摘? 要：隨著近年來中國高速鐵路的蓬勃發(fā)展以及普速鐵路的升級換代，GSM-R在中國鐵路通信系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化作為GSM-R工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，直接影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋合格與否。文章以磁東線鐵路工程施工為例，對GSM-R網(wǎng)絡(luò)測試中發(fā)現(xiàn)的典型問題進行了梳理分析，給出了相應(yīng)的解決對策，并對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)經(jīng)驗進行了歸納總結(jié)，為類似的工程問題解決提供相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：磁東線；GSM-R；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；場強弱覆蓋；乒乓切換；頻率干擾

中圖分類號：TN92；U285.21? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）07-0057-06

Abstract： With the vigorous development of high-speed railways in China and the upgrading of ordinary speed railways in recent years， GSM-R plays an increasingly important role in China's railway communication system. Network optimization， as an important link of the construction of GSM-R projects， directly affects the eligibility of network coverage. Taking the construction of the Cidong line Railway Project as an example， this paper analyzes the typical problems found in the GSM-R network testing， provides corresponding solutions， and summarizes the experience of network optimization technology， providing relevant reference for solving similar engineering problems.

Keywords： Cidong line; GSM-R; network optimization; field strength coverage; Ping-pong handover; frequency interference

0? 引? 言

近年來，隨著中國高速鐵路的蓬勃發(fā)展以及普速鐵路的升級換代，GSM-R作為一種GSM平臺上的專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式公共無線通信系統(tǒng)，在中國鐵路通信系統(tǒng)中起著越來越重要的作用。鑒于GSM-R主要用于鐵路調(diào)度集中、列車運行控制，并支持高速列車最終實現(xiàn)鐵路通信信號一體化，其對安全性、可靠性要求極高。但GSM-R存在很多不穩(wěn)定因素，在施工過程中如何通過各種技術(shù)手段和措施進行測試和調(diào)整優(yōu)化，保證系統(tǒng)維持較好的運行狀態(tài)，解決系統(tǒng)存在的各種問題，顯得尤為重要。本文以磁東線鐵路工程施工為例，對GSM-R網(wǎng)絡(luò)測試中發(fā)現(xiàn)的典型問題進行分析并給出了相應(yīng)的解決對策，并對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程技術(shù)經(jīng)驗進行了總結(jié)，希望對類似工程有所參考借鑒。

1? 工程概況

磁萊鐵路磁窯至東都段（簡稱“磁東線”）位于山東省中部，全長66.158 km，共建設(shè)GSM-R無線通信系統(tǒng)基站10座，接入濟南調(diào)度樓新設(shè)基站控制器BSC設(shè)備，全線采用單層網(wǎng)進行無線信號覆蓋。設(shè)計場強覆蓋要求：對本工程范圍內(nèi)的所有鐵路區(qū)域進行無線場強連續(xù)覆蓋，在全線95%的時間地點概率，滿足最小可用接收電平-98 dBm的覆蓋率指標。

2? 動檢路測情況

根據(jù)業(yè)務(wù)需要以及GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制和設(shè)計要求，鐵路沿線最小接收電平應(yīng)保持在-98 dBm以上，而考慮到一般情況下業(yè)務(wù)的載干比為12 dB，因此要求干擾電平應(yīng)該低于-110 dBm。利用熱滑車、動檢車對磁東線進行往返測試，使用場強接收機對覆蓋電平進行全線的測試（測試中不必嚴格按照4 cm取樣點的要求，而是一次將所有在用頻率都采集到）；測試時使用時間觸發(fā)機制，對磁東線進行鐵路全頻段掃描并記錄數(shù)據(jù)；使用路測軟件WitUI，結(jié)合SAGEM490測試手機，進行語音呼叫測試，記錄小區(qū)切換、通話質(zhì)量、電平值等數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)測試發(fā)現(xiàn)的問題主要有以下幾個方面：

1）HF-CY01基站至HuaFeng基站間弱覆蓋。HF-CY01基站至HuaFeng基站中間交接區(qū)域在K10+600里程附近上、下行基站網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋較差，造成接收機檢測信號弱，語音呼叫測試時出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。

2）CY-GL02基站至CY-GL01基站間乒乓切換。CY-GL02基站至CY-GL01基站中間交接區(qū)域在K28-K29里程區(qū)段范圍內(nèi)上、下行基站均有較強的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，信號強度多次交疊，造成接收機檢測信號在兩個基站間頻繁切換，語音呼叫測試時出現(xiàn)乒乓切換現(xiàn)象。

