高速鐵路GSM- R 直放站運用問題探究

夏守葉

（京福鐵路客運專線安徽有限責任公司，安徽 合肥 230031）

1 概況

近十年來，我國高鐵鐵路迅猛發展，每年都有數條高鐵線開通運營，截至2021 年12 月31 日，中國高鐵運營里程突破4 萬公里，縱橫交錯高速鐵路網為中國的經濟發展注入了強大的活力。根據國家《中長期鐵路網規劃》（2016-2030 年），中國將建成“八縱八橫”高速鐵路骨干網，骨干網特點是高鐵線路長，大部分經過山區，地理地貌復雜，如武廣高鐵、滬昆高鐵、合福高鐵，這些高鐵線路設計速度300 千米/小時及以上，采用GSM-R 通信網絡實現CTCS-3 級列車控制車地信息的雙向傳輸。山區高速鐵路典型特點是地形困難、地質復雜、隧道眾多，GSM-R 通信網絡一般采取基站+直放站的方式解決場強覆蓋，在山區、隧道等基站覆蓋不到的弱場區，采用光纖直放站進行信號的補強覆蓋。GSM-R 直放站系統主要由直放站近端機、直放站遠端機組成，基于冗余保護考慮，直放站信號覆蓋方式均采用主信號、備信號、從信號方式設置，主、備信號由相近基站提供，從信號由相鄰基站提供。直放站的引入解決隧道內無線覆蓋的同時，由于無線環境的變化或設備運行中參數的變化，也給無線網絡帶來一定影響，造成語音質量變差甚至掉話，影響鐵路通信信號系統的正常運行。本文結合實例，分析直放站的主從信號設置不合理、多徑干擾對GSM-R 網絡的影響，并提出相應的解決方案。

2 直放站主從信號設置不合理對GSM 網絡的影響

在CTCS-3 列控系統中，基于冗余保護考慮，每個直放站均為主從雙信號輸出。直放站主從信號設置不合理會造成切換位置不在運營公里標范圍內，進而導致載干比下降、話音質量惡化等現象發生，在CTCS-3 列控系統應用中會出現車地數據傳輸誤碼，甚至通信中斷等現象。下文通過一個案例總結了對此類問題的分析過程并提出了相應的解決辦法，為今后無線優化工作提供思路。

2.1 問題描述

高速列車在某高鐵線基站JZ1308 至基站JZ1309 運行過程中，一直占用JZ1308基站的信號未觸發切換，行駛過JZ1309/R1 后下行通信質量逐漸惡化，最終通信中斷導致C3 連接超時。

2.2 數據分析

提取超時車次的C3 接口監測數據分析，超時發生時車載臺占用JZ1308 的信號，此時下行通信質量出現持續質差最終導致掉話，如圖1 所示。

C3 超時發生時的公里標為K130+970，位于JZ1309/R1（K130+622）和JZ1309（K132+072）之間，應該占用JZ1309 的信號。同時，根據網絡構成圖判斷：JZ1308往JZ1309 的理論切換位置位于JZ1308/R1（K129+622）和JZ1309/R1（K1130+622）之間，如圖2 所示。

查看鐵科院月度檢測車測試數據，在該區域同樣存在切換位置滯后、切換前無線質量差問題。進一步分析JZ1308/R1 和JZ1309/R1 直放站主從信號電平值均為-47dBm 的現象，主從信號強度相等，無法滿足切換要求，未在理論切換區域切換，C3 連接超時導致通信中斷。

2.3 網絡優化措施

調整直放站遠端機主從信號電平差，降低JZ1308/R1、JZ1309/R1 兩個直放站的從信號強度，具體調整如下：

2.3.1 JZ1308/R1：從信號的下行衰減值20 改為26，減低6db。

2.3.2 JZ1309/R1：從信號的下行衰減值20 改為30，減低10db。

2.4 處理結果成效

以上數據調整實施后，C3 監測系統數據顯示，切換公里標保持在K130+400 左右， 位于JZ1308/R1（K129+622）和JZ1309/R1（K130+622）之間，與設計理論切換位置相符，超時問題未再出現，網絡優化效果理想。

