GSM-R线路交叉区域异常占用引起CTCS-3降级分析与优化

赵寅龙

（中国铁路上海局集团有限公司上海通信段，上海 200080）

合福高铁是一条连接安徽省合肥市与福建省福州市的高速铁路。作为连通安徽到福建沿海地区的一条大能力客运通道，合福高铁有“最美高铁”美誉，是国内路网八纵八横规划中京港台通道的重要组成部分，线路全长850 km，设24 个车站，其中上海铁路局管内安徽段里程约340 km。

合福高铁全线采用GSM-R 系统，为CTCS-3（C3 级）列车控制信息传输等功能的实现提供通信支持。GSM-R 系统总体稳定可靠，但受限于铁路沿线环境日趋复杂，部分线路交叉、并线和交汇等特殊区域容易网络工作异常，导致C3 通信超时、降级等情况发生，从而影响高铁列车的正常运行。因此，解决线路交叉特殊区域网络问题是GSM-R 网络优化的重点工作，为行车安全控制提供有力保障具有重要意义。

1 合福高铁降级故障案例

1.1 问题描述

合福高铁下行方向多次出现C3 通信超时情况，通信超时严重时会引起C3 降级发生，从而影响高铁列车行车安全和效率。调取故障阶段的C3 接口监测系统数据，发现超时情况发生时存在Abis 口、A 口数据缺失，仅有PRI 口数据的现象。经与C3接口监测厂家确认，此现象证明数据缺失期间有通信，因此初步判断为终端占用非合福高铁基站，之后无法切换回本线导致掉话，进而发生降级。

1.2 问题排查

分析话统数据：合芜线ZhongHan 基站存在掉话情况，且掉话时间与超时时间相符。

查看线路地图：合福高铁线与合芜线存在交叉区域，此范围内两线路均有多个基站部署，合芜线ZhongHan 基站位于此交叉区域，如图1 所示。

图1 合福线与合芜线存在交叉区域Fig.1 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway and Hefei-Wuhu Railway

分析C3 接口监测数据：降级情况发生于RBC 交权区。正常车次MT1 在合福高铁线CLHCHD10 基站通信结束，MT2 在CLH-CHD08 基站起呼；降级车次MT1 在CLH-CHD10 基站通信结束，且MT2 起呼的Abis 口、A 口数据缺失。根据Abis 口、A 口无数据而PRI 口有数据的现象，表示数据缺失期间有通信，结合线路地图分析，考虑通话可能与异常占用合芜线基站有关。

2 故障原因分析

2.1 分析异常占用邻线基站可能性

在交叉区域，合福高铁基站与合芜线基站无邻区关系，正常情况下在此区域MT2 不会切换或重选至合芜线基站。

合福基站、合福BSC 均无异常告警，且MT1在该区段正常通信，排除合福基站硬件故障导致MT2 异常占用合芜线基站。

核 查HeFeiNan 至CLH-CHD10 基 站，未 发现合芜线与合福高铁存在基站的BCCH 相同的情况，排除从合福高铁基站重选至合芜线基站。

查看线路地图：合福高铁线在合肥南附近存在交叉区域，如图2 所示。合福高铁由HeFeiNan 基站出站下行方向在HFN-CLH01A/B 基站附近存在分叉，其中合福高铁由HFN-CLH01A/B 基站切换至HFN-CLH02 基站，而合肥南环线由HFNCLH01A/B 基站切换至FD-HFN02 基站，随后由南环线转合芜线。

图2 合福线与南环线、合芜线存在交叉区域Fig.2 Existing crossing area of Hefei-Fuzhou High-speed Railway, the south loop and Hefei-Wuhu Railway

考虑合福高铁线与合肥南环线、合芜线存在交叉区域情况，初步怀疑降级车次MT2（空闲态）由HFN-CLH01A 基站重选至FD-HFN02 基站，随后占用合芜线基站，当列车经过CLH-CHD08 附近的地面应答器时，触发MT2 在合芜线基站起呼。

2.2 监测数据分析

分析Abis 口数据：查看降级车次C3 接口监测数据，发现HFN-CLH01A 基站切换至HFNCLH02 基站前，合福高铁线HFN-CLH02 基站的电平值较合肥南环线FD-HFN02 基站强10 dBm左右，如图3 所示。

图3 降级车次C3接口监测数据Fig.3 Monitoring data of C3 interface of a degraded train

分析合福高铁中国国家铁路集团有限公司（以下简称国铁集团）动检车测试数据：降级车次占用HFN-CLH01A 基站时，HFN-CLH02 基站的电平值较FD-HFN02 基站强5 dBm 左右，如图4 所示。

图4 降级车次动检车测试数据Fig.4 Test data from a high-speed comprehensive inspection train regarding the degraded train

2.3 原理分析

GSM-R 即铁路数字移动通信系统，其建设初期规划对象一般是单独线路，规划环境比较简单且无线干扰较少。随着国内铁路八纵八横规划的建设以及既有线改造的快速进行，铁路无线专网面对的环境日趋复杂，特别是在铁路线路交叉、并线和交汇等特殊区域，当路线完全并行或相互跨越时，无线网络规划面临严重的无线覆盖、频率规划和业务实现等难题。