3）CiYao基站覆蓋問題。在CiYao基站附近，場強覆蓋不均，強度較弱，語音呼叫在此基站附近出現(xiàn)呼叫中斷，呼叫建立后未占用其規(guī)劃頻點1003，也未占用其鄰區(qū)HuaFeng基站規(guī)劃頻點1017。通話時所占用頻點為1009和1013，并出現(xiàn)回切現(xiàn)象，故1009和1013頻點為干擾頻點。

3? 網(wǎng)絡(luò)測試問題分析及優(yōu)化

根據(jù)測試結(jié)果分析，磁東線GSM-R網(wǎng)絡(luò)的主要問題有：

1）部分小區(qū)存在場強弱覆蓋區(qū)域，導(dǎo)致呼叫中斷。

2）部分小區(qū)存在乒乓切換現(xiàn)象。

3）部分小區(qū)存在頻率干擾。

下面就針對具體案例分析問題的成因、解決方法和過程。

3.1? HF-CY01至HuaFeng基站間弱覆蓋問題分析及優(yōu)化

HF-CY01至HuaFeng基站間測試電平圖如圖1所示。

回放測試數(shù)據(jù)，車輛從HuaFeng向HF-CY01（HF-CY01向HuaFeng）方向運行時，在線路里程K10+500～K10+700區(qū)域，測試終端占用HF-CY01信號，出現(xiàn)頻繁呼叫中斷、通話延遲，通話質(zhì)量差（5～6級），質(zhì)量差區(qū)域約200 m，經(jīng)測試該區(qū)域HuaFeng、HF-CY01基站無線信號電平值在-93～-100 dBm之間，未檢測到其他頻點干擾，因此初步分析該區(qū)域質(zhì)量差，主要是由于弱覆蓋引起的。

HF-CY01基站線路里程為K6+310，HuaFeng基站線路里程為K14+415，兩個相鄰基站間距為8 105 m。由于兩基站間地形為平原地形，鐵路線路相對平直無較大彎道，根據(jù)覆蓋規(guī)劃，兩基站小區(qū)覆蓋采用平均覆蓋原則，考慮重疊覆蓋區(qū)域，兩基站各需覆蓋線路長度為4 100 m左右。弱覆蓋區(qū)域距HF-CY01基站線路長度約3 700～3 900 m，屬于HF-CY01基站小區(qū)覆蓋范圍，且在弱覆蓋區(qū)域附近無高山或高大建筑物對信號造成遮擋，因此我們首先判斷該弱覆蓋問題是由于HF-CY01基站場強覆蓋距離不足造成的。解決方案應(yīng)從提高HF-CY01基站覆蓋范圍進行考慮。

提高基站的覆蓋范圍一般可以通過提高基站的發(fā)射功率，調(diào)整天線掛高、方向角、下傾角，或更換高增益天線等手段來處理。若仍然無法提高覆蓋可以考慮新增基站，采用基站+直放站等方法解決。

提高基站的發(fā)射功率是提高場強覆蓋最簡單有效的方式，本線路所有基站的默認發(fā)射功率均為40 W，最高可以提高至60 W。但是為了給后期運營維護階段網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整留有余量，在非不得已的情況下一般不通過提高基站的發(fā)射功率來提高無線覆蓋范圍。因此我們首先考慮對天線進行調(diào)整，以期能夠取得效果。

基站的天線越高，基站的覆蓋范圍越大。因此適當提高基站的天線高度，可以擴大基站的覆蓋范圍，弱覆蓋的情況會得到相當程度的緩解。但是該基站天線已安裝在鐵塔最上層平臺，如果要提高天線安裝高度需要另外建設(shè)更高的鐵塔，饋線也因為長度增加需要更換，成本較高，因此該方案不可取。

