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GSM-R線路交叉區(qū)域異常占用引起CTCS-3降級分析與優(yōu)化

2023-02-18 02:04趙寅龍
鐵路通信信號工程技術(shù) 2023年1期
關(guān)鍵詞:環(huán)線降級電平

趙寅龍

(中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海通信段,上海 200080)

合福高鐵是一條連接安徽省合肥市與福建省福州市的高速鐵路。作為連通安徽到福建沿海地區(qū)的一條大能力客運(yùn)通道,合福高鐵有“最美高鐵”美譽(yù),是國內(nèi)路網(wǎng)八縱八橫規(guī)劃中京港臺通道的重要組成部分,線路全長850 km,設(shè)24 個車站,其中上海鐵路局管內(nèi)安徽段里程約340 km。

合福高鐵全線采用GSM-R 系統(tǒng),為CTCS-3(C3 級)列車控制信息傳輸?shù)裙δ艿膶崿F(xiàn)提供通信支持。GSM-R 系統(tǒng)總體穩(wěn)定可靠,但受限于鐵路沿線環(huán)境日趨復(fù)雜,部分線路交叉、并線和交匯等特殊區(qū)域容易網(wǎng)絡(luò)工作異常,導(dǎo)致C3 通信超時、降級等情況發(fā)生,從而影響高鐵列車的正常運(yùn)行。因此,解決線路交叉特殊區(qū)域網(wǎng)絡(luò)問題是GSM-R 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重點(diǎn)工作,為行車安全控制提供有力保障具有重要意義。

1 合福高鐵降級故障案例

1.1 問題描述

合福高鐵下行方向多次出現(xiàn)C3 通信超時情況,通信超時嚴(yán)重時會引起C3 降級發(fā)生,從而影響高鐵列車行車安全和效率。調(diào)取故障階段的C3 接口監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)超時情況發(fā)生時存在Abis 口、A 口數(shù)據(jù)缺失,僅有PRI 口數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。經(jīng)與C3接口監(jiān)測廠家確認(rèn),此現(xiàn)象證明數(shù)據(jù)缺失期間有通信,因此初步判斷為終端占用非合福高鐵基站,之后無法切換回本線導(dǎo)致掉話,進(jìn)而發(fā)生降級。

1.2 問題排查

分析話統(tǒng)數(shù)據(jù):合蕪線ZhongHan 基站存在掉話情況,且掉話時間與超時時間相符。

查看線路地圖:合福高鐵線與合蕪線存在交叉區(qū)域,此范圍內(nèi)兩線路均有多個基站部署,合蕪線ZhongHan 基站位于此交叉區(qū)域,如圖1 所示。

圖1 合福線與合蕪線存在交叉區(qū)域Fig.1 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway and Hefei-Wuhu Railway

分析C3 接口監(jiān)測數(shù)據(jù):降級情況發(fā)生于RBC 交權(quán)區(qū)。正常車次MT1 在合福高鐵線CLHCHD10 基站通信結(jié)束,MT2 在CLH-CHD08 基站起呼;降級車次MT1 在CLH-CHD10 基站通信結(jié)束,且MT2 起呼的Abis 口、A 口數(shù)據(jù)缺失。根據(jù)Abis 口、A 口無數(shù)據(jù)而PRI 口有數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,表示數(shù)據(jù)缺失期間有通信,結(jié)合線路地圖分析,考慮通話可能與異常占用合蕪線基站有關(guān)。

2 故障原因分析

2.1 分析異常占用鄰線基站可能性

在交叉區(qū)域,合福高鐵基站與合蕪線基站無鄰區(qū)關(guān)系,正常情況下在此區(qū)域MT2 不會切換或重選至合蕪線基站。

合福基站、合福BSC 均無異常告警,且MT1在該區(qū)段正常通信,排除合?;居布收蠈?dǎo)致MT2 異常占用合蕪線基站。

核 查HeFeiNan 至CLH-CHD10 基 站,未 發(fā)現(xiàn)合蕪線與合福高鐵存在基站的BCCH 相同的情況,排除從合福高鐵基站重選至合蕪線基站。

查看線路地圖:合福高鐵線在合肥南附近存在交叉區(qū)域,如圖2 所示。合福高鐵由HeFeiNan 基站出站下行方向在HFN-CLH01A/B 基站附近存在分叉,其中合福高鐵由HFN-CLH01A/B 基站切換至HFN-CLH02 基站,而合肥南環(huán)線由HFNCLH01A/B 基站切換至FD-HFN02 基站,隨后由南環(huán)線轉(zhuǎn)合蕪線。

