劉立海，代 賽

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 概述

國內(nèi)高速鐵路建設(shè)已經(jīng)10 年多了，GSM-R 系統(tǒng)作為高速鐵路最重要的通信系統(tǒng)之一，承擔(dān)著CTSC-3（簡稱C3）列控系統(tǒng)車地安全信息傳送、調(diào)度通信、區(qū)間維護(hù)作業(yè)等重要無線通信業(yè)務(wù)，對高速鐵路的運營與安全保障起著重要作用。經(jīng)過10年多的建設(shè)和運用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、優(yōu)化經(jīng)驗豐富，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及服務(wù)越來越穩(wěn)定。

常見的故障，如常規(guī)無線覆蓋弱場、多徑干擾、區(qū)間普通切換掉話等問題已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、施工網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、聯(lián)調(diào)聯(lián)試中得到充分的化解，開通后若出現(xiàn)這些常見問題，維護(hù)部門也很容易排除。如果經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、動態(tài)驗收合格的網(wǎng)絡(luò)剛開通就出現(xiàn)問題，則是一些非常見問題，或者說聯(lián)調(diào)聯(lián)試或試運行還不夠充分，一些隱蔽問題還沒有被發(fā)現(xiàn)。

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(wǎng)絡(luò)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)制作、聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作提出一些建議，供高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、調(diào)試等參考。

2 故障現(xiàn)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(xiàn)備用電臺無法發(fā)起呼叫（電臺表現(xiàn)無信號的脫網(wǎng)狀態(tài)），導(dǎo)致C3 單電臺交接；個別列車出現(xiàn)C3 超時提醒，司機(jī)不懂如何操作，觸發(fā)制動。12 日濟(jì)南局在MSC 補充制作RBC3 數(shù)據(jù)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(jìn)行無線切換時，發(fā)生切換失敗，網(wǎng)管顯示各基站設(shè)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(xiàn)問題。

這里的故障主要涉及兩個區(qū)域。一是上海局與濟(jì)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(jìn)站信號機(jī)附近。為便于分析問題，首先介紹相關(guān)線路、RBC 設(shè)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(guān)系及此區(qū)域無線覆蓋情況如圖1 所示。徐州東為京滬高鐵建設(shè)車站，京滬高鐵設(shè)計最高速度超過350 km/h，信號采用C3 級列控系統(tǒng)。在交叉處附近鄭徐高鐵線路上設(shè)置徐州東線路所，以便引入徐州東站預(yù)留的徐連場，徐連場不同期建設(shè)。鄭徐高鐵同為350 km/h、C3 鐵路，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)采用冗余覆蓋方案，在其開始設(shè)計時，京滬高鐵已經(jīng)建成，開通了GSM-R 網(wǎng)絡(luò)，按單網(wǎng)交織冗余覆蓋方式設(shè)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(dāng)時采用的原諾西基站不具備分布式基站組網(wǎng)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(shè)置雙套直放站，同時引接兩相鄰的京滬高鐵濟(jì)南局范圍的既有ZZ-XZD18 和ZZ-XZD19 基站信號（經(jīng)測試和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后調(diào)整為僅連接ZZXZD18）。在鄭徐高鐵K197+462 處設(shè)置雙套基站。

此區(qū)域基站與MSC 對應(yīng)關(guān)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(shè)置的BSC，與上海GSM-R 核心網(wǎng)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(jì)南設(shè)置的BSC，與濟(jì)南GSM-R 核心網(wǎng)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(shè)的BSC，接入上海GSM-R 核心網(wǎng)。

維護(hù)分界：京滬高鐵濟(jì)南局和上海局的通信系統(tǒng)維護(hù)分界設(shè)置在徐州東往北京方向的出站信號機(jī)附近，徐州東站（含）至上海方向由上海局負(fù)責(zé)維護(hù)，徐州東（不含）至北京方向由濟(jì)南局負(fù)責(zé)維護(hù)。鄭徐高鐵從徐州東（含）至碭山南站（含）均由上海局負(fù)責(zé)維護(hù)。

3.2 上海局管內(nèi)RBC管轄范圍

鄭徐高鐵在上海局管段內(nèi)設(shè)置1 套（RBC3），在鄭州局管段內(nèi)正線設(shè)置2 套（RBC1、RBC2）。RBC管轄范圍如圖2 所示。上海局管內(nèi)碭山南—徐州東線路所（不含）以及銅山聯(lián)絡(luò)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(guān)系

從徐州東站出發(fā)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(jì)南局MSC 間切換，發(fā)生在京滬高鐵XuZhouDong與ZZX-XZD19 基站間，對應(yīng)鄭徐高鐵里程為K188+066 與K191+051 間；接著發(fā)生濟(jì)南局MSC與上海局MSC 間切換，發(fā)生在鄭徐高鐵ZZXXZD19/R1/R2（設(shè)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(yīng)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(fā)生鄭徐高鐵DangShanNan 與DSN-SQ01 基站間，對應(yīng)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(jié)，跨MSC 切換和RBC 移交位置相對關(guān)系如圖3 所示。

