丁 珣

(中國鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司， 北京 100043)

高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)直放站覆蓋區(qū)段網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

丁 珣

(中國鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司， 北京 100043)

高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)調(diào)試時(shí)，光纖直放站覆蓋區(qū)段往往是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中的難點(diǎn)部分，給GSM-R系統(tǒng)的順利開通帶來不利影響。文章結(jié)合已開通線路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究，以GSM-R單網(wǎng)交織覆蓋模式為例，分析了直放站在不同弱場(chǎng)區(qū)段的直放站加漏纜、直放站加天線、直放站帶漏纜加天線三種應(yīng)用模式,研究出影響直放站覆蓋質(zhì)量的因素主要為直放站設(shè)備性能、施工工藝、參數(shù)設(shè)置(包括基站參數(shù)設(shè)置和直放站參數(shù)設(shè)置)以及同頻干擾等，同時(shí)分析了這些因素的影響表現(xiàn)，并給出了對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案，以準(zhǔn)確迅速地解決網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中的問題，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

高速鐵路； GSM-R； 直放站； 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1 引言

我國高速鐵路建設(shè)正在逐漸往西南方向拓展，這些地區(qū)以山區(qū)地形居多，形成的GSM-R網(wǎng)絡(luò)弱場(chǎng)區(qū)多且復(fù)雜，作為弱場(chǎng)覆蓋的主要解決方案，模擬光纖直放站(本文簡(jiǎn)稱直放站)在工程中大量應(yīng)用，同時(shí)也是工程調(diào)試階段中的重難點(diǎn)部分。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，在頻率規(guī)劃合理，宏基站本身的穩(wěn)定性較好，外界電磁環(huán)境良好的前提下，實(shí)際當(dāng)中出現(xiàn)問題較多的地段多為直放站區(qū)段，成為影響全線覆蓋質(zhì)量的重要影響因素，因此有必要對(duì)這些區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2 直放站在不同弱場(chǎng)區(qū)段的應(yīng)用

在目前工程中，主要采用的GSM-R覆蓋方式有單網(wǎng)覆蓋和單網(wǎng)交織覆蓋兩種，單網(wǎng)交織覆蓋模式中的問題基本可以涵蓋單網(wǎng)覆蓋模式下的問題，因此本文以單網(wǎng)交織覆蓋模式作為分析基礎(chǔ)。

GSM-R光纖直放站由近端機(jī)、光纖、遠(yuǎn)端機(jī)等組成，近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)主要包括射頻單元、光單元和控制單元等，具有中繼傳輸功能，中繼傳輸基站射頻信號(hào)，延伸通信覆蓋區(qū)域。無線信號(hào)從基站中耦合出來后，進(jìn)入光近端機(jī)，通過電光轉(zhuǎn)換，從光近端機(jī)輸入至光纖，經(jīng)過光纖傳輸?shù)焦膺h(yuǎn)端機(jī)，光遠(yuǎn)端機(jī)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后將信號(hào)放大發(fā)射，覆蓋目標(biāo)區(qū)域。直放站主要在3種不同場(chǎng)景分別有不同的覆蓋方式，如圖1所示。

圖1 直放站在不同弱場(chǎng)區(qū)段的應(yīng)用

2.1 隧道內(nèi)的弱場(chǎng)區(qū)段

如圖1中實(shí)線標(biāo)注出的區(qū)域?yàn)樗淼纼?nèi)，主要采用直放站加漏纜的方式覆蓋。遠(yuǎn)端機(jī)處的連接如圖2所示。

圖2 直放站加漏纜覆蓋連接方式

2.2 純空間區(qū)段

如圖1中虛線標(biāo)注出的純空間區(qū)段，采用直放站加天線的方式覆蓋。遠(yuǎn)端機(jī)處的連接如圖3所示。

圖3 直放站加天線覆蓋連接方式

2.3 隧道群空間區(qū)間

如圖1中點(diǎn)線標(biāo)注出的隧道與隧道之間的區(qū)段，采用直放站帶漏纜加天線的方式覆蓋。遠(yuǎn)端機(jī)處的連接如圖4所示。

圖4 直放站帶漏纜加天線覆蓋連接方式

3 直放站覆蓋質(zhì)量影響因素、影響體現(xiàn)及優(yōu)化方法

工程中遇到的影響直放站覆蓋質(zhì)量的因素主要分為以下幾類，下面重點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1 設(shè)備性能