圖2 合福線與南環(huán)線、合蕪線存在交叉區(qū)域Fig.2 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway, the south loop and Hefei-Wuhu Railway

考慮合福高鐵線與合肥南環(huán)線、合蕪線存在交叉區(qū)域情況,初步懷疑降級車次MT2(空閑態(tài))由HFN-CLH01A 基站重選至FD-HFN02 基站,隨后占用合蕪線基站,當(dāng)列車經(jīng)過CLH-CHD08 附近的地面應(yīng)答器時,觸發(fā)MT2 在合蕪線基站起呼。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

分析Abis 口數(shù)據(jù):查看降級車次C3 接口監(jiān)測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)HFN-CLH01A 基站切換至HFNCLH02 基站前,合福高鐵線HFN-CLH02 基站的電平值較合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站強(qiáng)10 dBm左右,如圖3 所示。

圖3 降級車次C3接口監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.3 Monitoring data of C3 interface of a degraded train

分析合福高鐵中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱國鐵集團(tuán))動檢車測試數(shù)據(jù):降級車次占用HFN-CLH01A 基站時,HFN-CLH02 基站的電平值較FD-HFN02 基站強(qiáng)5 dBm 左右,如圖4 所示。

圖4 降級車次動檢車測試數(shù)據(jù)Fig.4 Test data from a high-speed comprehensive inspection train regarding the degraded train

2.3 原理分析

GSM-R 即鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng),其建設(shè)初期規(guī)劃對象一般是單獨(dú)線路,規(guī)劃環(huán)境比較簡單且無線干擾較少。隨著國內(nèi)鐵路八縱八橫規(guī)劃的建設(shè)以及既有線改造的快速進(jìn)行,鐵路無線專網(wǎng)面對的環(huán)境日趨復(fù)雜,特別是在鐵路線路交叉、并線和交匯等特殊區(qū)域,當(dāng)路線完全并行或相互跨越時,無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃面臨嚴(yán)重的無線覆蓋、頻率規(guī)劃和業(yè)務(wù)實現(xiàn)等難題。

為了保障移動狀態(tài)下列車通信服務(wù)的穩(wěn)定性、連續(xù)性,GSM-R 基站在鐵路沿線按接續(xù)覆蓋線路規(guī)劃建設(shè),服務(wù)小區(qū)間采用切換的方式來滿足車地間信息傳送需求。當(dāng)列車經(jīng)過小區(qū)邊緣區(qū)域,移動臺測量當(dāng)前無線子系統(tǒng)的下行鏈路質(zhì)量以及從鄰近小區(qū)接收電平的信號強(qiáng)度,基站監(jiān)測每個被服務(wù)移動臺的上行接收電平和質(zhì)量,并將測量報告上報基站控制器?;究刂破鞲鶕?jù)基站傳來的測量報告進(jìn)行切換判決,對目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行篩選后確定切換小區(qū)。小區(qū)切換時,移動臺與目標(biāo)小區(qū)之間建立新鏈路,目標(biāo)小區(qū)分配一個新的信道,并命令移動臺切換到新信道上繼續(xù)提供服務(wù),而用戶和舊小區(qū)之間的鏈路連接會被刪除和釋放,以保證用戶通話的連續(xù)性。在線路交叉區(qū)域,不同線路的基站覆蓋范圍可能相互重疊,當(dāng)列車經(jīng)過小區(qū)重疊區(qū)域且小區(qū)覆蓋場強(qiáng)相近時,移動終端不能明顯分辨出本線路和相鄰線路覆蓋小區(qū),因此容易造成錯切情況,使系統(tǒng)掉話率增高,嚴(yán)重時導(dǎo)致通信超時乃至降級故障發(fā)生,影響列車正常運(yùn)行秩序。

對于高速運(yùn)行的列車而言,通話情況下的小區(qū)切換由切換參數(shù)來進(jìn)行控制,經(jīng)查詢相關(guān)線路設(shè)置,確認(rèn)HFN-CLH01A/B 基站至合福高鐵HFN-CLH02 基站的切換門限為4 dBm,HFNCLH01A/B 基站至南環(huán)線FD-HFN02 基站的切換門限為7 dBm,即通話情況下合福高鐵下行列車較難切換至南環(huán)線FD-HFN02 基站。

