基于LTE 技術重載列車無線通信系統故障分析

韓瑞峰

（國家能源集團朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

國能朔黃鐵路西起山西神池，東至河北黃驊，線路全長約600 km，是西煤東運第二大通道。國能朔黃鐵路已大量開行萬噸列車，日均開行64 列，萬噸列車承擔著全線80%的運量，基于LTE（Long Term Evolution，長期演進）技術重載組合列車無線重聯通信系統的安全穩定運行是國能朔黃鐵路年運量完成的有力保障。

1 系統組成

國能朔黃鐵路無線重聯通信系統由車載LTE 通信單元和地面LTE 寬帶移動通信網絡組成，無線重聯業務屬于實時安全數據信息。

1.1 車載設備

無線重聯組合列車分為主控機車和從控機車，主控機車和從控機車由A 節和B 節組成，每臺機車A 節和B 節分別設置一套機車同步操控設備OCE、車載數據傳輸設備GDTE 和LTE 通信單元。每臺機車A 節同步操控設備OCE 通過工業總線連接車載數據傳輸設備GDTE，車載數據傳輸設備GDTE 通過數據串口線連接LTE 通信單元，LTE 通信單元無線連接地面LTE 寬帶移動通信網絡。LTE 通信單元A 端固定接入地面LTE 寬帶移動通信系統的A網，B 端固定接入地面LTE 寬帶移動通信系統的B 網，A、B 端同時工作又彼此獨立，從而保證無線鏈路的冗余性和可靠性。

1.2 機車數據發送機制與編組

機車數據發送機制采用星形結構進行通信，主控機車向所有從控機車發送數據，從控機車只向主控機車發送數據。LTE 通信單元設置有編組請求功能，從控機車設置完編組信息后，會主動將本車的編組設置信息向主控機車發送，主控機車無線重聯界面顯示各個從控機車的狀態，只有所有從控機車的網絡連接狀態正常，編組信息設置正確，主控機車司機才會按下編組按鈕，機車編組完成。

1.3 機車LTE 通信單元功能

機車車載LTE 通信單元用戶名為機車號，密碼為SIM 卡國際移動用戶識別碼。LTE 通信單元配置靜態路由，從AAA 服務器獲取固定IP 地址，通過用戶名與IP 地址的綁定關系，可正確的向目標機車發送數據。地面LTE 寬帶移動通信網絡增加域名服務器DNS 設備，設置在肅寧北網管中心，實現機車號域名與IP 地址的綁定，主控機車與從控機車通過對方的機車號信息向地面網絡查詢對方的IP 地址，實現IP 地址尋址。因此，主控機車和從控機車只要知道對方的機車號，就可以互相發送編組信息，實現編組功能。LTE 通信單元完整記錄各個接口的狀態、編組狀態、組成員信息和IP 地址及空口數據收發狀態，還記錄與其他設備接口的原始數據，便于故障診斷[1]。

2 地面LTE 寬帶移動通信網絡

地面LTE 寬帶移動通信網絡由LTE 無線網絡、傳輸網、LTE 核心網絡、數據通信網絡、外部應用系統、網管服務器及操作維護客戶端構成，其中LTE 無線網絡和傳輸網分布于國能朔黃鐵路沿線，其余部分位于肅寧北。數據通信網絡連接外部應用系統，如重聯服務器和CTC 接口服務器，網管服務器和網管客戶端提供對LTE 寬帶移動通信網絡的日常操作和維護功能，LTE 核心網是LTE 寬帶移動通信網絡的數據中心，提供核心管理和交換功能。地面LTE 寬帶移動通信網絡構架如圖1 所示。

圖1 地面LTE 寬帶移動通信網絡

2.1 LTE 核心網

LTE 核心網設置EPC-A 和EPC-B，機車同步操控終端分為A 類終端和B 類終端，A 端和B 端只能分別接入EPC-A 網絡和EPC-B 網絡，實現LTE 核心網負荷分擔。LTE 核心網內eCNS600 提供核心服務功能，如網絡鑒權，AAA 服務器提供IP地址分發功能，DNS 服務器提供域名服務，POC 服務器提供語音服務，NTP 服務器提供時間同步。

2.2 業務流程

主控機車與從控機車A 類終端之間業務流程：主控機車A類終端的業務流由空口Uu 接入基站eNodeB-A，基站eNodeB-A的業務流由S1 接口接入傳輸網，傳輸網的業務流由肅寧北HW10G-A 設備接入LTE 核心網，LTE 核心網的業務流由eCNS600 服務器作鑒權，由AAA 服務器分配固定IP 地址，再通過核心交換機CE12804-A 信息交換后返回從控機車A 類終端。