3 直放站多徑干擾對GSM 網絡的影響

無線電波經過不同路徑到達某車載臺的傳播時間存在差異，路徑的不同必然導致傳播時間的不同。時延擴展定義為最大傳播時延和最小傳播時延的差值。為了解決多徑延時造成的碼間干擾，GSM-R 設備采用了自適應均衡技術，但接收機均衡器僅能處理時延不大于15μs（約對應4TA）的多徑信號。

當時延差超過15μs，且主信號與多徑信號的載干比（C/I）小于12dB 時，就會發生強烈的多徑衰落，引發碼間干擾，出現下行電平雖強但質量很差的現象，進而導致下行通信質量差掉話造成CTCS-3 無線連接超時甚至降級的情況發生。

針對多徑干擾的形成條件，常規的處理思路從時延差和載干比兩個層面進行解決。

調整時延差往往需要改變網絡結構，應從工程設計階段避免多徑干擾的產生，同時部分多徑干擾具有一定的偶然性，需要長時間積累樣本后才能發現問題，到鐵路運營階段再提出改變網絡結構的解決方案實施難度較大；載干比調整則是提升或降低其中一路信號的電平強度，拉大信號強度差值。

此外，通過多次問題處理，總結經驗，發現部分干擾源不明，或者定位困難的隧道群多直放站區段，還可以通過調整切換位置，避開多徑干擾區域。下面通過實例對此種解決辦法進行介紹。

3.1 問題描述

列車在某高鐵線基站JZ1806 往基站JZ1900 運行過程中，切換至JZ1900 基站后，出現無線下行通信質量差，導致C3 連接超時而通信中斷的現象。

3.2 原因分析

提取Abis 口監測進行大數據分析，對超時車次JZ1806 基站至JZ1900 基站切換觸發時的公里標、切換前后TA，正常車次JZ1806 至JZ1900 切換觸發時的公里標、切換前后TA 進行統計以及出現7 級質差的公里標進行統計。接口監測數據截圖如圖3 所示。

圖3 JZ1806 至JZ1900 區段C3 監測系統數據無線連接超時截圖

通過C3 接口監測大數據分析，發現正常車次切換后的TA≤9，而語音質量出現強質差車次的切換后大部分是TA≥14。對比存在質差的車次和正常車次切換的TA 差值大于等于4，初步判斷該區段存在多徑干擾。

3.3 網絡優化

優化思路：由于多徑干擾是切換后產生高TA 造成的，發生多徑干擾的位置位于隧道內多直放站區段，定位及處理困難，可以嘗試改變切換位置來避免產生高TA。如圖4 所示。

圖4 JZ1806、JZ1900 站點GSM-R 網絡構成圖

優化方案：通過翻轉JZ1900/R1、JZ1900/R2 的主從信號強度，將切換位置由JZ1806/R3 與JZ1900/R1 區間調整至JZ1900/R2 與JZ1900 宏基站區間，具體操作如下:

3.3.1 調整JZ1900/R1、JZ1900/R2 直放站從信號光模塊電衰耗值23 改成10，提高兩個直放站從信號的信號強度。

3.3.2 調整JZ1900/R2 直放站上行信號電衰減值由3調整至13，降低JZ1900/R2 直放站送往JZ1900 基站方向上行信號電平值。

3.4 處理結果成效

將切換位置由JZ1806/R3 與JZ1900/R1 區間調整至JZ1900/R2 與JZ1900 宏基站區間后, 該區段未再次出現C3 通信中斷問題，網絡優化效果理想。

4 結論

目前，從對GSM-R 網絡的日常維護和優化結果看，由于直放站主從信號設置不當以及直放站覆蓋區域的多徑時延引起的網絡問題較多。在直放站覆蓋區域，需考慮主從信號合理設置衰減值，保證主從信號差值能滿足切換需求；針對多徑時延，通常通過調整天線、調整發射功率、調整切換位置等手段減小重疊覆蓋區域。只有通過深入分析，明確找出問題產生的原因，才能有效地進行調整和解決。

GSM-R 網絡的優化是一個長期而反復的過程，因此需要認真學習并貫徹強基達標、提質增效的思想精神，通過合理地調整工程參數與網絡參數等手段，不斷優化GSM-R 網絡，確保GSM-R 系統穩定運行。