直放站本身性能主要指設(shè)備本身各種模塊(功率放大模塊、光模塊、電源模塊等)的穩(wěn)定性、工作機(jī)制和上行底噪處理能力等。雖然實(shí)際應(yīng)用中都要求各關(guān)鍵模塊采用1+1熱備，在當(dāng)前工作模塊故障的前提下備用模塊啟用，但是若模塊頻繁出問題，最終將有可能因?yàn)槿鄙儆杏媚K而導(dǎo)致整個(gè)直放站宕站，如圖5所示。目前，各設(shè)備廠家對(duì)上行底噪的處理均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 直放站宕站前后覆蓋對(duì)比

針對(duì)該因素，主要的優(yōu)化思路為：在設(shè)備招標(biāo)階段嚴(yán)格審核相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)和配置，做好設(shè)備進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)和倉儲(chǔ)，為調(diào)試階段準(zhǔn)備足夠的備品備件等。

3.2 施工工藝

作為影響直放站覆蓋質(zhì)量的重要因素之一，施工工藝往往被網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員忽視，造成分析誤區(qū)。由于該因素造成的影響有很多表現(xiàn)方式，常見的有以下幾種：

如圖6所示，遠(yuǎn)端機(jī)102、103無主信號(hào)(來源于LBX-HSB04，1002)，遠(yuǎn)端機(jī)104、105、106、107無從信號(hào)(來源于LBX-HSB04，1002)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)為LBX-HSB04近端機(jī)的信號(hào)輸入線斷了，重新?lián)Q線后，所有信號(hào)恢復(fù)正常，如圖7所示。

圖6 直放站線纜問題體現(xiàn)舉例

圖7 故障解決后正常覆蓋

如圖8所示，遠(yuǎn)端機(jī)80覆蓋往上行方向覆蓋陡降。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查檢查發(fā)現(xiàn)為遠(yuǎn)端機(jī)跳線與漏纜接頭松動(dòng)，重新緊固接頭后，遠(yuǎn)端機(jī)80覆蓋恢復(fù)正常，如圖9所示。

圖10和圖11為遠(yuǎn)端機(jī)105直放站設(shè)備掉電和恢復(fù)后的覆蓋曲線。

圖8 遠(yuǎn)端機(jī)80上行方向覆蓋陡降

圖9 遠(yuǎn)端機(jī)80覆蓋恢復(fù)正常

圖10 遠(yuǎn)端機(jī)105掉電

圖11 遠(yuǎn)端機(jī)105供電正常

針對(duì)問題表現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)往往主要依靠經(jīng)驗(yàn)通過排除法來解決，主要的優(yōu)化思路是：

(1)嚴(yán)格按圖施工，尤其是耦合器、電橋、功分器等與天線、漏纜、設(shè)備射頻口之間的連接，需要相應(yīng)設(shè)備廠家督導(dǎo)到位。

(2)天線的安裝方向(水平角、俯仰角)、安裝方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，安裝后應(yīng)牢固可靠；天線饋電點(diǎn)應(yīng)朝下，護(hù)套頂端應(yīng)與支架主桿頂部齊平或略高出；跳線與天線接頭處應(yīng)制作滴水彎并進(jìn)行防水密封處理。漏纜的安裝位置、夾具的固定、彎曲半徑、保護(hù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。漏纜的接續(xù)應(yīng)牢固可靠，接頭外部應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行防護(hù)。整個(gè)天饋系統(tǒng)施工完成后，應(yīng)進(jìn)行駐波測(cè)試。