主控機車與從控機車B 類終端之間業務流程：主控機車B類終端的業務流由空口Uu 接入基站eNodeB-B，基站eNodeB-B的業務流由S1 接口接入傳輸網，傳輸網的業務流由肅寧北HW2.5G-A 設備接入LTE 核心網，LTE 核心網的業務流由eCNS600 服務器作鑒權，由AAA 服務器分配固定IP 地址，再通過核心交換機CE12804-B 信息交換后返回從控機車B 類終端。

3 傳輸組網

傳輸網絡分布于國能朔黃鐵路沿線，傳輸設備設置于國能朔黃鐵路沿線通信機房和區間BBU 基站，網管中心設置于肅寧北，設置核心網EPC-A 和EPC-B。A 網由HW10G-A 傳輸設備承載，數據流由東向西，在肅寧北連接核心網EPC-A，B 網由HW2.5G-A傳輸設備承載，數據流由西向東，在肅寧北連接核心網EPC-B。

3.1 光纜中斷對機車同步操控業務的影響

沿線各站的HW10G-A 傳輸設備組成1+1 線性復用段保護網絡，采用“雙發、選收”的保護機制。正常情況下，工作路由和保護路由同時傳送業務信號，但接收端僅僅分別從工作路由選收業務信號。當光纜某一處中斷，接收端將倒換到保護路由，從保護路由選收業務信號。因此，某一處光纜中斷既不影響HW10G-A 所承載的A 網業務，也不影響機車同步操控A、B 類終端正常通信。

沿線各站的HW2.5G-A 傳輸設備組成2 纖雙向復用段共享保護環。每根光纖容量一分為二，前一半分配給工作通道S，后一半分配給保護通道P，光纜1 纖芯光纖同時載送工作通道S1 和保護通道P2，2 纖芯光纖同時載送工作通道S2 和保護通道P1。通常情況下，光纜1 纖芯上的工作通道S1，由沿環的相反方向的另一條光纜的2 纖芯上的保護通路P1 來保護，同理光纜2 纖芯工作通道S2 由另一條光纜1 纖芯的保護通道P2 來保護。正常情況下，光纜的1、2 纖芯工作通道S1、S2 來傳輸業務，光纜兩端傳輸設備網元呈現正常態。當光纜某處中斷后，全網進行MSP 保護倒換，光纜中斷兩端的網元發生橋接倒換。因此某一處光纜中斷，不影響HW2.5G-A 傳輸設備所承載的B 網業務，網絡有很好的自愈能力，不影響機車同步操控A、B 類終端的正常通信。

3.2 單站傳輸設備故障對機車同步操控業務的影響

HW10G-A 傳輸設備故障：影響上行HW10G-A 站點小覺站以西（不含）A 網BBU 站點傳輸設備。以滴流磴站為例，HW10G-A 設備單站故障，影響小覺站以西（不含）A 網BBU 站點傳輸設備，但不影響B 網BBU站點傳輸設備，機車在神池站至小覺站區間運行時，機車同步操控終端LTE-A 顯示脫網，LTE-B顯示正常。

HW2.5G-A傳輸設備故障：影響本站（含）以西的B 網BBU 傳輸設備。以滴流磴站為例，HW2.5G-A 設備單站故障，影響滴流磴站以西（含）B 網BBU 站點傳輸設備，但不影響A 網BBU 站點傳輸設備，機車在神池站至滴流磴站區間運行時，機車同步操控終端LTE-B 顯示脫網，LTE-A 顯示正常。

HW2.5G-B 傳輸設備故障：影響本站（含）至附近上行HW10G-A 站點（不含）A 網BBU 傳輸設備，本站（含）至附近下行HW10G-A 站（不含）B 網BBU 傳輸設備。以滴流磴站為例，HW2.5G-B 傳輸設備單站故障，影響滴流磴站（含）至小覺站（不含）A 網BBU 傳輸設備，滴流磴站（含）至東冶站（不含）B 網BBU 傳輸設備。機車在滴流磴站至小覺站區間運行時，機車同步操控終端LTE-A 顯示脫網，LTE-B 顯示正常；機車在東冶站至滴流磴站區間運行時，機車同步操控終端LTE-B 顯示脫網，LTE-A 顯示正常。

