次發生C3級降至C2級。

3.4.2原因分析

1）GSM-R組網情況

K1186處發生降級區段的GSM-R網絡如圖3所示，SSN-LDN07號基站至08號基站間設置10個直放站RU22—RU31，其中07號基站帶RU22—RU25共4個直放站，08基站帶RU26—RU31共6個直放站（RU31直放站與08號基站共站址），07號基站與08號基站在RU25和RU26之間進行切換（08號基站天線已取消）。

2）接口監測數據分析

分析降級時車載ATP無線模塊1的Abis接口測量報告，如圖4所示，該模塊從07號基站切換至08號基站，在RU29覆蓋區內，突發上行通信質量差（7級），持續一段時間后發生掉話。

車載ATP切換到08號基站后，TA值從16降至11后，上行通信質量差（持續7級），TA值跳變為0（由于上行質量差，該值不準確）。

分析Abis接口信令消息，BTS向BSC報無線鏈路失效，隨后BSC指示BTS釋放無線信道。分析PRI接口監測數據，車載ATP發給RBC的數據，由于無線鏈路通信質量差、誤碼率高，PRI接口監測系統CRC校驗錯誤，最終，ATP向RBC發送數據鏈路層拆鏈請求（DISC幀），車載ATP數據鏈路層V.110幀失步，MSC向BSC發送拆鏈指令，釋放連接。

綜上所述，初步分析本次C3超時由于通信側原因導致。

3）問題定位

分析接口監測測量報告數據，RU29處上行通信質量差可能原因有4個。

a.RU28、RU30對RU29造成干擾

經確認08號基站至RU30光纜長度1.3 km，至RU29光纜長度2.2 km，RU30與RU29之間光纜長度0.8 km，RU30對RU29不會造成干擾。

RU28到RU29之間光纜長度為1.2 km，因此，也不會對RU29造成干擾。

b.RU31對RU29造成干擾

RU31到RU29的空間距離是1.5 km左右，空間傳播時延5 μs；RU29到RU31（基站SSNLDN08）的光纜長度小于2.2 km，光纜時延按11 μs計算，RU31信號到達RU29時，與RU29信號的時延差小于15 μs左右，理論計算不會構成干擾。

c.RU28—RU31直放站上行電平高

發生降級時，車載模塊位于直放站RU29時，該處上行電平高-47 dBm。

查看本車另外一次在該處的下行數據，列車運行正常，但在RU27—RU30覆蓋區間，上行電平較高-47～-50 dBm。

進一步分析試運行期間其他降級時的接口監測數據，發現降級均發生在下行方向，而上行時間沒有發生降級。經與現場核實，RU27—RU30區間，漏纜敷設在下行左側。當列車下行方向運行時，漏纜距離車載ATP距離較近，直放站上行電平強，會導致上行通信質量差，而列車上行方向運行時，漏纜距離ATP較遠，直放站上行信號相對弱，同時，車體對RU31信號有一定阻擋，上行通信質量正常，沒有發生降級。

d.RU28—RU31覆蓋區間，上行信號需優化。

直放站覆蓋區段正常信號波形如圖5所示，在直放站處上下行信號強度最強，在直放站兩側漏纜覆蓋區段，信號呈均勻下降趨勢。

本次降級處直放站波形，如圖5所示，直放站上行信號較平坦，起伏趨勢與下行信號不一致。

當列車運行到RU29處時，08號基站接收的車載發送的上行信號有分別來自RU28、RU29、RU30直放站通過漏纜接收、光纖傳送的信號，也包括RU31通過空間接收、光纖傳送的上行信號，上述信號電平強度相當，考慮較差情況，RU28和RU30、RU31之間信號時延處于臨界狀態，在一定條件下可能存在同頻信號多徑干擾。

發生降級時，車載ATP測量報告TA=11，推算車載ATP距離08基站約4 km。經分析判斷，由于RU28直放站上行電平高，車載ATP運行至RU29站下時，基站接收的一直是來自RU28的上行信號，而不是來自RU29直放站的信號。

正常情況下，另一次列車的車載ATP在RU29處TA=8，經計算，該車距離08號基站的距離約2.9 km，經與現場確認，RU29至08號基站的光纜實際長度約2.2 km，推算值與實際值基本相符。3.4.3 優化方案

優化措施：在RU27—RU30區段C3降級為概率性事件，需調整直放站RU28、RU29、RU30、RU31上行電平，降低6～8 dB。同時，調整上述直放站上行信號波形，保證與下行信號起伏趨勢一致。控制RU31覆蓋，避免信號延伸入隧道內。

