果琮

摘要：該文闡述了GSM-R無線網(wǎng)絡優(yōu)化的必要性，比較了GSM-R網(wǎng)絡優(yōu)化與公網(wǎng)GSM網(wǎng)絡優(yōu)化的相同和不同之處，介紹了網(wǎng)絡優(yōu)化的一般方法，總結(jié)了鐵路GSM-R無線網(wǎng)絡現(xiàn)存的主要問題，分析了問題產(chǎn)生的原因并提出了優(yōu)化解決方案。

關鍵詞：GSM-R；網(wǎng)絡優(yōu)化

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）25-0015-04

1 前言

隨著近10年的鐵路大發(fā)展，GSM-R系統(tǒng)作為我國城際鐵路、高速鐵路、客運專線的專用通信系統(tǒng)，承載中國高鐵的CTCS-3列車控制系統(tǒng)，是我國鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國自從2005年在大秦線建成GSM-R系統(tǒng)以來，取得了驚人的發(fā)展成就，截至目前，已建成GSM-R核心節(jié)點12個，GSM-R無線網(wǎng)絡13000多公里。

GSM-R建網(wǎng)初期，發(fā)展速度快，建設周期短，路內(nèi)對GSM-R系統(tǒng)的認識也不夠深入，網(wǎng)絡規(guī)劃和建設階段均可能存在一些問題；鐵路沿線的地理環(huán)境和電磁環(huán)境一直在發(fā)展變化；另外，隨著設備使用時間的增長而逐漸老化，某些方面的性能將不可避免有所下降。上述原因都可能導致GSM-R通信質(zhì)量下降，嚴重的還可能影響到鐵路的正常運行，因此非常有必要對已投入使用的GSM-R系統(tǒng)進行網(wǎng)絡優(yōu)化。

網(wǎng)絡優(yōu)化要從交換、無線、傳輸?shù)榷喾矫嫒胧?，全面?yōu)化網(wǎng)絡質(zhì)量，本文著重討論GSM-R無線網(wǎng)絡的優(yōu)化。

2 公網(wǎng)GSM網(wǎng)絡優(yōu)化與鐵路GSM-R網(wǎng)絡優(yōu)化比較

公網(wǎng)GSM的用戶數(shù)保持高速增長，網(wǎng)絡采用蜂窩網(wǎng)狀覆蓋；而GSM-R系統(tǒng)在同一線路上的用戶數(shù)基本固定或者增長較慢，網(wǎng)絡基本采用線狀覆蓋。GSM-R網(wǎng)絡的這些特點決定了其優(yōu)化也具有自己的特點。

GSM-R網(wǎng)優(yōu)的目的在于提高通信質(zhì)量，保證鐵路運輸組織、控制的安全，公網(wǎng)網(wǎng)優(yōu)的動力在于，提高通信質(zhì)量，減少投訴，提高企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競爭力，同時提高系統(tǒng)資源的使用效率，增加容量，增加收入；按照GSM-R維護規(guī)程的要求GSM-R網(wǎng)絡的性能的測試和優(yōu)化應該保持常態(tài)化，而公網(wǎng)多在網(wǎng)絡擴容時或有較多投訴時啟動對網(wǎng)絡的優(yōu)化。GSM-R優(yōu)化段使用的手段也不太一樣，如公網(wǎng)經(jīng)常采用鄰區(qū)關系調(diào)整來解決切換和掉話，而GSM-R的鄰區(qū)關系則相對固定，不能隨意調(diào)整；公網(wǎng)網(wǎng)絡常常會采用網(wǎng)絡分層來解決話務均衡問題，GSM-R則基本不用此手段。

雖然如此，但GSM-R的優(yōu)化流程和方法與公網(wǎng)卻是一致的，都遵循“測試→分析→調(diào)整優(yōu)化→再測試→再分析→再調(diào)整優(yōu)化”的反復循環(huán)過程。

