CTCS-3線路GSM-R數(shù)字光纖直放站應(yīng)用

蔣笑冰，孔進(jìn)亮，郭躍林

(1.中國鐵路北京局集團(tuán)公司北京鐵路通信技術(shù)中心，北京 100038；2.中國鐵路北京局集團(tuán)公司工電檢測所，北京 100038；3.京沈鐵路客運專線京冀有限公司，北京 101500)

目前，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋多采用基站和模擬光纖直放站，模擬光纖直放站的時延容易造成直放站遠(yuǎn)端機(jī)之間、基站與直放站的重疊區(qū)多徑干擾，影響GSM-R 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。2018 年在全路發(fā)生的CTCS-3 無線超時中，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋問題占通信原因總次數(shù)的15.31%，其中92.42%造成CTCS-3 無線降級，主要是因為GSM-R 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多徑干擾等無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋異常，CTCS-3 業(yè)務(wù)沒有按照正常業(yè)務(wù)切換順序進(jìn)行切換，或者切換后發(fā)生無線鏈路質(zhì)量突降，造成掉話引起無線超時。

GSM-R 數(shù)字光纖直放站可有效克服多徑干擾，2018 年首次在京沈客專工程應(yīng)用承載CTCS-3 業(yè)務(wù)。本文探討在CTCS-3 線路如何應(yīng)用GSM-R 數(shù)字光纖直放站實現(xiàn)冗余組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。以京沈客專GSM-R 網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋為例，分析工程靜態(tài)測試及聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)，為GSM-R 數(shù)字光纖直放站在CTCS-3 線路推廣應(yīng)用提供參考。

1 指標(biāo)比較

國家鐵路局、中國國家鐵路集團(tuán)有限公司相繼發(fā)布GSM-R 數(shù)字光纖直放站相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合廠家技術(shù)資料對GSM-R 模擬光纖直放站及GSM-R數(shù)字光纖直放站的功能、性能進(jìn)行比較分析。

1.1 功能比較

GSM-R 模擬光纖直放站具有中繼傳輸功能，中繼傳輸基站射頻信號，延伸通信覆蓋區(qū)域；具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理功能，自動監(jiān)測告警，遠(yuǎn)程控制管理。

GSM-R 數(shù)字光纖直放站除上述功能外，還具備上行底噪抑制功能、時延調(diào)整功能、光旁路功能、光環(huán)路功能、自動載波跟蹤功能、查詢功能。

1.2 性能比較

性能比較如表1 所示。

表1 性能比較表Tab.1 Performance comparison table

通過性能對比可以看出，在標(biāo)稱輸出功率、最大增益、增益調(diào)節(jié)范圍、光路動態(tài)范圍、組網(wǎng)方式等方面數(shù)字光纖直放站更具有優(yōu)勢。

2 組網(wǎng)分析

2.1 數(shù)字光纖直放站組網(wǎng)方式

2.1.1 雙光纖星型組網(wǎng)

雙光纖星型組網(wǎng)如圖1 所示。

圖1 雙光纖星型組網(wǎng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of dual optical fiber star networking

雙光纖星型組網(wǎng)每個近端機(jī)通?？梢赃B接4 臺遠(yuǎn)端機(jī)，近端機(jī)與遠(yuǎn)端機(jī)之間采用雙光纖連接，起到主備冗余的作用。在太原局瓦日線和鄭州局寧西線均采用星型組網(wǎng)。

2.1.2 交織覆蓋環(huán)型組網(wǎng)

交織覆蓋環(huán)型組網(wǎng)如圖2 所示。

圖2 交織覆蓋環(huán)型組網(wǎng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of intertwine coverage ring networking

交織覆蓋環(huán)形組網(wǎng)的兩個近端機(jī)分別形成主路環(huán)網(wǎng)和從路環(huán)網(wǎng)，主路與從路環(huán)信號功率相差6 dB±1 dB。環(huán)形組網(wǎng)每個近端機(jī)可以組成4 個環(huán)網(wǎng)，每個環(huán)可以帶8 臺遠(yuǎn)端機(jī)。京沈客專采用交織環(huán)形組網(wǎng)。