(3)基站與近端機(jī)之間、近端機(jī)與遠(yuǎn)端機(jī)之間的光纖連接應(yīng)正確，并有相應(yīng)標(biāo)識(shí)。

(4)設(shè)備供電和傳輸通道穩(wěn)定。這項(xiàng)雖不嚴(yán)格屬于施工工藝范疇，但是在工程實(shí)施中往往由網(wǎng)優(yōu)方協(xié)調(diào)相應(yīng)方面來滿足。

3.3 參數(shù)設(shè)置

影響直放站區(qū)段的參數(shù)不僅包括直放站設(shè)備本身的參數(shù)設(shè)置，還與基站的參數(shù)設(shè)置息息相關(guān)。由于參數(shù)設(shè)置的便利性，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中通常希望優(yōu)先通過參數(shù)優(yōu)化來解決問題。

3.3.1 基站參數(shù)設(shè)置

通過調(diào)整切換參數(shù)如HOM，TINHBAKHO等使切換位置更加合理，防止乒乓切換，更改頻點(diǎn)用以消除網(wǎng)內(nèi)干擾，以滿足CSD傳輸干擾測(cè)試的指標(biāo)要求，最終達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。主要的參數(shù)包括以下幾個(gè)：

(1)功率預(yù)算切換門限HOM

是用來調(diào)整切換位置的最重要參數(shù)，同時(shí)對(duì)于CSD傳輸干擾相關(guān)指標(biāo)的影響很大：利用該指標(biāo)可以將切換位置盡量避開電磁環(huán)境較差區(qū)域，從而使傳輸干擾時(shí)間控制在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)；也可以利用該指標(biāo)調(diào)節(jié)小區(qū)之間的切換位置，控制每個(gè)小區(qū)的占用時(shí)間在20 s以上，從而使傳輸無差錯(cuò)時(shí)間指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

(2)功率遞減值PWRRED

此參數(shù)定義了TRX 進(jìn)行功率遞減的步長值，通過此值的調(diào)整，可以以適當(dāng)?shù)墓β手祦砀采w期望得到的小區(qū)半徑大小，此值對(duì)于直接調(diào)節(jié)小區(qū)覆蓋范圍大小起相當(dāng)重的作用。

(3)功率余量切換平均窗口的尺寸HOAVPWRB

此參數(shù)定義了功率余量切換的平均窗口尺寸(SACCH 周期)，用于平均鄰小區(qū)downlink 接收電平、服務(wù)小區(qū)的 downlink 接收電平加功率控制糾正因子 。此平均在進(jìn)行功率余量評(píng)估時(shí)完成。實(shí)際當(dāng)中主要是結(jié)合HOM參數(shù)來調(diào)整切換位置，來達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的。

(4)禁止回切計(jì)時(shí)器TINHBAKHO

其指定 BTS拒絕向源小區(qū)進(jìn)行功率余量切換的時(shí)間周期。對(duì)于較易產(chǎn)生乒乓切換的小區(qū)交界處，可以通過TINHBAKHO設(shè)置來抑制反復(fù)的乒乓切換。

(5)下行鏈路inter-cell 質(zhì)量切換門限HOLTHQUDL

此值決定了小區(qū)Downlink 方向由于信號(hào)服務(wù)質(zhì)量原因而產(chǎn)生intercell handover 的門限值，當(dāng)服務(wù)小區(qū)的下行接收質(zhì)量低于此參數(shù)定義的值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將啟動(dòng)相應(yīng)的切換算法以保證MS 的通話質(zhì)量。

3.3.2 直放站參數(shù)設(shè)置

直放站設(shè)備涉及到的參數(shù)很多，主要有：工作頻率范圍、最大輸出功率、最大增益、增益調(diào)整范圍、增益調(diào)節(jié)步進(jìn)、帶內(nèi)波動(dòng)、互調(diào)衰減、雜散發(fā)射、帶外增益特性、輸入、輸出電壓駐波比、端口阻抗、噪聲系數(shù)、傳輸時(shí)延等，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中涉及到最多的為上下行增益，主要解決以下兩大類問題：