優化效果：網優人員攜帶頻譜儀上站測試發現，RU26—RU31上行信號已達飽和區，降低直放站上行信號，同時，RU31天線下壓，在此區域上行信號明顯下降，波形信號有起伏。調整后，接口監測數據正常，持續觀察后續列車運行恢復正常。

3.5基站設備故障問題

3.5.1問題描述

聯調聯試期間，CSD業務的QoS指標測試結果異常，在某一時間段內，傳輸干擾時間連續超過指標要求（800 ms）。

3.5.2原因分析

由于傳輸干擾時間與基站之間切換時間相關，根據測試數據，可見在此時間段連續發生多次異常的切換。

分析GSM-R接口監測的信令數據，發現無線模塊在A號基站和B號基站之間切換失敗。分析用于話音通信短呼模塊的呼叫記錄，顯示在此處發生呼叫建立失敗，且無信令消息。查看短呼模塊接口監測數據，在此期間沒有任何信令消息。

經分析推測，從A號基站切換到B號基站，信令信道和業務優先占用BCCH載頻，所有模塊在B站的呼叫和切入全失敗，因此，判斷可能為目標小區的BCCH（f1）載頻板故障。查看此前的數據發現，業務優先占用另外一個載頻（f2），切換和呼叫接入正常。

3.5.3優化方案

優化方案：調整B號基站優化參數，優先占用頻點（f2）。

優化效果：調整后，測試結果正常。

3.6傳輸系統故障

3.6.1問題描述

列車在運行過程中發生連接丟失導致C3級降至C2級運行。

3.6.2原因分析

分析PRI接口監測數據，降級前MSC向RBC發送RELEASE消息，進行拆鏈。原因值為38，目標網絡故障。

查看GSM-R網管信息，GSM-R網絡設備正常；查看傳輸通道相關網管告警信息，發現MSC至RBC傳輸通道發生故障。

3.7光纜線路問題

3.7.1問題描述

聯調聯試期間，利用綜合動檢車測試時，車載測試設備在某基站下發生連接丟失。

3.7.2原因分析

GSM-R組網情況如圖6所示，全數基站條件下，RU234和RU235為HHN-ZJB 03到04號基站的切換區，兩個直放站間隔1 km。

分析接口監測數據，發生問題的車載無線模塊在基站間切換時，發生連接丟失。

分析同一車同一時間正常無線模塊（未連接丟失）測試數據，在問題模塊出現連接丟失RU235處，上下行通信質量均為7級。

分析該模塊的測量報告，TA值變化為：模塊從原基站切換到目標基站下，TA值從9減少到8時，上行通信質量差，TA值在8到7之間誤報，再由7減少到1。

根據設計圖紙，RU235和RU236間距為382 m，約減少1個TA，但實際測試TA值顯示RU235和RU236之間光纜長度大于1.6 km，導致同源信號之間時延差大于15 μs（4個TA）。經現場排查發現，RU235至MU63光纜長度為8 km，需要整改。

3.7.3 優化方案

優化措施：按照設計圖紙進行修改，調整RU235和RU236光纜長度。

優化效果：按照無線系統設計圖整改后，經測試驗證，系統正常。

3.8樞紐地區基站間切換異常問題

3.8.1問題描述

樞紐地區的車站，2條C3線路采用共用基站方式，個別列車出站后發生C3級降至C2級問題。

3.8.2 原因分析

分析接口監測數據，列車運行后方本線基站與樞紐另外一條C3線路基站覆蓋電平相當，其中本線目標小區電平為-65 dBm，相鄰線后方基站小區點電平為-63 dBm。個別列車出站后由于速度較低，從本線基站誤切到另外一條線路上的后方基站，而不同線路基站之間不設鄰區關系，隨著列車運行，鄰線基站覆蓋越來越弱，最終導致列車由C3級降至C2級運行。

3.8.3優化方案

優化可采用3種方案：1）調整天線，保證在發生問題處的鄰線后方基站電平低于本線當前小區和本線目標小區電平；2）降低基站功率，需要注意降低功率會導致基站兩側覆蓋電平同時下降，此外還需考慮該基站是否帶直放站遠端機；3）增加兩條線路的鄰區關系（現階段暫不采用）。結合實際情況，經分析采用方案2，基站功率降低4 dB。

優化效果：調整后，問題未再發生。

3.9基站同步問題導致丟幀

3.9.1問題描述

試運行期間，RBC向車載ATP發送信息包時，ATP收到的幀缺少信息包中的某一幀（不固定），車載ATP不能正常組幀，最終導致無線超時。

3.9.2原因分析

1）分析接口監測數據，RBC設備向車載ATP設備發送M3、M24信息包時，ATP設備收到的幀缺少信息包拆分后數據幀中的其中某一幀，車載ATP設備重復向RBC請求該幀，RBC重新補發該幀，但車載ATP一直未收到，因此可排除RBC的問題；同時發生丟幀問題基本上在某一個基站的覆蓋區內，因此初步懷疑丟幀問題與基站相關。