2.2 京沈客專北京局組網(wǎng)方式

2.2.1 京沈客專北京局工程概況京沈客專為CTCS-3 線路，北京局管內(nèi)承德至平泉區(qū)段65 km，承德縣北、平泉縣北采用基站覆蓋，其他均采用數(shù)字光纖直放站覆蓋?；?7 臺，采用諾基亞產(chǎn)品，其規(guī)格型號為：Flexi GSM BTS。數(shù)字光纖直放站采用南京泰通科技公司產(chǎn)品，共53臺，近端機(jī)15 臺，遠(yuǎn)端機(jī)53 臺，其規(guī)格型號為：TDZ-R（B），組網(wǎng)方式為交織環(huán)形組網(wǎng)。

2.2.2 京沈客專北京局組網(wǎng)方式

京沈客專北京局西興峪隧道和六道溝隧道數(shù)字光纖直放站的組網(wǎng)方案如圖3 所示。

圖3 組網(wǎng)示意圖Fig.3 Networking diagram

近端機(jī)MU15 使用兩個環(huán)，共下掛7 臺遠(yuǎn)端機(jī)，圖3 中實線為主信號光路，虛線為從信號光路，如RU45 的從信號是由MU15 提供，主信號是由MU14 提供。

相比于模擬光纖直放站的交織星型組網(wǎng)方式，數(shù)字光纖直放站交織環(huán)形組網(wǎng)方式可以節(jié)省光路資源，提升組網(wǎng)靈活度，提高無線覆蓋范圍。

3 測試結(jié)果分析

3.1 靜態(tài)測試結(jié)果及分析

承德南站靜態(tài)測試結(jié)果如表2 所示。

表2 承德南站靜態(tài)測試結(jié)果Tab.2 Static testing results for Chengde South Station

在條件允許的情況下現(xiàn)場測試項目均正常達(dá)到指標(biāo)要求，從測試結(jié)果可以看出數(shù)字光纖直放站對比傳統(tǒng)模擬光纖直放站在性能質(zhì)量方面更加突出。

在上行底噪抑制功能方面，指標(biāo)要求在最大增益條件下，開啟噪聲抑制功能直放站輸出底噪比關(guān)閉抑制功能時降低17 dB，實測值為 26.3 dB。

在光路環(huán)回功能方面，現(xiàn)場實測在光路環(huán)回后，增益基本無變化且信號閃斷小于1 s，GSM-R 業(yè)務(wù)無中斷。

在載波自動跟蹤功能方面，現(xiàn)場實測跟蹤時間僅為41 s，遠(yuǎn)小于指標(biāo)要求的載波自動跟蹤時間不大于5 min。

現(xiàn)場模擬主路信號故障后，實測發(fā)現(xiàn)從路信號會立刻自動抬升6 dB，將主路信號恢復(fù)后從路信號立刻下降6 dB 恢復(fù)原狀態(tài)。

在可靠性測試方面，由于數(shù)字光纖在直放站為雙電源模塊供電，將某一路電源模塊關(guān)閉后，直放站遠(yuǎn)端機(jī)仍保持正常工作狀態(tài)；在光模塊、光纖、功放冗余切換實驗中，現(xiàn)場實測發(fā)生上述冗余切換后，閃斷時間均小于1 s，且輸出電平無變化，業(yè)務(wù)未中斷。

3.2 動態(tài)測試結(jié)果及分析

搭載鐵科動車檢測車進(jìn)行動態(tài)測試，京沈客專北京局管內(nèi)采用數(shù)字光纖直放站，沈陽局管內(nèi)采用模擬光纖直放站，測試報告如表3 ～7 所示。

表3 切換成功率和切換中斷時間Tab.3 Switch success rate and switch interruption time

測試報告表明，全程測試切換成功率和切換中斷時間，CSD 連接建立時延和連接建立失敗率，CSD 傳輸無差錯時間，CSD 傳輸數(shù)據(jù)端到端時延和CSD傳輸干擾時間等各項指標(biāo)均合格。