(1)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)節(jié)

主要包括主從信號(hào)下行電平調(diào)整，主從信號(hào)電平差調(diào)整(為了避免由于主從信號(hào)相差太小而導(dǎo)致乒乓切換，并且保證在單點(diǎn)故障時(shí)直放站單路信號(hào)仍然能符合覆蓋指標(biāo)要求，建議主從相差為6 dB左右)，上下行鏈路不平衡調(diào)整等。合理的直放站覆蓋曲線如圖12所示。

(2)上行干擾抑制

由于直放站本身的接收能力以及設(shè)備底噪的影響，在測(cè)試中發(fā)生某些區(qū)段的直放站上行質(zhì)量較差，這時(shí)可通過降低直放站上行增益來改善。圖13和圖14為某直放站覆蓋區(qū)域的測(cè)量報(bào)告對(duì)比，所做調(diào)整為將直放站上行增益降低3 dB，從圖14可以看出該處上行質(zhì)量由原來的4級(jí)變?yōu)?級(jí)，得到了明顯改善。

圖12 合理的直放站主從信號(hào)強(qiáng)度

圖13 優(yōu)化前的直放站上行質(zhì)量

圖14 優(yōu)化后的直放站上行質(zhì)量

另外，上行干擾除了通過現(xiàn)場(chǎng)路測(cè)來判斷，也可以通過基站OMC-R的上行干擾帶統(tǒng)計(jì)來輔助分析，在網(wǎng)管上統(tǒng)計(jì)全線各個(gè)基站在一段時(shí)間內(nèi)(如1周)的上行干擾帶，一般兩級(jí)及以下的干擾占絕大多數(shù)為正常，否則則可以初步判斷該基站覆蓋范圍內(nèi)有可能存在上行干擾，這種現(xiàn)象有可能是兩個(gè)原因?qū)е碌模?/p>

一是，該區(qū)域存在外網(wǎng)干擾，由于聯(lián)通GSM900的下行頻段與GSM-R的上行頻段較接近，此時(shí)可以在該基站附近實(shí)地查看是否存在聯(lián)通發(fā)射天線，若存在，則可協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會(huì)對(duì)相應(yīng)天線進(jìn)行加濾波器處理、降低發(fā)射功率，或調(diào)整天線俯仰角和方向角等；

二是，該基站所帶直放站區(qū)域存在上行干擾，此時(shí)可以通過直放站OMC-T遠(yuǎn)程逐個(gè)鎖閉該基站所帶直放站，同時(shí)對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)其上行干擾帶，若在某個(gè)或幾個(gè)直放站鎖閉的情況下上行干擾帶恢復(fù)正常，則可鎖定該直放站區(qū)域存在上行干擾，在確定設(shè)備無故障后，可通過降低該直放站上行增益來改善，調(diào)整后同樣也可以通過分析上行干擾帶分布來判斷是否有改善。

3.4 同頻干擾

直放站擴(kuò)大了覆蓋范圍，也增加了多徑干擾，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在隧道群區(qū)域兩個(gè)隧道之間的空間部分，主要表現(xiàn)為：列車經(jīng)過這些區(qū)域時(shí)，下行質(zhì)量突然惡化，傳輸誤碼高，導(dǎo)致傳輸干擾時(shí)間大于標(biāo)準(zhǔn)值，或者傳輸無差錯(cuò)時(shí)間小于標(biāo)準(zhǔn)值，甚至導(dǎo)致CSD連接丟失，引起信號(hào)CTCS-3系統(tǒng)降級(jí)運(yùn)行，給列車準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行帶來影響。

針對(duì)這類問題的主要優(yōu)化思路為：首先通過現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試分析出干擾來源，然后結(jié)合地形、天線方向角和俯仰角、直放站設(shè)備本身參數(shù)，通過降低直放站下行增益，或者在不影響覆蓋的前提下，下壓干擾來源天線下傾角，甚至摘除相互干擾的某個(gè)站的空間天線[1]。