圖3 跨MSC切換與RBC移交位置相對關(guān)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(fā)起呼叫、單電臺交接問題

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

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

對于上海方向運行過來的C3 列車，通過對照3.3 節(jié)跨MSC 切換及RBC 切換相對位置關(guān)系，發(fā)現(xiàn)京滬高鐵RBC7 到RBC3 切換的C3 起呼位置剛好在濟(jì)南局的兩個基站范圍內(nèi)。分析11 日多趟出現(xiàn)問題的車載電臺的腳本數(shù)據(jù)，如圖4 所示，車載電臺持續(xù)提示“Network resource not available”，經(jīng)檢查，是由于濟(jì)南局MSC 內(nèi)未制作RBC3 號碼數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在RBC 交接區(qū)C3 備用車載電臺在濟(jì)南局基站范圍內(nèi)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(fā)起呼叫，故表現(xiàn)為單電臺交接。

圖4 車載電臺腳本數(shù)據(jù)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(fā)車，在濟(jì)南局不能發(fā)起呼叫，持續(xù)以C2 方式運行，等運行到鄭徐高鐵基站范圍才發(fā)起呼叫。

因此出現(xiàn)以上現(xiàn)象，即上海方向過來的列車出現(xiàn)超時制動、單電臺交接，北京方向過來的列車沒有出現(xiàn)問題。實際上是都會出現(xiàn)C3 車載電臺無法發(fā)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(fā)現(xiàn)問題后，濟(jì)南局補充制作了相關(guān)數(shù)據(jù)，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(xiàn)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(xiàn)中斷。查看交換子系統(tǒng)和無線子系統(tǒng)網(wǎng)管，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，分析接口監(jiān)測信令數(shù)據(jù)，相關(guān)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(xiàn)象如圖5 所示。

圖5 接口監(jiān)測系統(tǒng)記錄Fig.5 Records captured by the interface monitoring system

切換從鄭徐高鐵在徐州東站設(shè)置的xzBSC1發(fā)起，請求切換到鄭徐高鐵在鄭州東站設(shè)置的zzBSC6，但是被MSC 拒絕，其后的所有嘗試都失敗。繼續(xù)檢查呼叫信令，可以發(fā)現(xiàn)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(jìn)行切換的MSC 只有濟(jì)南MSC，C3 呼叫是在濟(jì)南MSC 下發(fā)起的，切換至上海MSC 后繼續(xù)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(jì)南MSC。

基于以上分析，懷疑濟(jì)南MSC 中未制作鄭徐高鐵鄭州段的外部LAC，導(dǎo)致故障發(fā)生。經(jīng)在濟(jì)南MSC 中補充鄭徐高鐵鄭州范圍的位置區(qū)（LAC）數(shù)據(jù)問題得到解決。

此原因為3GPP 協(xié)議規(guī)定，所有跨MSC 切換，需要由最初發(fā)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(fā)起C3 呼叫在濟(jì)南局范圍，運行至上海局與鄭州局局界跨MSC 切換時，需要發(fā)起的MSC 來管理該連接，要檢查目的基站的LAC，在自身數(shù)據(jù)庫中查找。而濟(jì)南MSC 中未制作鄭徐高鐵鄭州段的外部LAC，從而導(dǎo)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(fā)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(jì)南局和鄭州局MSC 相關(guān)數(shù)據(jù)未制作，深層次的原因是，編號數(shù)據(jù)與各路局需要制作的數(shù)據(jù)在范圍和內(nèi)容上沒有一一對應(yīng)關(guān)系，而且也沒有相關(guān)規(guī)范或規(guī)定進(jìn)行明確，施工單位的調(diào)試、測試和聯(lián)調(diào)聯(lián)試及試運行均未發(fā)現(xiàn)此問題。

5 建議

出現(xiàn)問題后，原鐵路總公司電務(wù)部組織鐵路局、設(shè)計、施工、廠家分別進(jìn)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(jì)南局漏做數(shù)據(jù)的問題，但也很難避免第二個問題，還需要聯(lián)調(diào)聯(lián)試來發(fā)現(xiàn)問題，因此各方面提出以下建議。

工程設(shè)計方面：在編制GSM-R 網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)記跨MSC 切換位置。這些位置及范圍在聯(lián)調(diào)聯(lián)試中可能會調(diào)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(shù)據(jù)制作方面：制定數(shù)據(jù)制作相關(guān)的規(guī)范，明確需要制作的數(shù)據(jù)種類、內(nèi)容和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)范圍等。在施工調(diào)試階段，做好通信信號的集成調(diào)試工作，根據(jù)批復(fù)的編號方案和信號的方案提出具體核心網(wǎng)和無線網(wǎng)的設(shè)備數(shù)據(jù)制作內(nèi)容，并進(jìn)行調(diào)試、試驗、測試。

聯(lián)調(diào)聯(lián)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(qū)段的任何位置均應(yīng)滿足可以重新發(fā)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(jìn)行實際RBC 連接試驗。同時，建議信號的試驗與通信結(jié)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(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試運行，以期盡早發(fā)現(xiàn)問題。