在安裝高度相同的情況下，基站天線的下傾角越小，基站覆蓋范圍越大。但下傾角過小，整個天線輻射出的能量并不能完全投射向軌面，部分能量向天空（水平面以上方向）輻射，不僅對基站輸出能量造成了浪費，且容易導(dǎo)致遠處的覆蓋較強而形成越區(qū)覆蓋。因此，要合理的調(diào)整基站天線的下傾角。調(diào)試組將HF-CY01基站天線下傾角從原來的4°上調(diào)至3°，復(fù)測后發(fā)現(xiàn)弱覆蓋問題有所改善，200 m弱覆蓋區(qū)域減少到50 m，但仍然未能完全解決問題。再次上調(diào)基站天線下傾角至2°，復(fù)測50 m弱覆蓋仍然存在，且在HuaFeng基站覆蓋小區(qū)內(nèi)檢測到較強的HF-CY01基站信號，并對HuaFeng基站小區(qū)信號造成影響，調(diào)試組只得將下傾角調(diào)回3°。通過調(diào)整天線下傾角無法完全解決HF-CY01基站弱場覆蓋問題，調(diào)試組嘗試對天線的方位角進行調(diào)整。

通過調(diào)整天線的方位角，使得天線的主瓣正對弱覆蓋區(qū)域。該方法實施方便，是一種常用的優(yōu)化弱覆蓋的手段，但由于弱覆蓋區(qū)域距離基站較遠，無法通過觀察來判斷天線是否正對弱覆蓋區(qū)域。調(diào)試組通過手機指南針軟件對HF-CY01基站和弱覆蓋區(qū)域的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進行采集，通過谷歌地圖在線查詢出HF-CY01基站和弱覆蓋區(qū)域在地圖上的點位，并通過數(shù)據(jù)計算出弱覆蓋區(qū)域在HF-CY01基站西偏南5°左右區(qū)域，由此可以計算出正對弱覆蓋區(qū)域的天線方位角為265°。在調(diào)整天線方位角為265°后進行場強復(fù)測，HF-CY01基站信號在原弱覆蓋區(qū)域場強均在-84 dBm以上，語音呼叫正常，越區(qū)切換正常，達到設(shè)計標準要求。

3.2? CY-GL02至CY-GL01基站間乒乓切換問題分析及優(yōu)化

在CY-GL02至CY-GL01基站之間，出現(xiàn)乒乓切換，如圖2所示。

通過圖2可以看出，在CY-GL02至CY-GL01基站間進行語音呼叫測試時，1007和1009兩個頻點在小區(qū)邊界區(qū)域發(fā)生了5次來回切換，在GSM網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)這種現(xiàn)象我們一般稱之為乒乓切換。

通過對CY-GL02至CY-GL01場強覆蓋情況進行分析，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)在K28～K29區(qū)段范圍內(nèi)CY-GL02、CY-GL01基站均有較強的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋（＞-90 dBm），信號多次交疊，造成接收機檢測信號在兩個基站間頻繁切換，因此在語音呼叫測試時會出現(xiàn)乒乓切換現(xiàn)象。

根據(jù)對小區(qū)覆蓋規(guī)劃區(qū)域范圍復(fù)核，發(fā)現(xiàn)上、下行基站小區(qū)交接位置在K28+320附近，對比場強覆蓋數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)CY-GL02基站在本小區(qū)覆蓋范圍K28+400～K29+200區(qū)域信號強度在-85 dBm至-75 dBm之間。而CY-GL01基站在該區(qū)域場強均大于-80 dBm，最高值達到-65 dBm，遠高于CY-GL02基站信號強度，造成接收機檢測信號從CY-GL01基站切換到CY-GL02基站后又再次切換回CY-GL01基站。由此，可以判斷乒乓切換現(xiàn)象是由于CY-GL01基站過覆蓋引起的。

過覆蓋與弱覆蓋的成因剛好相反，是由于基站信號太強，超出本小區(qū)覆蓋范圍，影響到相鄰小區(qū)的覆蓋，在小區(qū)交界處存在過度的覆蓋重疊，過覆蓋的現(xiàn)象就是信令擁塞以及由于干擾帶來的掉話和切換頻繁，移動臺在相鄰基站間來回切換。我們可以采用解決弱覆蓋問題類似的方法，通過反向調(diào)節(jié)來處理過覆蓋問題。

調(diào)試組在采取下壓天線的下傾角、調(diào)整方位角等優(yōu)化手段調(diào)整基站小區(qū)覆蓋過程中發(fā)現(xiàn)在消除乒乓切換現(xiàn)象的同時造成部分區(qū)域的弱覆蓋現(xiàn)象，無論如何調(diào)整天線參數(shù)都無法同時避免乒乓切換和弱覆蓋問題的出現(xiàn)。在嘗試對基站的發(fā)射功率進行調(diào)整后依然無法解決問題。

