果琮

摘要：該文闡述了GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的必要性，比較了GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與公網(wǎng)GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的相同和不同之處，介紹了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一般方法，總結(jié)了鐵路GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵詞：GSM-R；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)城際鐵路、高速鐵路、客運(yùn)專線的專用通信系統(tǒng)，承載中國(guó)高鐵的CTCS-3列車控制系統(tǒng)，是我國(guó)鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國(guó)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(diǎn)12個(gè)，GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)13000多公里。

GSM-R建網(wǎng)初期，發(fā)展速度快，建設(shè)周期短，路內(nèi)對(duì)GSM-R系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)也不夠深入，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)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(shè)備使用時(shí)間的增長(zhǎng)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(dǎo)致GSM-R通信質(zhì)量下降，嚴(yán)重的還可能影響到鐵路的正常運(yùn)行，因此非常有必要對(duì)已投入使用的GSM-R系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化要從交換、無線、傳輸?shù)榷喾矫嫒胧郑鎯?yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，本文著重討論GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。

2 公網(wǎng)GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化比較

公網(wǎng)GSM的用戶數(shù)保持高速增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)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(zhǎng)較慢，網(wǎng)絡(luò)基本采用線狀覆蓋。GSM-R網(wǎng)絡(luò)的這些特點(diǎn)決定了其優(yōu)化也具有自己的特點(diǎn)。

GSM-R網(wǎng)優(yōu)的目的在于提高通信質(zhì)量，保證鐵路運(yùn)輸組織、控制的安全，公網(wǎng)網(wǎng)優(yōu)的動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)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(hù)規(guī)程的要求GSM-R網(wǎng)絡(luò)的性能的測(cè)試和優(yōu)化應(yīng)該保持常態(tài)化，而公網(wǎng)多在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)或有較多投訴時(shí)啟動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(guān)系調(diào)整來解決切換和掉話，而GSM-R的鄰區(qū)關(guān)系則相對(duì)固定，不能隨意調(diào)整；公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)常常會(huì)采用網(wǎng)絡(luò)分層來解決話務(wù)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(cè)試→分析→調(diào)整優(yōu)化→再測(cè)試→再分析→再調(diào)整優(yōu)化”的反復(fù)循環(huán)過程。

3 GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一般方法

概括來說，對(duì)GSM-R的優(yōu)化的基本方法是設(shè)備排障、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和優(yōu)化實(shí)施及驗(yàn)證。

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

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括OMC網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、路測(cè)數(shù)據(jù)、CQT測(cè)試數(shù)據(jù)、用戶申告情況以及其它儀表的測(cè)試結(jié)果等，包括接通率、掉話率、切換成功率、場(chǎng)強(qiáng)、干擾、載干比、基站位置地圖、基站故障報(bào)告、站型、天線型號(hào)、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(duì)所有采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，如基站硬件故障、信號(hào)盲區(qū)、干擾分布、網(wǎng)外干擾源的定位、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置是否合理等。

3.3 優(yōu)化方案制定

通過分析，制定幾個(gè)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(shí)施和驗(yàn)證

選定好優(yōu)化方案后，就可按照方案進(jìn)行實(shí)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(shí)施優(yōu)化方案，重新優(yōu)化。

4 目前 GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)主要存在的問題、識(shí)別及解決方法

在按照《GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量（QoS）測(cè)試方法（V1.0）》（科技運(yùn)[2008]170號(hào)）對(duì)已開通的GSM-R線路進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)及服務(wù)質(zhì)量測(cè)試時(shí)，網(wǎng)絡(luò)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(biāo)不符合要求。用路測(cè)軟件添乘測(cè)試時(shí)，網(wǎng)絡(luò)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(gè)方面。

本人經(jīng)對(duì)多條GSM-R線路的測(cè)試分析后發(fā)現(xiàn)，引起上述服務(wù)質(zhì)量下降的常見原因是場(chǎng)強(qiáng)弱、干擾以及參數(shù)設(shè)置不合理造成的切換失敗。

下面就GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的常見問題進(jìn)行分析。

4.1 弱場(chǎng)分析及解決

4.1.1弱場(chǎng)原因分析

1）設(shè)備故障；

2）設(shè)備的老化造成發(fā)射到空間的能量減少，從而達(dá)不到剛開通時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)物料堆放等）的遮擋、季節(jié)變化、樹木長(zhǎng)大等因素都可能引起覆蓋弱化。

