鄭徐高鐵CTCS-3無線超時分析

劉立海，代 賽

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

1 概述

國內高速鐵路建設已經10 年多了，GSM-R 系統作為高速鐵路最重要的通信系統之一，承擔著CTSC-3（簡稱C3）列控系統車地安全信息傳送、調度通信、區間維護作業等重要無線通信業務，對高速鐵路的運營與安全保障起著重要作用。經過10年多的建設和運用，網絡規劃設計、優化經驗豐富，網絡質量及服務越來越穩定。

常見的故障，如常規無線覆蓋弱場、多徑干擾、區間普通切換掉話等問題已經在網絡設計、施工網絡優化、聯調聯試中得到充分的化解，開通后若出現這些常見問題，維護部門也很容易排除。如果經過網絡優化、聯調聯試、動態驗收合格的網絡剛開通就出現問題，則是一些非常見問題，或者說聯調聯試或試運行還不夠充分，一些隱蔽問題還沒有被發現。

本文將通過分析鄭徐高鐵開通初期C3 超時故障的原因，對GSM-R 網絡設計、網絡數據制作、聯調聯試工作提出一些建議，供高速鐵路GSM-R網絡設計、調試等參考。

2 故障現象描述

鄭徐高鐵于2016 年9 月10 日開通，10 日、11 日多趟列車在徐州東線路所附近的京滬高鐵RBC7 向鄭徐高鐵RBC3 切換時，出現備用電臺無法發起呼叫（電臺表現無信號的脫網狀態），導致C3 單電臺交接；個別列車出現C3 超時提醒，司機不懂如何操作，觸發制動。12 日濟南局在MSC 補充制作RBC3 數據后，徐州東線路所附近故障消除。但13 ～14 日多趟車在100 多公里外的上海局和鄭州局界進行無線切換時，發生切換失敗，網管顯示各基站設備正常，也有多趟列車切換正常，而從鄭州局往徐州東方向運行的所有列車均未出現問題。

這里的故障主要涉及兩個區域。一是上海局與濟南局局界，即徐州東線路所附近；二是鄭徐高鐵上海局與鄭州局局界，即碭山南站進站信號機附近。為便于分析問題，首先介紹相關線路、RBC 設置及無線覆蓋基本情況。

3 無線覆蓋方案及MSC、RBC管轄范圍

3.1 徐州東站附近無線覆蓋及MSC管轄范圍

徐州東線路所附近京滬高鐵與鄭徐高鐵線路位置關系及此區域無線覆蓋情況如圖1 所示。徐州東為京滬高鐵建設車站，京滬高鐵設計最高速度超過350 km/h，信號采用C3 級列控系統。在交叉處附近鄭徐高鐵線路上設置徐州東線路所，以便引入徐州東站預留的徐連場，徐連場不同期建設。鄭徐高鐵同為350 km/h、C3 鐵路，GSM-R 網絡采用冗余覆蓋方案，在其開始設計時，京滬高鐵已經建成，開通了GSM-R 網絡，按單網交織冗余覆蓋方式設計。

圖1 鄭徐高鐵引入徐州東站無線覆蓋方案示意圖Fig.1 Scheme of radio coverage of Xuzhou East Station due to the access of Zhengzhou-Xuzhou High-speed Railway

考慮到京滬高鐵當時采用的原諾西基站不具備分布式基站組網功能，為了減少對京滬高鐵既有線運營的影響，鄭徐高鐵引入徐州東站方案如下。

在鄭徐高鐵與京滬高鐵交叉處附近的徐州東線路所設置雙套直放站，同時引接兩相鄰的京滬高鐵濟南局范圍的既有ZZ-XZD18 和ZZ-XZD19 基站信號（經測試和網絡優化后調整為僅連接ZZXZD18）。在鄭徐高鐵K197+462 處設置雙套基站。

此區域基站與MSC 對應關系為：京滬高鐵徐州東（含車站基站）至上海方向的基站接入京滬高鐵在南京設置的BSC，與上海GSM-R 核心網相連；京滬高鐵徐州東（不含車站基站）至北京方向的基站接入京滬高鐵在濟南設置的BSC，與濟南GSM-R 核心網相連；鄭徐高鐵K197+462（含）至碭山南站（含）的基站接入鄭徐高鐵在徐州東新設的BSC，接入上海GSM-R 核心網。