3 GSM-R無線網(wǎng)絡優(yōu)化的一般方法

概括來說，對GSM-R的優(yōu)化的基本方法是設備排障、網(wǎng)絡測試和優(yōu)化實施及驗證。

具體說來，無線網(wǎng)絡優(yōu)化主要包括以下幾個步驟：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化方案制定、方案實施和檢驗。

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括OMC網(wǎng)管統(tǒng)計數(shù)據(jù)、路測數(shù)據(jù)、CQT測試數(shù)據(jù)、用戶申告情況以及其它儀表的測試結(jié)果等，包括接通率、掉話率、切換成功率、場強、干擾、載干比、基站位置地圖、基站故障報告、站型、天線型號、方位角、發(fā)射功率、所使用的天饋線類型、駐波比、天線增益、天線高度等。

3.2 數(shù)據(jù)分析

對所有采集的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中存在的問題，如基站硬件故障、信號盲區(qū)、干擾分布、網(wǎng)外干擾源的定位、網(wǎng)絡參數(shù)的設置是否合理等。

3.3 優(yōu)化方案制定

通過分析，制定幾個可供選擇的優(yōu)化方案。這些方法制定后，從中分析比較，尋找出優(yōu)選方案。如頻率調(diào)整、小區(qū)覆蓋范圍調(diào)整、小區(qū)參數(shù)調(diào)整等。

3.4 方案實施和驗證

選定好優(yōu)化方案后，就可按照方案進行實施。如果質(zhì)量有所改善，或存在的質(zhì)量問題得到解決，則本次優(yōu)化作業(yè)結(jié)束，否則返回制定和實施優(yōu)化方案，重新優(yōu)化。

4 目前 GSM-R無線網(wǎng)絡主要存在的問題、識別及解決方法

在按照《GSM-R無線網(wǎng)絡覆蓋和服務質(zhì)量（QoS）測試方法（V1.0）》（科技運[2008]170號）對已開通的GSM-R線路進行場強及服務質(zhì)量測試時，網(wǎng)絡QoS下降的主要表現(xiàn)是連接建立成功率、連接斷開率即掉話率、切換成功率、列控CSD數(shù)據(jù)的傳輸干擾等指標不符合要求。用路測軟件添乘測試時，網(wǎng)絡性能下降則表現(xiàn)在接通率不合格、掉話、和通話質(zhì)量差三個方面。

本人經(jīng)對多條GSM-R線路的測試分析后發(fā)現(xiàn)，引起上述服務質(zhì)量下降的常見原因是場強弱、干擾以及參數(shù)設置不合理造成的切換失敗。

下面就GSM-R網(wǎng)絡優(yōu)化中的常見問題進行分析。

4.1 弱場分析及解決

4.1.1弱場原因分析

1）設備故障；

2）設備的老化造成發(fā)射到空間的能量減少，從而達不到剛開通時的場強覆蓋水平；

3）鐵路沿線地理環(huán)境的變化等如新建建筑物或其他大的遮擋物如（大型施工場物料堆放等）的遮擋、季節(jié)變化、樹木長大等因素都可能引起覆蓋弱化。

4.1.2弱場的現(xiàn)象識別

判斷覆蓋盲區(qū)的方法：

1） 場強測試接收機測試信號< -92dBm；弱信號掉話百分比偏高；

2）路測分析RxLevel < -87dBm；

3） 掉話率較高等。

4.1.3弱場解決方法

解決弱信號主要手段有：增加基站、增加直放站、加掛漏纜、調(diào)整基站天線高度、俯仰角、增加發(fā)射功率等，具體使用那種手段要視現(xiàn)場的實際情況而定。

4.2干擾分析及解決

GSM-R系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，干擾會降低話音質(zhì)量甚至發(fā)生掉話。網(wǎng)絡優(yōu)化應對干擾信號的種類、強度、性質(zhì)以及來源進行測試、分析。

