郑西客运专线低速网络优化的经验

阚绍忠

（北京中铁建电气化设计研究院有限公司，北京 100043）

1 概述

郑西客运专线是我国中长期铁路规划客运专线中徐兰客运专线（徐州—郑州—西安—宝鸡—兰州）最先开工的一段。郑西客运专线设计速度350 km/h，无线通信平台采用GSM-R数字移动通信系统，并采用基于GSM-R的CTCS-3列控系统指挥行车。

基于GSM-R的CTCS-3列控系统将实现350 km/h、3 min追踪间隔的高速运行。GSM-R网络是CTCS-3系统车-地通信的基础平台，能够在铁路沿线的车站、隧道、山区、丘陵等各种地形地貌条件下提供连续无缝的网络服务，在这些区域的任意2点之间完成双向的信息交互。CTCS-3车载ATP和地面RBC之间利用GSM-R网络进行双向命令与状态信息交互，完成列车位置跟踪、移动授权、紧急停车、临时限速等关键信息的传送。CTCS-3系统对GSM-R网络的可靠性和可用性提出非常苛刻的要求。

GSM-R网络要为CTCS-3安全数据传输提供安全可靠的通道，无线网络优化就显得尤为重要。只有GSM-R无线网络完成持续优化，才能满足列控对GSM-R的QoS指标要求，使列控数据安全可靠地传递。

公众网络的GSM无线网络优化是通过对现已运行的网络进行话务数据分析、现场测试数据采集、参数分析和硬件检查等手段，找出影响网络质量的原因，并通过参数修改、网络结构调整和设备配置调整，确保系统高质量的运行，使现有网络资源获得最佳效益。公众GSM网络不能保证用户建立的数据连接一直持续不断几百公里，公众网络仅对话音业务进行优化，对高速运行状态下的数据业务目前还没有成熟的优化方法；公众网络不关心用户通话时切换的时间间隔，而越区切换的时间间隔和中断时间在GSM-R网络显得尤为重要，直接关系到CTCS-3安全数据的传输。

对于列车控制数据传输而言，良好的通信服务质量直接关系到铁路运输安全和效率，本文主要结合郑西客运专线先行段GSM-R无线网络优化过程，以及和CTCS-3联调测试，进行经验总结，以便为后期的高速网络优化提供借鉴。

2 优化目标

低速网络下的优化包括电磁环境测试、场强覆盖优化、越区切换优化和网络服务质量测试优化。

GSM-R电磁环境测试目标是在GSM-R基站开始发射无线信号以前，对铁路沿线GSM-R上下行频段内的电磁信号进行测试，掌握沿线电磁环境，查找GSM-R所用频点是否受到外部干扰，并找出存在的外部干扰，通过协调，清除外部干扰，确保在所用频段内没有干扰信号存在。

场强覆盖测试优化目标是在全线基站全部开启、仅由奇数基站覆盖及仅由偶数基站覆盖的情况下，至少应符合95%时间地点概率条件下，接收机天线输入端最小接收电平高于-92 dBm，-92 dBm是验收指标。从网络优化的角度来讲，在上述3种情况下，考虑到快衰落阈度和高速情况下多普勒频移带来的影响，接收机天线输入端最小接收电平按高于-80 dBm优化。此外，还要保证避免不相邻基站之间的过覆盖和设置合理的重叠区，保证切换重叠区的长度。

越区切换的优化目标是在全部基站开启、仅开通奇数基站及仅开通偶数基站3种情况下越区，保证切换中断时间小于0.5 s（95%），切换成功率不小于99.5%，两次切换的间隔大于20 s，切换位置相对均匀，无紧急切换和乒乓切换发生。

网络服务质量测试优化目标是所有指标均满足subset 093-V2.3.0的要求，具体如表1所示。

表1 GSM-R网络服务质量指标

3 网络优化测试系统结构

网络优化测试系统主要包括车载和地面2大部分，其中车载系统包括GSM-R场强测试、GSM-R QoS测试和GSM-R无线网络评估，地面系统包括GSM-R接口监测系统、QoS地面服务器和ISDN交换机，如图1所示。

其中，GSM-R场强测试系统用于测试GSM-R频段的电磁环境和GSM-R网络的无线覆盖情况。GSM-R QoS测试系统用于测试GSM-R网络电路数据、话音和GPRS业务的服务质量，从而评估网络是否能满足列控业务要求。无线网络评估系统通过测试手机获取无线网络参数、信令等信息，达到深入分析网络故障，同时在地面接口实时跟踪CTCS-3级列控车载台的呼叫流程、数据传输情况、上下行电平和质量、越区切换等，为网络优化提供支撑。

