GSM-R線路交叉區(qū)域異常占用引起CTCS-3降級分析與優(yōu)化

趙寅龍

（中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段，上海 200080）

合福高鐵是一條連接安徽省合肥市與福建省福州市的高速鐵路。作為連通安徽到福建沿海地區(qū)的一條大能力客運通道，合福高鐵有“最美高鐵”美譽，是國內路網(wǎng)八縱八橫規(guī)劃中京港臺通道的重要組成部分，線路全長850 km，設24 個車站，其中上海鐵路局管內安徽段里程約340 km。

合福高鐵全線采用GSM-R 系統(tǒng)，為CTCS-3（C3 級）列車控制信息傳輸?shù)裙δ艿膶崿F(xiàn)提供通信支持。GSM-R 系統(tǒng)總體穩(wěn)定可靠，但受限于鐵路沿線環(huán)境日趨復雜，部分線路交叉、并線和交匯等特殊區(qū)域容易網(wǎng)絡工作異常，導致C3 通信超時、降級等情況發(fā)生，從而影響高鐵列車的正常運行。因此，解決線路交叉特殊區(qū)域網(wǎng)絡問題是GSM-R 網(wǎng)絡優(yōu)化的重點工作，為行車安全控制提供有力保障具有重要意義。

1 合福高鐵降級故障案例

1.1 問題描述

合福高鐵下行方向多次出現(xiàn)C3 通信超時情況，通信超時嚴重時會引起C3 降級發(fā)生，從而影響高鐵列車行車安全和效率。調取故障階段的C3 接口監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超時情況發(fā)生時存在Abis 口、A 口數(shù)據(jù)缺失，僅有PRI 口數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。經(jīng)與C3接口監(jiān)測廠家確認，此現(xiàn)象證明數(shù)據(jù)缺失期間有通信，因此初步判斷為終端占用非合福高鐵基站，之后無法切換回本線導致掉話，進而發(fā)生降級。

1.2 問題排查

分析話統(tǒng)數(shù)據(jù)：合蕪線ZhongHan 基站存在掉話情況，且掉話時間與超時時間相符。

查看線路地圖：合福高鐵線與合蕪線存在交叉區(qū)域，此范圍內兩線路均有多個基站部署，合蕪線ZhongHan 基站位于此交叉區(qū)域，如圖1 所示。

圖1 合福線與合蕪線存在交叉區(qū)域Fig.1 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway and Hefei-Wuhu Railway

分析C3 接口監(jiān)測數(shù)據(jù)：降級情況發(fā)生于RBC 交權區(qū)。正常車次MT1 在合福高鐵線CLHCHD10 基站通信結束，MT2 在CLH-CHD08 基站起呼；降級車次MT1 在CLH-CHD10 基站通信結束，且MT2 起呼的Abis 口、A 口數(shù)據(jù)缺失。根據(jù)Abis 口、A 口無數(shù)據(jù)而PRI 口有數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，表示數(shù)據(jù)缺失期間有通信，結合線路地圖分析，考慮通話可能與異常占用合蕪線基站有關。

2 故障原因分析

2.1 分析異常占用鄰線基站可能性

在交叉區(qū)域，合福高鐵基站與合蕪線基站無鄰區(qū)關系，正常情況下在此區(qū)域MT2 不會切換或重選至合蕪線基站。

合福基站、合福BSC 均無異常告警，且MT1在該區(qū)段正常通信，排除合福基站硬件故障導致MT2 異常占用合蕪線基站。

核 查HeFeiNan 至CLH-CHD10 基 站，未 發(fā)現(xiàn)合蕪線與合福高鐵存在基站的BCCH 相同的情況，排除從合福高鐵基站重選至合蕪線基站。

查看線路地圖：合福高鐵線在合肥南附近存在交叉區(qū)域，如圖2 所示。合福高鐵由HeFeiNan 基站出站下行方向在HFN-CLH01A/B 基站附近存在分叉，其中合福高鐵由HFN-CLH01A/B 基站切換至HFN-CLH02 基站，而合肥南環(huán)線由HFNCLH01A/B 基站切換至FD-HFN02 基站，隨后由南環(huán)線轉合蕪線。