4.2.1干擾來源分析

1）公網(wǎng)GSM和CDMA系統(tǒng)可能帶來對GSM-R的干擾。我國的GSM-R采用E-GSM頻段的885-889/930-934MHz，中國移動和中國聯(lián)通的GSM系統(tǒng)也可能使用該頻率，中國電信的CDMA頻段與GSM-R的上行頻段鄰近；

2）不同線路的GSM-R相互干擾。隨著我國GSM-R線路的增多，各條鐵路的GSM-R往往是單獨設計、規(guī)劃，對其它線路考慮較少甚至不考慮，造成不同線路的交叉處特別是大樞紐地區(qū)出現(xiàn)相互干擾；

3）一些民用設施（如高速公路的ETC）或軍用設施發(fā)出較強的電波，工業(yè)干擾、電源火花干擾、天電干擾和其它專業(yè)的鄰近電波等也都可能對GSM-R無線網(wǎng)造成干擾。

4.2.2網(wǎng)絡存在干擾時的現(xiàn)象

存在比較嚴重的頻率干擾地方，一般會表現(xiàn)為網(wǎng)絡質(zhì)量不高，掉話率、切換成功率、無線接通率、阻塞率等指標均相對不好，話音質(zhì)量差；

1） 從路測結(jié)果分析通話時的信號質(zhì)量和電平，信號的電平較高，但信號質(zhì)量卻較差；

2） C/I值較低；

3） 常常發(fā)生小區(qū)內(nèi)切換；

4） 信號電平值較高的情況下發(fā)生質(zhì)量切換等。

4.2.3干擾解決方法

1）定期對BTS的收發(fā)信系統(tǒng)進行檢查，減少雜散發(fā)射與響應；定期對BTS的主時鐘進行調(diào)整（頻偏越小越好），減少所用信道受其它信道的干擾；

2）調(diào)整網(wǎng)絡中受干擾的頻率，避開干擾頻點；

3）利用頻率分析儀、定向天線、測試手機等工具查找、定位干擾源。若干擾源來自其它GSM-R線路，則需要重新優(yōu)化頻率規(guī)劃；若干擾源來自外來系統(tǒng)，則可通過無委會交涉請求其避開GSM-R的頻率。

4）新線路GSM-R頻率規(guī)劃時，要綜合考慮其相鄰或交叉線路的GSM-R頻率使用情況。

對于系統(tǒng)的內(nèi)部干擾，還可以通過網(wǎng)絡仿真平臺對這個線路的同鄰頻干擾情況進行分析等手段來分析解決。

4.3切換分析及解決

4.3.1 GSM-R無線網(wǎng)絡中切換中常見的問題

1）該切不切，導致語音質(zhì)量和信號質(zhì)量均變差；

2）頻繁切換，導致語音質(zhì)量變差；

3）切換掉話；

4）切換失敗率過高；

5）由于切換參數(shù)設置，導致切換處理過慢而掉話；

4.3.2切換原因分析

1）信號強度太弱或盲區(qū)，切換因切入小區(qū)的信號強度太弱而失??；

2）切換目標小區(qū)沒有剩余空閑信道，導致切換失?。?/p>

3）切換目標小區(qū)存在干擾，導致與新小區(qū)的連接失敗而切換失敗；

4）越區(qū)切換參數(shù)設置不合理，導致切換失?。?/p>

a）上行電平切換門限、下行電平切換門限、切換余量等定義不合理，致使越區(qū)切換失??；

b）信號強度滯后值設置不當，信號強度滯后值設置太小，基站沒有足夠的時間處理切換呼叫，造成呼叫在切換時丟失。（但若設置太大，又會引起許多不必要的切換）。

c）切換帶設置不合理，切換帶設置過大，導致切換過緩，主服務小區(qū)已不是場強最大的小區(qū)，造成掉話；切換帶設置過小，高速行駛的列車來不及切換，也容易掉話；