2）由于丟幀問題發生地點固定，因此，在Ater接口（TRAU與BSC之間接口）、Abis接口（BSC和BTS之間接口）對RBC發送給ATP的信息進行跟蹤和采集，并將采集到的數據與PRI接口（RBC與MSC之間的接口）進行對比，發現數據完全一致，因此，可排除BSC和核心網MSC導致丟幀問題的發生。

3）研究下行空口監測方案，利用載頻解碼工作載頻的記錄下行空口數據，發現丟幀時，該基站未將RBC數據正確傳送給ATP。因此，確定問題原因是基站下行數據傳輸錯誤。

經進一步分析，當基站業務量大，且設備內部時鐘（13 MHz）與線路時鐘（2 MHz）存在的允許偏差范圍太小、但又未超過告警門限時，會導致基站取幀、組幀出現一定概率的錯誤，基站會重復取同一個TRAU幀或下一個TRAU幀，從而造成空口發送數據出錯。當RBC向ATP發送的數據量較大時，ATP與RBC之間重傳也不能解決此問題，就會導致“丟幀”。

3.9.3優化方案

網優措施：調整基站時鐘偏差參數，增大時鐘偏差保護能力。

網優效果：后續未再發生丟幀現象，車地通信恢復正常。

3.10列控車載設備SIM卡接觸不良

3.10.1問題描述

列車在運行中發生車地通信連接丟失，導致C3級降至C2級運行。

3.10.2原因分析

分析PRI接口監測數據，降級前MSC向RBC發送DISCONNECT消息，請求拆鏈，原因值為27，無線終端故障。

分析Abis接口監測數據，降級前BTS向BSC發送“IMSI DETACH INDICATION”消息，該消息為車載ATP設備向網絡發送的IMSI分離消息，懷疑SIM接觸不良。

經與車載側核實，確認本次降級由于SIM卡接觸不良導致。

3.10.3優化方案

重新插入SIM卡后，持續觀察，后續時間內車地通信恢復正常。

3.11核心網問題

3.11.1問題描述

聯調聯試期間，列控車載設備ATP呼叫RBC失敗，導致車地連接無法建立。

3.11.2原因分析

分析Abis接口信令消息，對應時間BSC向BTS發送呼叫釋放消息，并提示“無可用電路/信道資源”。分析A接口信令消息，在該時間點，MSC指示BSC進行呼叫連接釋放。分析PRI接口數據，沒有對應時間的接口監測數據。

綜上所述，ATP多次呼叫RBC失敗，導致ATP與RBC連接無法建立，MSC指示BSC釋放連接，BSC回復BTS電路不可用，PRI接口未見信息，懷疑MSC與RBC之間通道異常或MSC設備問題（如數據制作問題）導致ATP與RBC連接無法建立。經與核心網機房人員聯系確認，因MSC至RBC通道相關數據制作尚未制作導致。

3.11.3優化方案

核心網維護人員制作相關數據后，車地通信恢復正常。

3.12直放站設備故障問題

3.12.1問題描述

聯調聯試期間，在線路上某處QoS（傳輸無差錯恢復時間）指標不合格。

3.12.2原因分析

分析接口監測數據，在發生問題的地點，基站所帶直放站出現上行質量差、無線覆蓋弱。經分析并現場排查，發現該處直放站遠端機的低噪放故障。

3.12.3優化方案

優化方案：現場更換直放站遠端機故障部件，并進行測試驗證。

優化效果：直放站故障部件更換后，該處QoS指標測試結果符合要求。

4　結束語

綜上所述，在實際工作中，應充分利用GSM-R路測、網管以及接口監測等數據，分析車地無線通信異常的深層次原因，建立并不斷完善案例庫。在此基礎之上，可縮短問題定位時間，有針對性地開展網絡優化工作，提高網絡服務質量，確保線路正常運行。

The data transmission of CTCS-3 system is one of important services of GSM-R network. Based on the integrated commissioning and testing， trial operation and revenue operation of CTCS-3 lines in recent years， the paper studies the abnormal conditions in train-ground communication， analyzes the reasons and puts forward optimized solution， in order to provide reference for the design， construction，commissioning， operation and maintenance of GSM-R network.

CTCS-3 train control system； train-ground communication； abnormal typical problem；optimized solution

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.008

2015-02-09）

中國鐵路總公司科技研究開發重大課題項目（2013XDD2-A）