通過對多次復(fù)測的數(shù)據(jù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)在不造成弱覆蓋的情況下產(chǎn)生乒乓切換的地點主要集中在圖3中A、B兩處所示的區(qū)域。進過現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)CY-GL01基站至CY-GL02基站之間有一處較大的彎道（圖2右側(cè)紫色線條所示），檢測車在經(jīng)過CY-GL01基站后與基站的直線距離先是增長，在經(jīng)過彎道后直線距離反而縮短，再隨鐵路繼續(xù)前行后增長，因此CY-GL01基站在A、B區(qū)域始終會產(chǎn)生比相鄰區(qū)域更強的場強覆蓋，如果將CY-GL01基站在A、B區(qū)域場強降低到CY-GL02基站場強以下，則在A、B區(qū)域兩側(cè)會產(chǎn)生一段弱覆蓋區(qū)域。

因為無法避免CY-GL01基站在A、B區(qū)域信號增強的問題，調(diào)試組考慮能否將切換區(qū)域向大里程（CY-GL02基站）方向調(diào)整，擴大CY-GL01基站的規(guī)劃覆蓋范圍，將整個彎道（含A、B區(qū)域）全部納入CY-GL01基站覆蓋，并通過下壓CY-GL02基站天線下傾角的方式將CY-GL02基站覆蓋區(qū)域縮小至B區(qū)域以外。再次復(fù)測后發(fā)現(xiàn)效果并不理想，在調(diào)整后的小區(qū)交界處經(jīng)常出現(xiàn)掉話、通話延遲等問題，通話質(zhì)量不理想。

通過再次對測試的數(shù)據(jù)進行對比分析，篩選后發(fā)現(xiàn)其中一組數(shù)據(jù)中CY-GL01基站在A、B區(qū)域的信號與CY-GL02基站在A、B區(qū)域的信號強度差別最小為6 dB，經(jīng)過對比切換門限，發(fā)現(xiàn)強度差剛好比切換門限大1 dB。通過將切換門限調(diào)高至7 dB，復(fù)測后發(fā)現(xiàn)乒乓切換現(xiàn)象消除，語音通話質(zhì)量良好，問題消除。

3.3? CiYao基站覆蓋問題分析及優(yōu)化

在CiYao基站附近，場強覆蓋不均，強度較弱，語音呼叫出現(xiàn)中斷，如圖4所示。

回放測試數(shù)據(jù)，車輛從CiYao向HF-CY01（HF-CY01向CiYao）方向運行時，在磁窯鎮(zhèn)附近，距CiYao基站直線距離約1 100～1 600 m處，終端占用CiYao信號，通話質(zhì)量差（6～7級），電平值在-95 dBm到-105 dBm之間，質(zhì)量差區(qū)域約500 m。強制占用CiYao基站頻點復(fù)測試場強覆蓋如圖5所示，與動檢測試結(jié)果一致。

經(jīng)現(xiàn)場勘察分析，磁東線與京滬高鐵在磁窯鎮(zhèn)附近存在交越，前期為了避免CiYao基站對京滬高鐵影響，針對性地對CiYao基站降低功率、下壓天線下傾角，造成CiYao基站附近弱覆蓋，引起語音呼叫中斷，同時在呼叫重新建立后并未再占用CiYao基站規(guī)劃頻點1003及其鄰區(qū)HuaFeng基站規(guī)劃頻點1017。而是占用頻點1009和1013，并在兩頻點間來回切換，如圖6所示。

因此頻點1009和1013可以確定為干擾頻點，綜合分析在CiYao基站附近同時存在弱覆蓋和頻點干擾問題，且弱覆蓋和頻點干擾在相同區(qū)域內(nèi)。弱覆蓋是由于CiYao基站功率和天線設(shè)置問題引起，頻點干擾問題還需進一步確認。

通過對干擾頻點1009和1013進行測試，頻點1009在CiYao基站附近干擾很嚴重，最高達到-47 dBm，如圖7所

示。頻點1013在CiYao基站附近干擾最高達到-60 dBm，如圖8所示。

如果要避免干擾，需要將1009和1013頻點在該區(qū)域的場強降低到-110 dBm以下。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)1009和1013頻點為京滬高鐵使用頻點（如圖9中京滬基站A、B），在受干擾區(qū)域剛好在磁東線與京滬高鐵線路交越區(qū)域附近，因此降低1009和1013頻點在該區(qū)域的場強會影響京滬高鐵自身的覆蓋質(zhì)量，該方法不可取。

