石太客运专线GSM－R无线网络优化案例分析

郭桂芳

郭桂芳:北京铁路通信技术中心 高级工程师 100038 北京

石太客运专线是我国最早启动建设的铁路客运专线之一，采用了GSM-R通信系统，传输铁路运输中大量的车-地话音和数据信息，其网络运行质量关乎系统的安全性和可靠性。GSM-R无线网络性能质量标准是衡量网络运行状态以及网络性能的评判标准，一般以月为统计周期，从BSC网管的话务统计性能中获得包括信令信道、业务信道的可用率、分配成功率、掉话率、拥塞率，以及越区切换成功率、坏小区比例和无线系统接通率等共11项指标。

自2009年4月1日开通以来，石太客运专线GSM-R无线网络性能指标出现的不合格项，主要体现在信令信道拥塞、业务信道掉话，以及小区不正常切换等方面。为此，对无线接口信令进行分析，经现场调查、呼叫测试确定了故障点，制定了可行的无线网络优化方案，调整了无线资源参数、小区天馈工程参数，整治了直放站设备等，逐步改善了无线网络性能指标，提高了无线网络质量。

1 调整无线资源参数解决信令信道拥塞

信令信道 (SDCCH)拥塞率是GSM-R无线网络中一个很重要的指标，直接影响话务的接入，铁标规定在非列控区段该指标要小于等于1%。2011年10月，石太客专网管维护人员通过KPI指标监控，发现TOP小区XLS-JXB03的SDCCH拥塞率高达8.83%，月平均为3.34%，存在严重的SDCCH信道拥塞。

该小区为2载频配置，信道类型配置为:1个BCCH信道、12个TCH信道、1个SDCCH信道、1个PDCH信道和1个动态PDCH信道。当月小区XLS1-JXB03平均每天位置更新请求次数约900次，而邻小区XLS1-JXB02、XLS1-JXB04平均每天位置更新请求次数仅为100次，频繁的位置更新会造成SDCCH信道拥塞。为此，提取该小区11月20—22日A接口信令，统计该小区共发起位置更新1737次，位置更新原因主要为:IMSI附着 (IMSI attach)、周期位置更新 (Periodic updating)和普通位置更新 (Normal location updating)，其中普通位置更新为1672次，主要为非铁路用户。位置更新请求成功83次，位置更新拒绝1654次，位置更新拒绝的均为非铁路用户，即公网用户。

当公网用户终端在公网盲区、弱场区检测不到公网信号，只有GSM-R网络信号，并且该用户终端支持GSM-R频段，移动台的接入不被GSM-R网络小区禁止时，将启动位置更新过程，占用GSMR网络随机接入信道，并向GSM-R网络发送信道请求消息，相应小区基站设备将为此次信道请求分配一条空闲的SDCCH信道，从而占用GSM-R系统SDCCH信道资源，造成信令信道的拥塞。

目前，我国铁路没有大范围屏蔽公网用户，为解决小区SDCCH信令信道拥塞问题，避免对铁路沿线机车通信造成安全隐患，针对石太客专线话务量不高的现状，采取修改小区SDCCH信令信道参数的方案，在BSC无线网管上调整小区的空闲SDCCH信道门限N1，由2调整为8，也就是说当小区内的空闲SDCCH信道数小于等于本参数设定值时，则尝试寻找可用TCH转换成SDCCH信道，使该小区信令信道请求次数增多，从而有效解决信令信道拥塞问题。调整后该小区信令信道拥塞率满足标准要求。

2 调整天馈参数解决小区间乒乓切换

铁道部动车检测车检测过程中，发现在小区22-JXB-YQB09与23-YQB间存在乒乓切换问题，且无线信号较差，信号强度约－85 dBm。乒乓切换是当移动终端在当前服务小区和相邻小区之间，因信号强度相近并且剧烈变化，而造成的在2个小区间来回切换的问题。查看地图，结合现场环境，发现该区域铁路线路虽为直道，但存在四五处公跨铁桥，对两侧基站信号有一定的阻挡衰耗，使服务小区的信号强度降低。为此，调整一侧基站，即22-JXB-YQB09的天线下倾角参数，增加切换带区域的电场强度，从而消除乒乓切换问题。

施工调整前，安排一名网优人员在切换带K107±50处使用测试手机测试22-JXB-YQB09与23-YQB接收电平，并测试22-JXB-YQB09基站下及东南西北各50 m范围内的信号场强，并安排塔工登塔采集22-JXB-YQB09基站天馈信息;另有网优人员测试22-JXB-YQB09与23-YQB基站场强。

施工调整中，在切换带区域电话联系塔工对22-JXB-YQB09西侧天线进行以1°为间隔的调整，使用测试手机及基站场强测试仪，监控小区场强变化直至理想场强状态，记录调整后的天馈信息，确定22-JXB-YQB09基站西侧天线机械下倾角由7°调整为3°后切换带场强信号最佳。