維護分界：京滬高鐵濟南局和上海局的通信系統維護分界設置在徐州東往北京方向的出站信號機附近，徐州東站（含）至上海方向由上海局負責維護，徐州東（不含）至北京方向由濟南局負責維護。鄭徐高鐵從徐州東（含）至碭山南站（含）均由上海局負責維護。

3.2 上海局管內RBC管轄范圍

鄭徐高鐵在上海局管段內設置1 套（RBC3），在鄭州局管段內正線設置2 套（RBC1、RBC2）。RBC管轄范圍如圖2 所示。上海局管內碭山南—徐州東線路所（不含）以及銅山聯絡線由鄭徐RBC3 管轄，徐州東線路所至徐州東站由京滬高鐵RBC7 管轄。

圖2 鄭徐高鐵RBC管轄范圍示意圖Fig.2 Illustration of RBC administration ranges of Zhengzhou-Xuzhou High-Speed Railway

局界RBC 移交位置：京滬高RBC7 與鄭徐RBC3 移交點下行線在K199+857，上行線在K200+396，呼叫點距離移交點4 509 m；鄭徐RBC3 與鄭徐RBC2 的移交點下行線在K311+814，上行線在K312+354，呼叫點大約在移交點前方約4.5 km。

3.3 跨MSC切換與RBC切換位置關系

從徐州東站出發往鄭州方向，涉及3 個鐵路局，3 次跨MSC 切換。首先是上海局MSC 與濟南局MSC 間切換，發生在京滬高鐵XuZhouDong與ZZX-XZD19 基站間，對應鄭徐高鐵里程為K188+066 與K191+051 間；接著發生濟南局MSC與上海局MSC 間切換，發生在鄭徐高鐵ZZXXZD19/R1/R2（設置在徐州東線路所的雙套直放站）與XZD-TSXLS01A/B(雙套基站)間，對應里程為鄭徐高鐵客專K193+011 與K197+462 間；最后上海局MSC 與鄭州局MSC 間切換，發生鄭徐高鐵DangShanNan 與DSN-SQ01 基站間，對應里程為鄭徐高鐵客專K298+327 與K301+277 間。

RBC 切換情況描述見3.2 節，跨MSC 切換和RBC 移交位置相對關系如圖3 所示。

圖3 跨MSC切換與RBC移交位置相對關系示意圖Fig.3 Illustration of areas of MSC handover and RBC handover

4 故障原因分析及解決方案

4.1 備用C3電臺無法發起呼叫、單電臺交接問題

首先分析運營最初兩天出現的在徐州東站附近C3 備用電臺無法發起呼叫、C3 單電臺交接問題。

經過統計分析發現，所有出現故障的車均為京滬高鐵上海局方向發過來的車，而北京局方向發過來的車（在徐州東站換向）或徐州東始發車未出現問題。原因在于上海局方向發過來的列車以C3 方式通過徐州東站，而北京方向發過來在換向或徐州東始發的列車以C2 方式運行，在徐州東線路所后才轉為C3。

對于上海方向運行過來的C3 列車，通過對照3.3 節跨MSC 切換及RBC 切換相對位置關系，發現京滬高鐵RBC7 到RBC3 切換的C3 起呼位置剛好在濟南局的兩個基站范圍內。分析11 日多趟出現問題的車載電臺的腳本數據，如圖4 所示，車載電臺持續提示“Network resource not available”，經檢查，是由于濟南局MSC 內未制作RBC3 號碼數據，導致在RBC 交接區C3 備用車載電臺在濟南局基站范圍內無法呼叫RBC3，因此信號C3 主用電臺與RBC7 連接中斷后，需待列車運行到鄭徐高鐵基站范圍后，中斷后的電臺才可以正常發起呼叫，故表現為單電臺交接。

圖4 車載電臺腳本數據Fig 4. Script data of on-board radio terminals

而對于從北京方向運行過來的列車，由于需要換向運行，以C2 方式從徐州東站發車，在濟南局不能發起呼叫，持續以C2 方式運行，等運行到鄭徐高鐵基站范圍才發起呼叫。

因此出現以上現象，即上海方向過來的列車出現超時制動、單電臺交接，北京方向過來的列車沒有出現問題。實際上是都會出現C3 車載電臺無法發起呼叫的問題，只是部分問題被掩蓋了。