为了保障移动状态下列车通信服务的稳定性、连续性，GSM-R 基站在铁路沿线按接续覆盖线路规划建设，服务小区间采用切换的方式来满足车地间信息传送需求。当列车经过小区边缘区域，移动台测量当前无线子系统的下行链路质量以及从邻近小区接收电平的信号强度，基站监测每个被服务移动台的上行接收电平和质量，并将测量报告上报基站控制器。基站控制器根据基站传来的测量报告进行切换判决，对目标小区进行筛选后确定切换小区。小区切换时，移动台与目标小区之间建立新链路，目标小区分配一个新的信道，并命令移动台切换到新信道上继续提供服务，而用户和旧小区之间的链路连接会被删除和释放，以保证用户通话的连续性。在线路交叉区域，不同线路的基站覆盖范围可能相互重叠，当列车经过小区重叠区域且小区覆盖场强相近时，移动终端不能明显分辨出本线路和相邻线路覆盖小区，因此容易造成错切情况，使系统掉话率增高，严重时导致通信超时乃至降级故障发生，影响列车正常运行秩序。

对于高速运行的列车而言，通话情况下的小区切换由切换参数来进行控制，经查询相关线路设置，确认HFN-CLH01A/B 基站至合福高铁HFN-CLH02 基站的切换门限为4 dBm，HFNCLH01A/B 基站至南环线FD-HFN02 基站的切换门限为7 dBm，即通话情况下合福高铁下行列车较难切换至南环线FD-HFN02 基站。

空闲模式下小区重选的定义为：C2 ＝C1 ＋CRO，其中C1 ＝接收电平－最小接入电平。经核查，合福高铁HFN-CLH02 基站与南环线FDHFN02 基站的最小接入电平与CRO 参数设置一致，即在空闲模式下，仅比较电平值，MT2 会重选至合福高铁HFN-CLH02 基站与南环线FDHFN02 基站中信号较强的小区；若南环线基站信号较强，则合福高铁下行列车会产生异常占用非合福高铁基站的情况，从而造成异常重选故障发生。

综上所述，该C3 降级问题是由于空闲模式下异常占用合肥南环-合芜线基站导致。从Abis 口监测数据（通话态MT1 的数据）和国铁集团动检车测试数据分析，不满足合福高铁HFN-CLH01A 基站向合肥南环线FD-HFN02 基站重选的条件，但由于存在快衰落或终端接收性能差异，因此可能是在某个地点降级的模块接收电平较强导致异常重选。

3 优化调整方案

3.1 故障应急处置

为验证列车终端从合福高铁HFN-CLH01A 基站向合肥南环线FD-HFN02 基站重选导致降级，并避免再次出现连续降级情况，临时调整了合肥南环线FD-HFN02 基站的功率等级，由等级3 降至等级10（功率等级每降低1，功率下降2 dB）。

下调合肥南环线FD-HFN02 基站的功率等级后，问题区域未再次出现降级情况。至此，可判断故障发生时合肥南环线FD-HFN02 基站在合福高铁HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 区 段 覆 盖 过强，导致列车空闲态MT 重选至合肥南环线HFNCLH02 基站而造成降级发生。

3.2 优化调整方案

GSM-R 网络中，基站异常占用主要是由于区域内基站天线角度不当、发射功率设置不当、切换参数设置不当等因素造成的。为避免后续该区段再次出现此问题，同时为恢复临时处置时调整的南环线FD-HFN02 基站功率，制定网络优化方案如下：

1）调整南环线FD-HFN02 基站天线：方位角225°→235°，俯仰角6°→8°；

2）调整合福高铁HFN-CLH01A/B 基站天线：方位角140°→130°，待第一步实施后看情况决定是否实施；

3）调整合福高铁HFN-CLH02 基站天线：方位角330°→325°，待后续国铁集团测试结束后再决定是否实施。

4 网络优化效果

按照上述方案，调整南环线FD-HFN02 基站天线方位角225°→235°、俯仰角6°→10°，同时，恢复南环线FD-HFN02 基站功率等级10 →3，并将合福高铁HFN-CLH01A 基站功率由40 W 提升至60 W。

对比实施前后合福高铁HFN-CLH01A/B 至HFN-CLH02 区段Abis 口监测数据（如图5、6 所示），优化调整后，合肥南环线FD-HFN02 基站的电平值明显低于合福高铁HFN-CLH02 基站的电平值，不会再次因重选问题导致降级。

图5 优化调整前合福高铁HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02区段Abis口监测数据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

图6 优化调整后合福高铁HFN-CLH01A/B至HFN-CLH02区段Abis口监测数据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 结语

随着铁路GSM-R 网络的建设推进，铁路交叉、并线和交汇的情况越来越多，无线覆盖环境也越来越复杂，这些特殊区域的网络优化属于GSM-R 网络设计的重点和难点。在线路交叉区域，要对无线网络进行统筹规划，做好不同线路基站的覆盖及切换参数优化，具体可以通过合理设置天馈方位角、调整基站发射功率等方式控制覆盖区域，避免在线路交叉区段发生小区错切故障。同时，不仅要优化通话模式下的小区切换情况，对空闲模式下的小区重选情况也要进行重点关注。