在無法消除交越區(qū)域頻點干擾的情況下，如果提高CiYao基站在該區(qū)域的場強覆蓋，不僅自身的問題得不到有效的解決，還會對京滬高鐵在用線路的網(wǎng)絡(luò)覆蓋造成干擾，得不償失。因此在解決弱覆蓋和頻點干擾問題時必須合并考慮。

在嘗試調(diào)整基站天線、發(fā)射功率、切換門限等多種優(yōu)化手段后均未取得良好效果，包括在對京滬高鐵基站的覆蓋進行調(diào)整也沒有消除干擾問題。經(jīng)進一步研究，提出采用將干擾頻點納入本線路小區(qū)覆蓋的方案，即通過添加外部鄰區(qū)的方式，將干擾頻點覆蓋范圍作為相鄰小區(qū)，同時調(diào)整基站覆蓋范圍和切換門限，使得移動臺在CiYao基站頻點和干擾頻點之間正常切換。經(jīng)現(xiàn)場測試驗證，確認方案可行。

通過對比1009頻點在交越區(qū)域的場強比1013頻點要強，但1013頻點場強也超過了干擾電平的最低要求，因此我們選定京滬高鐵基站A（1009頻點基站）作為CiYao基站的外部鄰區(qū)，并對1013頻點場強覆蓋范圍進行縮減，消除1013頻點干擾。再通過調(diào)整CiYao基站和HuaFeng基站的覆蓋范圍，將京滬高鐵基站A小區(qū)設(shè)置為CiYao基站小區(qū)的下行小區(qū)，將HuaFeng基站小區(qū)設(shè)置為京滬高鐵基站A小區(qū)的下行小區(qū)。復(fù)測移動臺能夠正常切換，語音通話無掉話和延遲，問題得到解決。

4? 結(jié)? 論

在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中比較常見的問題主要有弱覆蓋、過覆蓋等場強覆蓋問題以及頻率干擾等。

一般來說，基站站址、小區(qū)載頻、無線覆蓋方式、鄰區(qū)關(guān)系等都是在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試前就已經(jīng)確定了的，但基站的覆蓋范圍、越區(qū)切換點的位置及切換次序等指標還是可以調(diào)整的，我們可以通過調(diào)整這些指標來優(yōu)化覆蓋問題。

場強覆蓋問題一般形成原因主要是小區(qū)覆蓋邊緣、越區(qū)覆蓋、小區(qū)參數(shù)設(shè)置不合理、天線被遮擋、基站功率參數(shù)設(shè)置不合理等。解覆蓋問題可以通過檢查基站參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)場確認天線有無阻擋，調(diào)整天線工程參數(shù)（方向角、下傾角、天線掛高、天線安裝位置等），更換高增益天線，新增基站或直放站等方法解決。

在解決弱覆蓋問題時，優(yōu)化手段由易到難，優(yōu)先可考慮調(diào)整下傾角、方向角、天線掛高等物理參數(shù)，調(diào)整基站發(fā)射功率、更換天線型號、調(diào)整切換及重選等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可以作為備用優(yōu)化手段，在前面優(yōu)化手段均無法解決的條件下，再進行站點搬遷、新增站點。

頻率干擾是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中常見的問題，話音信道上的干擾會造成串話，或者用戶聽到很大的背景噪聲，信令信道上的干擾則會導(dǎo)致誤碼率的升高，使呼叫遺漏或阻塞。因此我們在啟動新建網(wǎng)絡(luò)前一般要先進行清頻工作，但是并不能完全杜絕干擾問題的出現(xiàn)。頻率干擾主要有同頻干擾和鄰道干擾，針對這兩種干擾，通常采取合理分配頻率、調(diào)節(jié)天線覆蓋方式、調(diào)整基站發(fā)射功率的方法來對干擾進行防護。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是GSM-R工程建設(shè)的重要組成部分，是一個相對繁復(fù)而且瑣碎的工作，在實際優(yōu)化中必須認真分析問題原因，在多次試錯的過程中找到針對性措施，同時在優(yōu)化過程中積累充足經(jīng)驗。

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作者簡介：李娟（1983—），女，漢族，湖北黃岡人，工程師，本科，研究方向：鐵路通信工程。