空閑模式下小區(qū)重選的定義為:C2 =C1 +CRO,其中C1 =接收電平-最小接入電平。經(jīng)核查,合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環(huán)線FDHFN02 基站的最小接入電平與CRO 參數(shù)設(shè)置一致,即在空閑模式下,僅比較電平值,MT2 會重選至合福高鐵HFN-CLH02 基站與南環(huán)線FDHFN02 基站中信號較強(qiáng)的小區(qū);若南環(huán)線基站信號較強(qiáng),則合福高鐵下行列車會產(chǎn)生異常占用非合福高鐵基站的情況,從而造成異常重選故障發(fā)生。

綜上所述,該C3 降級問題是由于空閑模式下異常占用合肥南環(huán)-合蕪線基站導(dǎo)致。從Abis 口監(jiān)測數(shù)據(jù)(通話態(tài)MT1 的數(shù)據(jù))和國鐵集團(tuán)動檢車測試數(shù)據(jù)分析,不滿足合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站重選的條件,但由于存在快衰落或終端接收性能差異,因此可能是在某個地點(diǎn)降級的模塊接收電平較強(qiáng)導(dǎo)致異常重選。

3 優(yōu)化調(diào)整方案

3.1 故障應(yīng)急處置

為驗證列車終端從合福高鐵HFN-CLH01A 基站向合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站重選導(dǎo)致降級,并避免再次出現(xiàn)連續(xù)降級情況,臨時調(diào)整了合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站的功率等級,由等級3 降至等級10(功率等級每降低1,功率下降2 dB)。

下調(diào)合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站的功率等級后,問題區(qū)域未再次出現(xiàn)降級情況。至此,可判斷故障發(fā)生時合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站在合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區(qū) 段 覆 蓋 過強(qiáng),導(dǎo)致列車空閑態(tài)MT 重選至合肥南環(huán)線HFNCLH02 基站而造成降級發(fā)生。

3.2 優(yōu)化調(diào)整方案

GSM-R 網(wǎng)絡(luò)中,基站異常占用主要是由于區(qū)域內(nèi)基站天線角度不當(dāng)、發(fā)射功率設(shè)置不當(dāng)、切換參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻摹楸苊夂罄m(xù)該區(qū)段再次出現(xiàn)此問題,同時為恢復(fù)臨時處置時調(diào)整的南環(huán)線FD-HFN02 基站功率,制定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案如下:

1)調(diào)整南環(huán)線FD-HFN02 基站天線:方位角225°→235°,俯仰角6°→8°;

2)調(diào)整合福高鐵HFN-CLH01A/B 基站天線:方位角140°→130°,待第一步實施后看情況決定是否實施;

3)調(diào)整合福高鐵HFN-CLH02 基站天線:方位角330°→325°,待后續(xù)國鐵集團(tuán)測試結(jié)束后再決定是否實施。

4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果

按照上述方案,調(diào)整南環(huán)線FD-HFN02 基站天線方位角225°→235°、俯仰角6°→10°,同時,恢復(fù)南環(huán)線FD-HFN02 基站功率等級10 →3,并將合福高鐵HFN-CLH01A 基站功率由40 W 提升至60 W。

對比實施前后合福高鐵HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 區(qū)段Abis 口監(jiān)測數(shù)據(jù)(如圖5、6 所示),優(yōu)化調(diào)整后,合肥南環(huán)線FD-HFN02 基站的電平值明顯低于合福高鐵HFN-CLH02 基站的電平值,不會再次因重選問題導(dǎo)致降級。

圖5 優(yōu)化調(diào)整前合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區(qū)段Abis口監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.5 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway before optimization and adjustment

圖6 優(yōu)化調(diào)整后合福高鐵HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02區(qū)段Abis口監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.6 Monitoring data of Abis port regarding the section from HFN-CLH01A/B to HFN-CLH02 of Hefei-Fuzhou High-speed Railway after optimization and adjustment

5 結(jié)語

隨著鐵路GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)推進(jìn),鐵路交叉、并線和交匯的情況越來越多,無線覆蓋環(huán)境也越來越復(fù)雜,這些特殊區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化屬于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在線路交叉區(qū)域,要對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,做好不同線路基站的覆蓋及切換參數(shù)優(yōu)化,具體可以通過合理設(shè)置天饋方位角、調(diào)整基站發(fā)射功率等方式控制覆蓋區(qū)域,避免在線路交叉區(qū)段發(fā)生小區(qū)錯切故障。同時,不僅要優(yōu)化通話模式下的小區(qū)切換情況,對空閑模式下的小區(qū)重選情況也要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

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