4.1.2弱場(chǎng)的現(xiàn)象識(shí)別

判斷覆蓋盲區(qū)的方法：

1） 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試接收機(jī)測(cè)試信號(hào)< -92dBm；弱信號(hào)掉話百分比偏高；

2）路測(cè)分析RxLevel < -87dBm；

3） 掉話率較高等。

4.1.3弱場(chǎng)解決方法

解決弱信號(hào)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(chǎng)的實(shí)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(huì)降低話音質(zhì)量甚至發(fā)生掉話。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化應(yīng)對(duì)干擾信號(hào)的種類、強(qiáng)度、性質(zhì)以及來源進(jìn)行測(cè)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(duì)GSM-R的干擾。我國(guó)的GSM-R采用E-GSM頻段的885-889/930-934MHz，中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的GSM系統(tǒng)也可能使用該頻率，中國(guó)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(guó)GSM-R線路的增多，各條鐵路的GSM-R往往是單獨(dú)設(shè)計(jì)、規(guī)劃，對(duì)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(shè)施（如高速公路的ETC）或軍用設(shè)施發(fā)出較強(qiáng)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(duì)GSM-R無線網(wǎng)造成干擾。

4.2.2網(wǎng)絡(luò)存在干擾時(shí)的現(xiàn)象

存在比較嚴(yán)重的頻率干擾地方，一般會(huì)表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不高，掉話率、切換成功率、無線接通率、阻塞率等指標(biāo)均相對(duì)不好，話音質(zhì)量差；

1） 從路測(cè)結(jié)果分析通話時(shí)的信號(hào)質(zhì)量和電平，信號(hào)的電平較高，但信號(hào)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(hào)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(duì)BTS的收發(fā)信系統(tǒng)進(jìn)行檢查，減少雜散發(fā)射與響應(yīng)；定期對(duì)BTS的主時(shí)鐘進(jìn)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(luò)中受干擾的頻率，避開干擾頻點(diǎn)；

3）利用頻率分析儀、定向天線、測(cè)試手機(jī)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(huì)交涉請(qǐng)求其避開GSM-R的頻率。

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

對(duì)于系統(tǒng)的內(nèi)部干擾，還可以通過網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)對(duì)這個(gè)線路的同鄰頻干擾情況進(jìn)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(luò)中切換中常見的問題

1）該切不切，導(dǎo)致語音質(zhì)量和信號(hào)質(zhì)量均變差；

2）頻繁切換，導(dǎo)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(shè)置，導(dǎo)致切換處理過慢而掉話；

4.3.2切換原因分析

1）信號(hào)強(qiáng)度太弱或盲區(qū)，切換因切入小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度太弱而失?。?/p>

2）切換目標(biāo)小區(qū)沒有剩余空閑信道，導(dǎo)致切換失?。?/p>

3）切換目標(biāo)小區(qū)存在干擾，導(dǎo)致與新小區(qū)的連接失敗而切換失??；

4）越區(qū)切換參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致切換失??；

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?。?/p>

b）信號(hào)強(qiáng)度滯后值設(shè)置不當(dāng)，信號(hào)強(qiáng)度滯后值設(shè)置太小，基站沒有足夠的時(shí)間處理切換呼叫，造成呼叫在切換時(shí)丟失。（但若設(shè)置太大，又會(huì)引起許多不必要的切換）。

c）切換帶設(shè)置不合理，切換帶設(shè)置過大，導(dǎo)致切換過緩，主服務(wù)小區(qū)已不是場(chǎng)強(qiáng)最大的小區(qū)，造成掉話；切換帶設(shè)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(yīng)導(dǎo)致切換失?。河捎谏椒宓鹊姆瓷?，使基站在很遠(yuǎn)處出現(xiàn)“孤島”，而與之有切換關(guān)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(guān)系，當(dāng)移動(dòng)終端占用上“孤島”的信號(hào)時(shí)，很容易因沒有切換關(guān)系而引起切換失敗掉話。