5）孤島效應導致切換失?。河捎谏椒宓鹊姆瓷?，使基站在很遠處出現(xiàn)“孤島”，而與之有切換關系的相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到，這樣就造成“孤島”與相鄰基站之間沒有切換關系，當移動終端占用上“孤島”的信號時，很容易因沒有切換關系而引起切換失敗掉話。

4.3.3切換解決

1）解決弱場和干擾，見4.1和4.2；

2）為避免因目標小區(qū)沒有空閑信道供切換，可以將重要的、可靠性要求高的呼叫如列控業(yè)務、調(diào)度業(yè)務設置較高的優(yōu)先級，即使目標小區(qū)沒有空閑信道，仍能通過eMLPP業(yè)務搶占優(yōu)先級低的呼叫占用的信道，完成切換；

3）優(yōu)化切換參數(shù)

GSM-R網(wǎng)絡用到的切換有很多種情況，如基于功率預算的切換（PBGT）、基于距離的切換（如TA切換）、基于上下行功率的切換、基于上下行質(zhì)量的切換等，涉及到的參數(shù)也很多，具體參數(shù)的調(diào)整視具體情況而定。

這里以常見的PBGT切換為例，簡述參數(shù)的設置。PBGT切換參數(shù)主要是窗口A，窗口內(nèi)滿足條件的個數(shù)B，以及HO_MARGIN值。如果連續(xù)的A個測量報告的測量值中有B個滿足切換門限的要求，則滿足切換條件。如果希望切換快捷，則可以適當降低A的值以及B的值，或降低HO_MARGIN；如果希望切換變得遲鈍一些，則可以適當提高A的值以及B的值，或提高HO_MARGIN。如發(fā)生乒乓切換的區(qū)域，可以提高切換發(fā)生的門檻。

4.4掉話分析及解決

掉話現(xiàn)象是系統(tǒng)各種不良因素的綜合體現(xiàn)，對網(wǎng)絡的服務質(zhì)量影響很大。

在GSM-R無線網(wǎng)絡中，掉話應該包括SDCCH信道上的掉話和TCH上的掉話，SDCCH掉話即引起接通率降低，關于SDCCH掉話的情況將在4.5中講述，本節(jié)主要討論TCH信道上的掉話。

4.4.1掉話原因分析

1）弱信號掉話：受地形地貌、建筑物的影響，由于信號快衰落、信號覆蓋原因而引起的掉話。

2）干擾引起掉話；

3）切換失敗引起掉話；

4）硬件故障掉話：收發(fā)信機、天饋系統(tǒng)存在故障，將直接導致掉話；天饋線損傷、進水、打折和接頭處接觸不良，均會降低發(fā)射功率和收信靈敏度，產(chǎn)生掉話；

5）傳輸質(zhì)量掉話：傳輸誤碼、滑碼、幀丟失等引起A接口和Abis接口的物理層的2Mbit/sPCM鏈路，傳輸信令、話音及數(shù)據(jù)錯誤或丟失造成掉話；

6）其他原因引起掉話：如同步、移動終端質(zhì)量差、移動終端軟件死機等原因都將導致掉話。

4.4.2掉話解決方法

掉話的解決需要根據(jù)實際情況采取不同策略。

1） 弱信號掉話解決：同4.1弱場的分析及解決；

2） 干擾掉話解決：同4.2干擾分析及解決；

3） 切換掉話解決：同4.3切換分析及解決；

4） 硬件故障掉話解決：到基站現(xiàn)場進行測試，利用天饋線測試儀判斷故障原因及故障點，檢測從合路器至天線的駐波比，若VSWR大于正常值，及時更換故障天線和接頭；分析從網(wǎng)管中的有關告警和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)故障原因。