4 結(jié)論

作為弱場(chǎng)覆蓋的主要解決方案，光纖直放站大量在工程中應(yīng)用，主要的應(yīng)用模式有直放站加漏纜、直放站加天線、直放站帶漏纜加天線3種。影響直放站覆蓋質(zhì)量的因素，主要包括直放站設(shè)備性能、施工工藝、參數(shù)設(shè)置以及同頻干擾等，針對(duì)這些因素引起的網(wǎng)絡(luò)問題，均可采用文中給出的優(yōu)化方法來解決。

[1] 丁珣.基于TA值排除GSM-R網(wǎng)內(nèi)干擾方法的研究[J].鐵路通信信號(hào), 2013，46(6): 60 -62. DING Xun. Research on a TA Value Based Methods of Removing GSM-R Internal Interference [J].Railway Signaling & Communication.2013,46(6): 60-62.

[2] 丁珣.高速鐵路GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)QoS分析及其對(duì)CTCS-3列控系統(tǒng)的影響[D]北京:北京交通大學(xué),2010. DING Xun. GSM-R Radio Network QoS and Its Effect on CTCS-3 System on High-Speed Railways[D]. Beijing Jiaotong University，2010.

[3] 鐘章隊(duì)，李旭，蔣文怡，等.鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)[M].北京:中國鐵道出版社, 2007. ZHONG Zhangdui, Li Xu, JIANG Wenyi， et al.Global System of Mobile communication (GSM-R) on Railway [M]. Beijing: China Railway Publishing House, 2007.

[4] 鐘章隊(duì)，艾渤，劉秋妍，等.鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)應(yīng)用基礎(chǔ)理論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009. ZHONG Zhangdui, AI Bo, LIU Qiuyan, et al.Application Basic Theory of Digital Mobile Communication (GSM-R) on Railway [M]. Beijing: Tsinghua University Press，2009.

[5] 鐵建設(shè)[2010]214號(hào)，高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收指導(dǎo)意見[S]. China Railway Construction [2010] No.214, Directive Opinion on Dynamic Acceptance of High-speed Railway Project[S].

[6] 楊帆，丁珣. 高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程研究[J].鐵路通信信號(hào), 2013，49(7): 64 -67. YANG Fan, DING Xun. Study of Network Optimization Process of GSM-R Network for High-speed Railway [J].Railway Signaling & Communication.2013,49(7): 64 -67.

[7] 丁珣.高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)故障模擬測(cè)試方法研究[J].高速鐵路技術(shù), 2013,4(4): 25-27. DING Xun. Research on Simulation Test Methods under Single-point BTS Failure Mode of GSM-R Network of High-speed Railway [J].High Speed Railway Technology.2013,4(4): 25-27.

[8] TB/T 3364-2015 鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)模擬光纖直放站[S]. TB/T 3364-2015 Analog optical repeater for Global System for communications-Railway(GSM-R)[S].

Network Optimization of GSM-R Network Repeater Coverage Section of High-speed Railway

DING Xun

(China Railway Electrification Engineering Bureau, Beijing 100043, China)

As the main solution to the weak field of GSM-R network, repeat stations are widely applied, meanwhile, problems frequently happen in the area that repeat station are used. In this paper, Combined with the experience of the High-Speed Railways have been opened, the application modes of repeater station on different weak field section of GSM-R intercross base station redundancy single-layer network are introduced, including repeat station with antenna, repeat station with leakage cable, repeat station with both antenna and leakage cable, also the factors that influence the QoS of repeat station area are summarized, including Equipment performance, construction process, parameter settings (base station parameter setting and repeater parameter setting) as well as the same frequency interference, and also the corresponding optimization methods are analyzed.

high-speed； GSM-R; repeater； optimization

2015-12-18

丁珣(1987-)，女，工程師。

1674—8247(2016)02—0029—07

U284.7

A