4.2 C3無線超時問題

發現問題后，濟南局補充制作了相關數據，徐州東線路所附近超時制動、單電臺RBC 交接問題得到解決，但出現新的問題，即幾乎所有從徐州往鄭州方向運行的列車運行至上海局與鄭州局局界跨MSC 切換處（DangShanNan 與DSN-SQ01 基站間）出現中斷。查看交換子系統和無線子系統網管，未發現設備故障，分析接口監測信令數據，相關基站信號正常，而且此處從鄭州往徐州方向跨MSC 切換正常，分析上海局接口跟蹤的現象如圖5 所示。

圖5 接口監測系統記錄Fig.5 Records captured by the interface monitoring system

切換從鄭徐高鐵在徐州東站設置的xzBSC1發起，請求切換到鄭徐高鐵在鄭州東站設置的zzBSC6，但是被MSC 拒絕，其后的所有嘗試都失敗。繼續檢查呼叫信令，可以發現這個呼叫是從另一個MSC 切換而來，如圖6 所示。

此處能與上海MSC 進行切換的MSC 只有濟南MSC，C3 呼叫是在濟南MSC 下發起的，切換至上海MSC 后繼續運行，然后再次切換至鄭州MSC 時失敗，失敗的拒絕消息來自濟南MSC。

基于以上分析，懷疑濟南MSC 中未制作鄭徐高鐵鄭州段的外部LAC，導致故障發生。經在濟南MSC 中補充鄭徐高鐵鄭州范圍的位置區（LAC）數據問題得到解決。

此原因為3GPP 協議規定，所有跨MSC 切換，需要由最初發起呼叫的MSC 來管理。而鄭徐高鐵從徐州至鄭州方向運行的列車向RBC3 發起C3 呼叫在濟南局范圍，運行至上海局與鄭州局局界跨MSC 切換時，需要發起的MSC 來管理該連接，要檢查目的基站的LAC，在自身數據庫中查找。而濟南MSC 中未制作鄭徐高鐵鄭州段的外部LAC，從而導致上海局與鄭州局跨MSC 切換處中斷。舉個例子，若從北京西站發起一個長呼一直到深圳北，這中間需要跨越鄭州局、武漢局、廣鐵MSC，每次跨MSC 切換均需北京局MSC 來管理，需要檢查切換的目的LAC。

圖6 切換信令跟蹤記錄Fig.6 Records of tracing handover signals

問題的表面原因是在濟南局和鄭州局MSC 相關數據未制作，深層次的原因是，編號數據與各路局需要制作的數據在范圍和內容上沒有一一對應關系，而且也沒有相關規范或規定進行明確，施工單位的調試、測試和聯調聯試及試運行均未發現此問題。

5 建議

出現問題后，原鐵路總公司電務部組織鐵路局、設計、施工、廠家分別進行故障分析，并在北京召開專題會議。這次涉及的問題比較特殊，平時很難碰到，即使大家對RBC 的管轄范圍很明確，可以避免濟南局漏做數據的問題，但也很難避免第二個問題，還需要聯調聯試來發現問題，因此各方面提出以下建議。

工程設計方面：在編制GSM-R 網絡編號方案文件時，需說明RBC 的覆蓋范圍、切換點、起呼點位置，以及與GSM-R 網絡的對應關系，標記跨MSC 切換位置。這些位置及范圍在聯調聯試中可能會調整，因此編號要考慮這種可能性，范圍可以重疊一些、大一些。

數據制作方面：制定數據制作相關的規范，明確需要制作的數據種類、內容和關聯數據范圍等。在施工調試階段，做好通信信號的集成調試工作，根據批復的編號方案和信號的方案提出具體核心網和無線網的設備數據制作內容，并進行調試、試驗、測試。

聯調聯試及試運行方面：在C3 線路中，由于C3 中斷、C3 兼容C2，建議通信按C3 區段的任何位置均應滿足可以重新發起C3 呼叫考慮，這一場景一定要試驗到，因此建議對照RBC 管轄范圍，進行實際RBC 連接試驗。同時，建議信號的試驗與通信結合起來，考慮到信號運用的各種場景，按實際運營場景的用例進行聯調聯試和試運行，以期盡早發現問題。