GSM-R网络越区切换优化及案例分析

■ 李建榜 李坚 李继元 董丽 郭桂芳

1 概述

GSM-R系统主要提供列调、电调等调度通信业务；提供各种车-地信息传送业务，如调度命令、无线车次号校核和监控等信息的传送；提供区间维护作业通信和应急移动通信服务；在CTCS-3（ETCS-2）级列控系统中作为车-地通道传输安全数据。

越区切换是指在无线通信系统中，当移动台从一个小区（指基站或基站覆盖范围）移动到另一个小区时，为保持移动用户不中断通信需要进行的信道切换。越区切换性能优劣直接影响越区切换成功率、话音质量、调度命令传送成功率等指标，因此越区切换是网络优化工作的重要内容之一。GSM-R系统采用移动台辅助越区切换方式，要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给当前服务基站，网络再根据测试结果决定何时进行越区切换及切换到哪一个基站。这种切换方式的特点是切换时间快，通常切换过程仅持续1~2 s，不足之处是切换过程中会有信号中断（<1 s）。

京九线电气化改造工程中，为确保新建GSM-R系统顺利开通，北京铁路局以电务试验车为平台，组织相关单位开展网络优化工作。介绍以电务试验车为平台GSM-R网络越区切换优化工作的思路；选取此次工作中的3个典型案例，针对设备故障、场强覆盖不合理和参数设置不当等三类原因导致越区切换问题，进行分析、定位和优化工作。

2 越区切换优化思路

在对覆盖一条铁路线的GSM-R系统进行网路优化前，需进行三方面的工作：一是根据铁道部网络编号方案全面梳理网络MSC、BSC软件版本特点、参数设置等基础资料；二是根据GSM-R系统设计文件，全面梳理无线侧硬件参数设置、基站环网络结构、BSS系统版本特点等基础资料；三是进行历史告警信息及其处理进度汇总，同时搜集网络参数变更、网络结构变化等施工记录。

上述工作准备完毕后，以电务试验车为平台进行动态测试，开展网络优化工作。电务试验车装备场强和电磁环境测试子系统、GSM-R服务质量测试子系统、同步和定位子系统和应用功能测试子系统。测试系统符合文献[1]标准，测试方法符合文献[2]和文献[3]标准。以电务试验车为平台进行测试，属于功能性验收测试，通过分析越区切换成功率指标的测试数据，直观地获取移动终端呼叫固定终端时越区切换发生的信息，如场强分布、网络切换参数、相邻小区状态等，为越区切换问题的定位提供第一手资料。动态测试贯穿网络优化工作的全过程，发现问题、收集信息和验证优化结果。结合公用网络优化经验[4]，讨论越区切换问题处理思路。当进行一次或多次动态测试后，针对越区切换异常的小区进行问题分析与定位。

（1）结合网管统计结果，分析越区切换异常是出现在个别小区还是所有小区，出现切换异常的问题小区是否存在共同特点。如果是两小区间出现切换故障，则重点查看两小区间的数据是否配置正确，硬件是否有故障；如果故障出现在某一个小区的所有邻近小区，则重点查看该小区的数据配置是否正确，以及该小区的硬件是否有故障；如果故障出现在同一BSC下的所有小区，则重点查看BSC和MSC间的数据配置。

（2）查看施工记录是否进行了数据修改。如果越区切换异常出现在个别小区，应关注涉及该小区的数据配置是否被修改；如果故障出现在同一BSC下的所有小区，则应关注本BSC及其MSC的数据配置是否被修改。

（3）当MSC、BSC等数据无误时，则需进行硬件故障排查。通过网管系统，排查是否有BSS系统出现如载频告警、直放站或基站天馈系统驻波比告警等信息；基站环链路光传输系统是否出现告警等。如果在越区切换异常的问题小区相关基站出现上述告警，则应该排除告警故障。同时，分析历史记录，通过话务统计软件统计相关小区的切换性能测量、TCH性能测量报告，观察TCH占用是否正常（如掉话率是否升高等）、出入切换成功率是否正常、切换失败的原因分布、无线切换成功率是否正常等统计信息。以小区为单位，将出、入小区切换的失败原因分类统计，对影响切换性能的主要原因进行初步定位。