4 电磁环境测试

电磁环境测试是在测试前关闭先行段所有基站和直放站，轨道车按照平均时速60 km在线路上运行，采用场强接收机扫频、测试手机扫频和测试手机拨打电话3种方式结合来进行测试。场强接收机扫频采用距离触发采样，每次扫频距离为2.6 cm×21（频点个数）。扫描所有的GSM-R频点和上下保护频点（ 即 884.8+n×0.2 MHz、929.8+n×0.2 MHz，n=0，1，……21，ARFCN：999～1019）。采用无线网络评估系统接测试手机扫频，并记录每个频点的BSIC码，遇到电平较强的频点，采用另一部测试手机进行强制附着并拨打电话，记录干扰小区的LAC、CI、TCH频点和调频序列以及TA值，进而可以准确定位干扰源。

图2给出了线路上测试到的干扰电平分布。从图2看出，干扰最严重的是1012频点，已达到-60 dBm。之后，用测试手机强制锁定该BCCH并进行附着，可以记录该小区的BSIC：2.1，LAC/CI：14616/21132。拨打电话，根据TA值，判断该小区与铁路的距离。

5 网络覆盖优化

网络覆盖优化主要根据随车场强接收机测试的场强数据，基站及直放站分布进行分析优化，优化主要分为5个方面。

（1）发现天馈系统异常而提出的优化建议。

（2）发现覆盖不足，提高覆盖电平。

（3）发现过覆盖，降低天线俯仰角。

（4）改善重叠覆盖区，保证切换性能。

（5）基站与直放站的配合优化，避免系统内部干扰。

郑西客运专线无线系统使用单网交织覆盖冗余方案，该种方案允许在单点故障的情况下仍然能够满足通信要求，当某一个基站出现故障时，相邻2个小区的覆盖电平仍然能够达到系统规定的性能要求。图3以1905基站为例，给出了该基站的覆盖范围，图4给出了经过优化后的1905和1904相邻基站的重叠覆盖，图5给出了1905和1903间隔1个基站的覆盖情况，可以看出，这2个基站的交叉电平在-70 dBm左右。

在优化过程中，对很多基站天线的俯仰角进行调整，例如，为抑制1816基站信号往东方向衰减过快，将其俯仰角由7/5调整为4/5，调整前后的场强覆盖对比如图6所示。

另外，在覆盖优化测试中，基站与直放站的协同工作至关重要。刚开通时直放站按照初始工程设置，TP-DL测试点未能达到0 dBm，从而造成远端机电平值低于正常值4～7 dBm。鉴于这种情况，将下行衰减器减少4 dB(按基站40 dBm输出计算)，使得下行电平覆盖正常。

6 越区切换优化

越区切换优化主要依据Abis跟踪到的用户发生切换的时间、地点和原因，从而调整切换参数。

目前主要优化的参数有以下几个方面。

（1）算术平均的取样点：无论是正常的PBGT切换，还是紧急切换，都设定为4个。

（2）PBGT切换余量：在保证切换性能稳定性的前提下，将切换余量设置得较小；同时，因为直放站主备信号间的设计电平差是6 dB，而由于空间传播的不确定性，不能确保任何时间、地点都可以维持这个差距，所以PBGT的切换余量暂定为4 dB。在测试的过程中，根据实际情况，将部分小区的切换门限调整到7 dB。

（3）乒乓切换的保护时间：设定为22 s，在满足Trec指标的同时，不致影响到基站间的正常PBGT切换。

（4）紧急切换的参数设置：电平切换的触发值暂定为-85～-84 dBm。

（5）质量切换hoMarginRxQual由-4 dB调整为0 dB，lRxQualDLH由3级调整为5级。

7 网络服务质量测试优化

网络服务质量测试优化主要针对上行传输干扰时间、上行传输无差错时间、下行传输干扰时间及下行传输无差错时间进行。将发生干扰的时间和Abis接口监测的切换和上下行质量进行对比，找出干扰原因，进行相应调整。低速传输干扰测试时，主要解决的问题：来自公网的干扰、直放站区段上行质量差引起的上行干扰、部分空间直放站由于同频对打而距离又较远时的下行干扰。

8 结束语

本文基于郑西客运专线先行段低速网络优化测试情况，给出满足CTCS-3列控数据传输要求的GSM-R网络优化测试系统的结构，同时总结在电磁环境测试、网络覆盖优化、越区切换优化和网络服务质量测试优化中遇到的问题和解决办法，为后续高速网络优化和其他客运专线网络优化提供借鉴。

[1]钟章队，李旭，蒋文怡，等．铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）[M]. 北京：中国铁路出版社，2007.

[2] GSM-R interface Class 1 Requirements,Subset 093 (V2.3.0)[S].

[3] UIC Project EIRENE System Requirements Specification (V15.0)[S]. UIC，2006.

[4] ERTMS/GSM-R Quality of Service Test Specification（V3.0)[S]，2006.