圖2 合福線與南環(huán)線、合蕪線存在交叉區(qū)域Fig.2 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway, the south loop and Hefei-Wuhu Railway

考慮合福高鐵線與合肥南環(huán)線、合蕪線存在交叉區(qū)域情況，初步懷疑降級車次MT2（空閑態(tài)）由HFN-CLH01A 基站重選至FD-HFN02 基站，隨后占用合蕪線基站，當列車經(jīng)過CLH-CHD08 附近的地面應答器時，觸發(fā)MT2 在合蕪線基站起呼。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

分析Abis 口數(shù)據(jù)：查看降級車次C3 接口監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)HFN-CLH01A 基站切換至HFNCLH02 基站前，合福高鐵線HFN-CLH02 基站的電平值較合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站強10 dBm左右，如圖3 所示。

圖3 降級車次C3接口監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.3 Monitoring data of C3 interface of a degraded train

分析合福高鐵中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱國鐵集團）動檢車測試數(shù)據(jù)：降級車次占用HFN-CLH01A 基站時，HFN-CLH02 基站的電平值較FD-HFN02 基站強5 dBm 左右，如圖4 所示。

圖4 降級車次動檢車測試數(shù)據(jù)Fig.4 Test data from a high-speed comprehensive inspection train regarding the degraded train

2.3 原理分析

GSM-R 即鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)，其建設初期規(guī)劃對象一般是單獨線路，規(guī)劃環(huán)境比較簡單且無線干擾較少。隨著國內鐵路八縱八橫規(guī)劃的建設以及既有線改造的快速進行，鐵路無線專網(wǎng)面對的環(huán)境日趨復雜，特別是在鐵路線路交叉、并線和交匯等特殊區(qū)域，當路線完全并行或相互跨越時，無線網(wǎng)絡規(guī)劃面臨嚴重的無線覆蓋、頻率規(guī)劃和業(yè)務實現(xiàn)等難題。

為了保障移動狀態(tài)下列車通信服務的穩(wěn)定性、連續(xù)性，GSM-R 基站在鐵路沿線按接續(xù)覆蓋線路規(guī)劃建設，服務小區(qū)間采用切換的方式來滿足車地間信息傳送需求。當列車經(jīng)過小區(qū)邊緣區(qū)域，移動臺測量當前無線子系統(tǒng)的下行鏈路質量以及從鄰近小區(qū)接收電平的信號強度，基站監(jiān)測每個被服務移動臺的上行接收電平和質量，并將測量報告上報基站控制器。基站控制器根據(jù)基站傳來的測量報告進行切換判決，對目標小區(qū)進行篩選后確定切換小區(qū)。小區(qū)切換時，移動臺與目標小區(qū)之間建立新鏈路，目標小區(qū)分配一個新的信道，并命令移動臺切換到新信道上繼續(xù)提供服務，而用戶和舊小區(qū)之間的鏈路連接會被刪除和釋放，以保證用戶通話的連續(xù)性。在線路交叉區(qū)域，不同線路的基站覆蓋范圍可能相互重疊，當列車經(jīng)過小區(qū)重疊區(qū)域且小區(qū)覆蓋場強相近時，移動終端不能明顯分辨出本線路和相鄰線路覆蓋小區(qū)，因此容易造成錯切情況，使系統(tǒng)掉話率增高，嚴重時導致通信超時乃至降級故障發(fā)生，影響列車正常運行秩序。

對于高速運行的列車而言，通話情況下的小區(qū)切換由切換參數(shù)來進行控制，經(jīng)查詢相關線路設置，確認HFN-CLH01A/B 基站至合福高鐵HFN-CLH02 基站的切換門限為4 dBm，HFNCLH01A/B 基站至南環(huán)線FD-HFN02 基站的切換門限為7 dBm，即通話情況下合福高鐵下行列車較難切換至南環(huán)線FD-HFN02 基站。