非HW10G-A 車站站點HW2.5G-B 傳輸設備故障：影響車站站點西側B 網BBU 傳輸設備和車站站點東側A 網BBU 傳輸設備，雙方向均截止至HW10G-A 車站站點（不含）。以猴刎站為例，HW2.5G－B 設備單站故障，影響1734－BUB 基站和1946－BUA 基站的BBU 傳輸設備。機車在滴流磴站至猴刎站區間運行時，機車同步操控終端LTE-B 顯示脫網，LTE-A 顯示正常；機車在猴刎至小覺站區間運行時，機車同步操控終端LTE-A 顯示脫網，LTE-B 顯示正常。

區間站點HW2.5G-B 傳輸設備故障：影響本基站下掛A 網或B 網BBU 傳輸設備。以1567－BUA 基站為例，HW2.5G-B 設備故障，影響該基站下掛的A 網BBU 傳輸設備，繼而影響該基站BBU 設備所掛的A 網RRU 設備，機車在該基站管轄區段運行時，機車同步操控終端LTE-A 顯示脫網、LTE-B 顯示正常。

4 LTE 無線網絡

國能朔黃鐵路LTE 無線網絡采用共站址雙網冗余覆蓋，在同一站址設置A、B 網2 套獨立基站，分別接入不同的核心網EPC-A 和EPC-B。鐵路沿線部署BBU 加RRU 分布式基站，采用星形組網方式，可靠性高，1 個BBU 帶3 個小區的RRU。BBU通過光纖連接RRU，且設置主備2 路光通道，分別走鐵路下行48A 和鐵路上行48B 光纜。BBU 為基帶處理單元，完成上下行基帶信號處理，通過以太網接口連接HW2.5G-B。RRU 為射頻拉遠單元，負責傳送和處理BBU 與天饋系統之間的射頻信號。

4.1 漏纜故障對機車同步操控業務的影響

同頻小區雙發射天線配置指示參數配置情況，終端在切換過程中，鄰區的RSRP 的測量僅對鄰小區端口的0 口進行。故障點發生在1505-RU 基站下行側神池方向漏纜接頭27 m 處，直流阻斷器損壞，駐波儀測試值為1.99。當機車開往肅寧方向時，從1493-RU 小區切換到1505-RU 小區過程中，由于RSRP 僅對1505-RU 小區端口的0 口進行，機車同步操控終端LTE-A和LTE-B 都出現脫網現象，都產生閃紅告警。

需要說明的是，同頻鄰區雙發射天線配置指示參數可以修改。該參數表示本地小區的所有同頻鄰區是否配置為兩個及以上天線端口。如果本地小區所有同頻鄰區均配置為兩個及以上天線端口時，該參數配置為“是”[3]。如果本地小區同頻鄰區中有一個鄰區配置為單天線端口時，該參數配置為“否”。1505-RU基站有兩個天線端口，目前參數設置為“否”。

當該參數設置為“是”時，終端在進行同頻鄰區測量時，將對目標小區（鄰區）所有天線端口的射頻信號進行測量，以判斷是否發生切換；而當該參數設置為“否”時，終端僅對目標小區（鄰區）一個天線端口的射頻信號進行測量，以判斷是否發生切換。該參數設置為“是”時終端對目標小區（鄰區）的測量更加準確和及時，有利于更好的發生切換以保持良好的移動性。

4.2 單天線故障對機車同步操控業務的影響

鐵路沿線部署許多單天線雙漏纜覆蓋場景。RRU 安裝在室內，信號經過電橋合路后，1 路信號經過7/8 饋線連接天線，1 路信號連接漏纜。RRU 為2T2R，防雷器為DIN 對DIN。轉接頭N對DIN。電橋接頭為N 母。若天線故障或者下傾角偏移，由天線發射的A 網信號質量變差，B 網信號同樣變差，對同步操控A網和B 網均有影響。

鐵路沿線部署雙天線覆蓋場景，RRU 安裝在鐵塔上，為4T4R、無電橋。A、B 網均采用雙天線獨立天饋系統覆蓋，A 網安裝在鐵塔靠近鐵路側，B 網安裝在鐵塔遠離鐵路側。這樣設計的好處，既能提高基站的可靠性，還能提高基站的數據傳輸帶寬。若A 網單天線故障，只影響A 網在該小區天線覆蓋范圍內的信號質量，小區B 網的信號質量是好的。

5 結束語

通過介紹重載機車無線重聯的車載設備、同步操控機制、LTE核心網絡、傳輸組網、基站和網絡故障分析及影響范圍，為鐵路寬帶移動通信網絡的建設、維護及網絡故障處理提供一定的參考。