5） 傳輸質(zhì)量掉話解決：定期進行傳輸同步檢查和傳輸質(zhì)量檢查，檢查2M電纜的接頭，減少由于傳輸質(zhì)量產(chǎn)生的掉話。

6） 使用硬、軟件質(zhì)量都滿足合格的移動終端，定期檢測、維護移動終端。

4.5接通率分析及解決

在GSM-R網(wǎng)中，SDCCH的掉話即引起接通率下降，TCH信道上的掉話問題已在4.4中討論，本節(jié)采用信令流程分析來討論SDCCH上的接通率。

4.5.1接通率原因分析

覆蓋盲區(qū)、BCCH載頻干擾、基站故障等都將導致隨機接入失敗，這里不再贅述。

GSM-R系統(tǒng)移動終端的呼叫信令過程較復雜，且無線環(huán)境存在不確定性，因而接通率往往較難控制。下面以移動終端作被叫時的信令流程為例，分析其中容易出錯的幾個環(huán)節(jié)，進行有針對性的討論。

圖1 移動終端被叫A接口信令

1）位置更新導致終端無法響應尋呼或發(fā)起呼叫導致接通失?。喝魧ず舻絹頃r，碰巧被叫MS正在做位置更新，此時MS無法對該尋呼做出響應。這種情況一般發(fā)生在鐵路局的交界處或位置區(qū)邊界；

2）MS啟動立即指配（Immediate assign）過程時，有可能在RACH信道上與其他MS發(fā)生碰撞，如果最大重發(fā)次數(shù)（max_retrans，可設1，2，4，7）設為1，則容易發(fā)生接通失敗；

3）A接口擁擠或小區(qū)里無TCH供分配導致接通失敗；

4）成功分配TCH后接通失敗。若手機收到了“分配”消息，那說明A接口和BSC部分都沒有發(fā)生擁擠，如果手機又回到獨立專用控制信道發(fā)送“分配失敗”消息，則可能由于TCH載頻干擾或硬件故障引起的。

5）信令路由指向不合理。信令路由不合理可能導致接續(xù)時間過長，將導致呼叫的失敗，降低接通率。

4.5.2提高接通率方法

1）解決覆蓋盲區(qū)、無線干擾、基站故障；

2）確保設備完好率，中繼完好率，信道完好率，定期檢查，保證設備運行正常。定期對BTS傳輸質(zhì)量檢查，檢查2M口接頭等，減少Abis掉話；

3）調(diào)整最大重發(fā)次數(shù)。提高最大重發(fā)次數(shù)可以提高無線接通率，但是會增加CCCH和SDCCH的負荷。對于GSM-R來說，SDCCH的負荷并不大，因此可以適當提高最大重發(fā)次數(shù)（4或7次）。

4）提高發(fā)送信道請求的時隙間隔（tx_integer），可以減少在RACH上發(fā)生碰撞的概率，從而提高接通率。但該方法會延長接續(xù)時間。

5）建立合理的路由表：交換機內(nèi)建立合理的話務、信令路由表。

5 結(jié)束語

GSM-R無線網(wǎng)絡優(yōu)化是一個不斷對系統(tǒng)參數(shù)及硬件設備進行動態(tài)調(diào)整的過程，修改某個參數(shù)可能提高某一性能，同時可能伴隨降低其它性能的后果，這就需要來仔細均衡。優(yōu)化過程中要有詳細的記錄，應編寫優(yōu)化方案和工作計劃表。修改參數(shù)時，應事先向鐵路局請點實施，并事先得相關通信段的確認，對于影響整個系統(tǒng)的參數(shù)的修改要謹慎，以免對系統(tǒng)造成災難性的后果。優(yōu)化工作完成以后，應該提交優(yōu)化前后系統(tǒng)參數(shù)、性能比較結(jié)果。另外，參數(shù)調(diào)整并不是一勞永逸的工作，需要根據(jù)實際網(wǎng)絡運行狀態(tài)的變化進行調(diào)整。

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