（4）在进行切换性能测试时，测试系统全程记录每一次切换时测试移动终端所收集的信令消息，了解切换发生时移动终端所处的网络状态。在路测和信令分析前需要进行以下工作：首先需要了解GSM-R系统采用的切换算法；其次根据出现异常切换小区的切换参数配置，理清各种切换的优先级和切换门限；最后根据切换时的信令消息（可采用Abis接口监测系统进行问题定位）判断触发了何种切换，进而根据切换类型，找到问题原因。如果切换类型为上下行电平差切换或上行质量差切换，则判断是否是基站硬件故障造成；如果是直放站覆盖区域，则应排查直放站工作状态和上、下行增益设置。

在实际工作中，上述四个步骤并非依次进行，通常是同时进行、相互印证。

此外，由于电务试验车的测试成本较大，因此在网络优化前，对无线侧设备的工作状态进行排查，及时发现和解决问题，充分利用每一次动态测试机会。

3 越区切换优化案例

3.1 场强覆盖不合理

GA-BZ03的出、入小区有乒乓切换（见图1）。排查该小区基站软、硬件参数设置，均与设计相符，且工作状态良好；通过分析信令，发现乒乓切换的切换类型是小区功率预算（Power BudGeT：PBGT）切换。GA-BZ03与相邻小区的切换带出现场强交叠情况，据此将GA-BZ03上、下行天线都下压2°，进而消除切换带的场强交叠（见图2）。

3.2 参数设置不当

当列车从ZaoQiang向ZQ-DYZ01运行时，出现乒乓切换（见图3）。排查ZaoQiang—ZQ-DYZ01小区基站软、硬件参数设置，均与设计相符且工作状态良好。通过分析信令，发现乒乓切换的切换类型是PBGT切换。结合图3可知，这2个小区的切换带出现场强交叠现象，经过场强覆盖调整尝试，没有解决这个问题。现场勘查发现，该处属于市区，存在建筑物遮挡，通过压低或抬高基站天线的方法不能有效地消除场强交叠问题，进而尝试通过提高切换门限的方法避免乒乓切换。为此，将ZaoQiang出小区向ZQ-DYZ01切换门限68调整到70，经复测，该问题解决（见图4）。

图1 场强覆盖调整前的切换测试结果

图2 场强覆盖调整后的切换测试结果

图3 参数调整前的切换测试结果

3.3 设备故障

测试中发现，当机车从BeiJingXi驶向GAM-BJX01基站时，出现切换掉话（见图5）。核查网管告警记录，发现GAM-BJX01基站天馈系统有驻波比告警信息。经现场核查，该处基站天馈系统塔上功分器进水，更换后切换恢复正常（见图6）。切换掉话现象可能是网络参数设置不合理造成的，但多数与设备故障有关[5]。

图4 参数调整后的切换测试结果

图5 设备故障致切换失败测试结果

图6 设备故障排除后的切换测试结果

4 结束语

根据铁路运营维护特点，从网管统计、网络参数修改管理、硬件排查和告警信息统计、信令跟踪与分析等四方面，介绍以电务试验车为平台开展GSM-R网络越区切换优化工作的思路；选取日常维护工作中的3个案例，介绍场强覆盖不合理、参数设置不当和设备故障三类主要原因导致越区切换问题的分析、定位和优化工作，为今后GSM-R系统的网络优化工作提供参考。

[1] 运基通信［2010］638号 关于印发《电务试验车GSMR场强及QoS检测系统装备技术方案》的通知[S]

[2] 运基通信［2005］130号 铁路GSM-R数字移动通信系统最小可用接收电平测量方法（V1.0）[S]

[3] 科技运［2008］170号 GSM-R数字移动通信网无线场强覆盖和QoS测试方法（V1.0） [S]

[4] 韩斌杰，杜新颜，张建斌. GSM原理及其网络优化[M]．2版. 北京：机械工业出版社，2009：176-184

[5] 李坚，刘志明，王仲贞，等. GSM-R网络切换掉话的分析与处理[J]. 北京交通大学学报（自然版），2011(5)：42-47