表4 CSD 連接建立時延和連接建立失敗率Tab.4 CSD establishment delay and connecting establishment failure rate

表5 CSD傳輸干擾時間Tab.5 Interference time of CSD transmission

表6 CSD傳輸無差錯時間Tab.6 Error-free time of CSD transmission

表7CSD傳輸數(shù)據(jù)端到端時延Tab.7End-to-end time delay of CSDtransmission data

4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

2018年11月1日京沈客專動檢車發(fā)現(xiàn)數(shù)字光纖直放站覆蓋區(qū)域網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)為直放站區(qū)段下行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量超過4 級且密集、TCH信道承載信號劣化等，如圖4、5所示。

圖4 鄰小區(qū)接收電平Fig.4Reception level of neighbor cell

圖5服務(wù)小區(qū)通話質(zhì)量Fig.5Quality of connection for serving cell

4.1分集接收功能失配

動檢車測試報告顯示，部分?jǐn)?shù)字直放站覆蓋區(qū)域質(zhì)差達(dá)到6、7級，經(jīng)過現(xiàn)場確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)字直放站的分集接收功能已啟用，基站分集接收功能未啟用，造成分集接收功能不匹配。11月3～4日對分集接收功能進(jìn)行調(diào)整，通話質(zhì)差等級明顯下降，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量明顯提升。

4.2TCH信道RXQ不合格

動檢車測試報告顯示，當(dāng)車載臺占用BCCH信道時正常，但占用TCH信道時，RXQ出現(xiàn)惡化的現(xiàn)象。分析原因是基站在分配信道資源的時候BCCH和TCH無優(yōu)先級分配設(shè)置，TCH信道噪聲抑制門限設(shè)置過高。通過網(wǎng)管對TCH信道噪聲抑制門限優(yōu)化后，測試正常。

4.3負(fù)載熱噪聲

動檢車測試報告顯示，存在部分4 至5級質(zhì)差。經(jīng)分析，基站僅作為信源站時，需在基站的輸出端匹配大功率負(fù)載，現(xiàn)場輸出功率為50W（47dBm），負(fù)載產(chǎn)生熱噪聲，從而影響直放站系統(tǒng)性能。經(jīng)過協(xié)調(diào)溝通，把信源基站的功率降至5W（37dBm），使直放站工作在最佳輸入功率范圍內(nèi)，11月6日動檢驗證質(zhì)差表現(xiàn)改善顯著。

11月13日測試結(jié)果如圖6、7所示。

圖6調(diào)整后鄰小區(qū)接收電平1Fig.6Neighbor cell reception level 1after adjusting

數(shù)字光纖直放站在CTCS-3線路使用時，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需注意直放站與基站設(shè)備間分集接收功能適配、BCCH和TCH優(yōu)先級設(shè)置、直放站接收功率門限等。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程數(shù)字光纖直放站通過網(wǎng)管調(diào)整參數(shù)，方便快捷。自2018年底京沈客專北京局GSM-R 網(wǎng)絡(luò)工程開通運營以來，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)運用質(zhì)量維持相對平穩(wěn)的狀態(tài)。

5 總結(jié)

京沈客專北京局通信工程首次應(yīng)用GSM-R 數(shù)字光纖直放站承載CTCS-3列控系統(tǒng)業(yè)務(wù)。GSM-R數(shù)字光纖直放站采用交織覆蓋環(huán)型組網(wǎng)，節(jié)省了光路資源，提升組網(wǎng)靈活度，提高無線覆蓋范圍；靜態(tài)、動態(tài)測試結(jié)果表明數(shù)字光纖直放站在CTCS-3線路應(yīng)用達(dá)到驗收標(biāo)準(zhǔn)，可有效克服多徑干擾；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，通過網(wǎng)管調(diào)整參數(shù)，方便快捷；為后續(xù)GSM-R數(shù)字光纖直放站在CTCS-3線路的推廣應(yīng)用提供參考。