空閑模式下小區(qū)重選的定義為：C2 ＝C1 ＋CRO，其中C1 ＝接收電平－最小接入電平。經(jīng)核查，合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環(huán)線FDHFN02 基站的最小接入電平與CRO 參數(shù)設置一致，即在空閑模式下，僅比較電平值，MT2 會重選至合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環(huán)線FDHFN02 基站中信號較強的小區(qū)；若南環(huán)線基站信號較強，則合福高鐵下行列車會產(chǎn)生異常占用非合福高鐵基站的情況，從而造成異常重選故障發(fā)生。

綜上所述，該C3 降級問題是由于空閑模式下異常占用合肥南環(huán)-合蕪線基站導致。從Abis 口監(jiān)測數(shù)據(jù)（通話態(tài)MT1 的數(shù)據(jù)）和國鐵集團動檢車測試數(shù)據(jù)分析，不滿足合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站重選的條件，但由于存在快衰落或終端接收性能差異，因此可能是在某個地點降級的模塊接收電平較強導致異常重選。

3 優(yōu)化調整方案

3.1 故障應急處置

為驗證列車終端從合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站重選導致降級，并避免再次出現(xiàn)連續(xù)降級情況，臨時調整了合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站的功率等級，由等級3 降至等級10（功率等級每降低1，功率下降2 dB）。

下調合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站的功率等級后，問題區(qū)域未再次出現(xiàn)降級情況。至此，可判斷故障發(fā)生時合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站在合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區(qū) 段 覆 蓋 過強，導致列車空閑態(tài)MT 重選至合肥南環(huán)線HFNCLH02 基站而造成降級發(fā)生。

3.2 優(yōu)化調整方案

GSM-R 網(wǎng)絡中，基站異常占用主要是由于區(qū)域內基站天線角度不當、發(fā)射功率設置不當、切換參數(shù)設置不當?shù)纫蛩卦斐傻摹楸苊夂罄m(xù)該區(qū)段再次出現(xiàn)此問題，同時為恢復臨時處置時調整的南環(huán)線FD-HFN02 基站功率，制定網(wǎng)絡優(yōu)化方案如下：

1）調整南環(huán)線FD-HFN02 基站天線：方位角225°→235°，俯仰角6°→8°；

2）調整合福高鐵HFN-CLH01A/B 基站天線：方位角140°→130°，待第一步實施后看情況決定是否實施；

3）調整合福高鐵HFN-CLH02 基站天線：方位角330°→325°，待后續(xù)國鐵集團測試結束后再決定是否實施。

4 網(wǎng)絡優(yōu)化效果

按照上述方案，調整南環(huán)線FD-HFN02 基站天線方位角225°→235°、俯仰角6°→10°，同時，恢復南環(huán)線FD-HFN02 基站功率等級10 →3，并將合福高鐵HFN-CLH01A 基站功率由40 W 提升至60 W。

對比實施前后合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區(qū)段Abis 口監(jiān)測數(shù)據(jù)（如圖5、6 所示），優(yōu)化調整后，合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站的電平值明顯低于合福高鐵HFN-CLH02 基站的電平值，不會再次因重選問題導致降級。

圖5 優(yōu)化調整前合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區(qū)段Abis口監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.5 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway before optimization and adjustment

圖6 優(yōu)化調整后合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區(qū)段Abis口監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.6 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway after optimization and adjustment

5 結語

隨著鐵路GSM-R 網(wǎng)絡的建設推進，鐵路交叉、并線和交匯的情況越來越多，無線覆蓋環(huán)境也越來越復雜，這些特殊區(qū)域的網(wǎng)絡優(yōu)化屬于GSM-R 網(wǎng)絡設計的重點和難點。在線路交叉區(qū)域，要對無線網(wǎng)絡進行統(tǒng)籌規(guī)劃，做好不同線路基站的覆蓋及切換參數(shù)優(yōu)化，具體可以通過合理設置天饋方位角、調整基站發(fā)射功率等方式控制覆蓋區(qū)域，避免在線路交叉區(qū)段發(fā)生小區(qū)錯切故障。同時，不僅要優(yōu)化通話模式下的小區(qū)切換情況，對空閑模式下的小區(qū)重選情況也要進行重點關注。