4.3.3切換解決

1）解決弱場(chǎng)和干擾，見4.1和4.2；

2）為避免因目標(biāo)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(wù)、調(diào)度業(yè)務(wù)設(shè)置較高的優(yōu)先級(jí)，即使目標(biāo)小區(qū)沒有空閑信道，仍能通過eMLPP業(yè)務(wù)搶占優(yōu)先級(jí)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(luò)用到的切換有很多種情況，如基于功率預(yù)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(jiǎn)述參數(shù)的設(shè)置。PBGT切換參數(shù)主要是窗口A，窗口內(nèi)滿足條件的個(gè)數(shù)B，以及HO_MARGIN值。如果連續(xù)的A個(gè)測(cè)量報(bào)告的測(cè)量值中有B個(gè)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(dāng)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(dāng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量影響很大。

在GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)中，掉話應(yīng)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(guān)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(hào)掉話：受地形地貌、建筑物的影響，由于信號(hào)快衰落、信號(hào)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(jī)、天饋系統(tǒng)存在故障，將直接導(dǎo)致掉話；天饋線損傷、進(jìn)水、打折和接頭處接觸不良，均會(huì)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(cuò)誤或丟失造成掉話；

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

4.4.2掉話解決方法

掉話的解決需要根據(jù)實(shí)際情況采取不同策略。

1） 弱信號(hào)掉話解決：同4.1弱場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，利用天饋線測(cè)試儀判斷故障原因及故障點(diǎn)，檢測(cè)從合路器至天線的駐波比，若VSWR大于正常值，及時(shí)更換故障天線和接頭；分析從網(wǎng)管中的有關(guān)告警和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)故障原因。

5） 傳輸質(zhì)量掉話解決：定期進(jìn)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(dòng)終端，定期檢測(cè)、維護(hù)移動(dòng)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(dǎo)致隨機(jī)接入失敗，這里不再贅述。

GSM-R系統(tǒng)移動(dòng)終端的呼叫信令過程較復(fù)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(dòng)終端作被叫時(shí)的信令流程為例，分析其中容易出錯(cuò)的幾個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)行有針對(duì)性的討論。

圖1 移動(dòng)終端被叫A接口信令

1）位置更新導(dǎo)致終端無法響應(yīng)尋呼或發(fā)起呼叫導(dǎo)致接通失?。喝魧ず舻絹頃r(shí)，碰巧被叫MS正在做位置更新，此時(shí)MS無法對(duì)該尋呼做出響應(yīng)。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(dòng)立即指配（Immediate assign）過程時(shí)，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(shè)1，2，4，7）設(shè)為1，則容易發(fā)生接通失??；

3）A接口擁擠或小區(qū)里無TCH供分配導(dǎo)致接通失?。?/p>

4）成功分配TCH后接通失敗。若手機(jī)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(jī)又回到獨(dú)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(dǎo)致接續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，將導(dǎo)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(shè)備完好率，中繼完好率，信道完好率，定期檢查，保證設(shè)備運(yùn)行正常。定期對(duì)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(huì)增加CCCH和SDCCH的負(fù)荷。對(duì)于GSM-R來說，SDCCH的負(fù)荷并不大，因此可以適當(dāng)提高最大重發(fā)次數(shù)（4或7次）。

4）提高發(fā)送信道請(qǐng)求的時(shí)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(huì)延長(zhǎng)接續(xù)時(shí)間。

5）建立合理的路由表：交換機(jī)內(nèi)建立合理的話務(wù)、信令路由表。

5 結(jié)束語

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個(gè)不斷對(duì)系統(tǒng)參數(shù)及硬件設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的過程，修改某個(gè)參數(shù)可能提高某一性能，同時(shí)可能伴隨降低其它性能的后果，這就需要來仔細(xì)均衡。優(yōu)化過程中要有詳細(xì)的記錄，應(yīng)編寫優(yōu)化方案和工作計(jì)劃表。修改參數(shù)時(shí)，應(yīng)事先向鐵路局請(qǐng)點(diǎn)實(shí)施，并事先得相關(guān)通信段的確認(rèn)，對(duì)于影響整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)的修改要謹(jǐn)慎，以免對(duì)系統(tǒng)造成災(zāi)難性的后果。優(yōu)化工作完成以后，應(yīng)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(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的變化進(jìn)行調(diào)整。

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