施工调整完毕，再次利用测试手机对K107±50切换带区域进行场强覆盖测试，测试数据对比如表1所示。

调整后，22#基站与23#基站覆盖路段，22#向23#基站切换时接收电平强度为－76 dBm左右，未出现频繁切换或切换失败。切换完成后，22#基站接收电平强度达到预想结果，并未出现22#越区覆盖，解决了该处乒乓切换问题。

表1 调整前后切换带区域场强覆盖对比

3 直放站设备问题处理

石太客运专线地形多桥隧，采用了大量的光纤直放站加漏缆作为弱场补强措施。因此光纤直放站及漏缆的设备质量及运行状况直接影响GSM-R网络运行，尤其是在长达27 km的太行山隧道内更是如此。太行山隧道是石太客运专线的重点控制工程，是目前我国GSM-R网络中最长的山岭隧道，隧道最大埋深445 m，设计为双洞单线隧道，二线线间距35 m。隧道左线全长27.839 km，右线全长27.848 km。为了提高石太客专通信网络的可靠性，降低长大隧道通信设备维护工作量，GSM-R系统采用高冗余配置，在太行山隧道内采用了4个基站，每个基站覆盖2个小区，各小区均为O2型载频配置，光纤直放站也有冗余配置，所有的光纤远端站1+1备份，如图1所示。

石太客专无线网管KPI指标监控显示，太行山隧道内小区切换成功率太低，隧道内多有掉话。为此挑选长大隧道内切换成功率持续较低的JXBYQB05基站作为网优的重点。该基站有JXBYQB05-1与JXB-YQB05-2小区。石太客专下行网络检测结果表明，MS占用JXB-YQB05-2基站信号后，向邻区JXB-YQB05-1发起切换请求，请求失败后，再次发起切换仍然失败，最终掉话。第1次切换时，服务小区及邻区电平均为－65 dBm;第2次切换时，为－70 dBm，无质量差别。为此，首先查看现网邻区配置，确定小区JXB-YQB05-2与JXB-YQB05-1添加了相邻小区关系;其次，分析信令跟踪数据，发现切换前测量报告中虽然上行信号强度远远低于下行信号，但仍在可接受范围，且无质量差别问题;最后，查看层3信令，发现切换失败原因为Protocol error，unpecified(协议错)。

图1 特长隧道覆盖解决方案示意图

为了找到小区切换失败的根源，首先查看网管监控中心信息，网管指示该小区基站设备无告警，下挂直放站设备、漏缆监控无告警，设备运行状态正常。在现场进行拨打测试，在该基站处利用测试手机分别在2个小区起呼、占用并通话，呼叫拨打测试结果表明:2个小区的场强信号分别为－49 dBm，－60 dBm，语音清晰，无杂音。使用手机进行强制切换，能够切换成功，可排除基站小区数据配置问题导致切换失败。协同直放站厂家检查该基站下挂直放站设备。该基站的2个小区JXBYQB05-1与JXB-YQB05-2各带一个直放站的近端机，2个近端机分别下挂4个和8个远端机，同一处的远端机互为备份，分别用一根尾纤同近端机内的光模块相连，在光模块内部汇成一路光信号进行处理。将小区JXB-YQB05-1所带的远端机R1所属光模块主、备光纤进行接头互换后，再次进行拨打测试，发现JXB-YQB05-2向JXB-YQB05-1切换正常。会同直放站厂家分析研究后，认为该处远端机为1+1备用，主、备用不能自动倒换。为此对该处近端机光单元组件进行更换升级，将近端机内的光模块更换升级为2路光信号输出模式，解决主、备用光信号倒换问题，经后期网管KPI指标显示及添乘测试结果表明:JXB-YQB05-2向JXB-YQB05-1切换正常，再未出现掉话;将小区JXB-YQB05-2所带的远端机R1更换升级后，上行线路小区JXBYQB05-1向JXB-YQB05-2切换问题解决。

为此，将所有大长隧道内的近端机全部更换升级，也避免了以后所有带主、备用远端机小区间的切换问题，调整后大长隧道内的切换成功率上升为100%，掉话率也大幅降低。

4 小结

以上只是针对石太客运专线无线网络优化工作的一些经验和体会，随着GSM-R在铁路专用通信网络中的大规模应用，网络质量的提升需要由原来的设备日常维护及故障处理工作，逐步升级到长期的网络优化的层面上来，网络维护人员要在掌握扎实的GSM-R理论知识基础上，通过大量的现场实践、网优经验的积累及典型案例的分析，逐步提升GSM-R网络优化水平，优化网络资源配置，改善网络运行环境，提高网络运行质量，为铁路专用通信业务传输提供有力保证。

［1］ 韩斌杰．GSM原理及其网络优化［M］．北京:机械工业出版社，2007．

［2］ 钟章队，李旭．铁路GSM-R数字移动通信系统［M］．北京:中国铁道出版社，2007．

［3］ 中华人民共和国铁道部．铁运(2011)121号铁路数字移动通信系统(GSM-R)维护暂行规则［S］．2011．

［4］ 铁道第三勘察设计院集团有限公司．石太客专四电集成初步设计文件［R］．2008．