GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化淺析

李 林

北京鐵路局北京通信段石家莊車間，河北 石家莊 050000

GSM-R（GSM for Railways），是專用于鐵路日常運(yùn)營管理的移動(dòng)通信技術(shù)，目前專門用于覆蓋鐵路的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信。這一技術(shù)在高級(jí)語音呼叫功能的基礎(chǔ)上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專用調(diào)度通信的需要。主要提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動(dòng)控制與檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車自動(dòng)尋址和旅客服務(wù)。

由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境十分特殊，因此眾多公網(wǎng)的維護(hù)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都難以對(duì)其施加影響，因此，有必要針對(duì)其自身特點(diǎn)展開必要的分析，才能提出有效的優(yōu)化方法。

1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)性能的主要影響因素

GSM-R網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用環(huán)境是鐵路，其覆蓋區(qū)域有著明確的特點(diǎn)。其服務(wù)區(qū)域通常呈線狀分布，以鐵路為重點(diǎn)服務(wù)對(duì)象，不存在太多的墻體穿透問題，但是地形相對(duì)復(fù)雜。具體而言，影響GSM-R系統(tǒng)服務(wù)效果的因素主要有以下幾個(gè)方面：

首先，多普勒頻移是一個(gè)必須要考慮的因素。所謂多普勒頻移是指當(dāng)信號(hào)的發(fā)射端和接收端之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，其之間因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)速遞而產(chǎn)生的頻率不適應(yīng)的問題。接收端和發(fā)射端之間的頻率差值稱為多普勒頻移，這一差值嚴(yán)重影響著服務(wù)的質(zhì)量，隨著多普勒頻移的嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致接收到的信號(hào)在變頻后產(chǎn)生頻偏，進(jìn)而影響到移動(dòng)終端的鄰小區(qū)測量性能，甚至導(dǎo)致切換無法被觸發(fā)。通常而言，多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)方向、和無線電波入射方向之間的夾角密切相關(guān)。

其次，覆蓋區(qū)切換的問題也不容忽視。目前鐵路速度不斷提升，使得區(qū)間切換成了一個(gè)大問題。通常而言，對(duì)于在不同的覆蓋區(qū)域之間運(yùn)動(dòng)的信號(hào)接收端而言，需要在覆蓋區(qū)域之間的信號(hào)疊加區(qū)內(nèi)完成整個(gè)切換過程。對(duì)于切換時(shí)間這一變量，本身是受到相應(yīng)的技術(shù)限制的，然而在信號(hào)接收端快速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，其必然對(duì)用于切換的重復(fù)覆蓋區(qū)域提出更為嚴(yán)苛的要求，而以往并沒有對(duì)鐵路提速做出充分考慮的信號(hào)覆蓋方案，很可能導(dǎo)致在重復(fù)覆蓋區(qū)域內(nèi)難以完成切換任務(wù)，導(dǎo)致信號(hào)服務(wù)可靠性降低。

最后，無線信道時(shí)變加劇。移動(dòng)臺(tái)的高速運(yùn)動(dòng)，使得其周圍的反射體和散射體都呈現(xiàn)出高速率相對(duì)運(yùn)動(dòng)的態(tài)勢，直接使得無線信道時(shí)變加劇。在GSM-R系統(tǒng)中，信號(hào)的接收端通常都采用自適應(yīng)均衡技術(shù)，其系統(tǒng)基站能夠適應(yīng)500km/h以上的速度，但是接收端限于功耗和體積等多方面限制，難以采用復(fù)雜的自適應(yīng)均衡算法，因此接收方對(duì)于無線信道時(shí)變加劇的影響更為敏感

2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化要點(diǎn)

針對(duì)以上主要存在于GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的問題，提出以下幾方面優(yōu)化要點(diǎn)供實(shí)際工作中考證：

1）覆蓋區(qū)域優(yōu)化

需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)覆蓋區(qū)域做出重新規(guī)劃，重點(diǎn)在考慮整個(gè)區(qū)域完全實(shí)現(xiàn)覆蓋的基礎(chǔ)上，對(duì)重復(fù)覆蓋區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，力求做到確保重復(fù)覆蓋區(qū)域滿足切換要求，使高速運(yùn)動(dòng)的信號(hào)接收端能夠在重復(fù)覆蓋區(qū)域內(nèi)完成切換過程。

GSM-R網(wǎng)絡(luò)對(duì)基站覆蓋電平的要求是在95% 的時(shí)間和位置概率下，覆蓋電平大于-92dBm。這個(gè)要求并不難實(shí)現(xiàn)，但是需要對(duì)實(shí)際環(huán)境加以充分考慮，鐵路沿線地形復(fù)雜，基站難以實(shí)現(xiàn)合理均勻選址，都會(huì)給覆蓋帶來問題?；谶@種情況，可以對(duì)基站天線進(jìn)行調(diào)整來控制其覆蓋范圍。由于天線的主要輻射方向?yàn)槠渲靼攴较蜃笥?，在半功率角范圍之?nèi)，因此，其所覆蓋的范圍是主要的優(yōu)化目標(biāo)。需要考慮的變量主要包括半功率下傾角與軌面相交距離、主瓣與軌面相交跨度以及半功率上傾角與軌面相交距離。需要依據(jù)實(shí)際的地形情況確定天線安置位置，進(jìn)而在天線掛高確定的基礎(chǔ)上計(jì)算出不同下傾角對(duì)于多個(gè)變量的影響狀況，并依據(jù)每個(gè)覆蓋區(qū)域的實(shí)際狀況進(jìn)行確定。只有將多個(gè)天線放置于一個(gè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)候，才能計(jì)算出最優(yōu)的覆蓋。最終實(shí)現(xiàn)確保完全覆蓋、努力減少重復(fù)覆蓋并且實(shí)現(xiàn)在重復(fù)覆蓋區(qū)域內(nèi)的切換過程完整。

2）切換優(yōu)化

切換不僅僅會(huì)發(fā)生在不同覆蓋區(qū)域交接的地方，同時(shí)對(duì)于因?yàn)槠渌魏瓮饨缫蛩囟鴮?dǎo)致的信號(hào)質(zhì)量下降，都可以激發(fā)切換過程，而將通話服務(wù)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)空閑的語音信道上去。但是切換過程需要對(duì)客戶保持盲狀態(tài)，切換的失敗以及過于頻繁的切換都會(huì)導(dǎo)致服務(wù)質(zhì)量的降低。通常而言，兩次切換之間的間隔應(yīng)不小于20s，依據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)速遞進(jìn)行換算，并且切換位置相對(duì)均，且盡量避免突發(fā)性切換。

對(duì)于切換的優(yōu)化而言，需要在對(duì)目前的網(wǎng)絡(luò)切換狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的前提下進(jìn)行。如果發(fā)生了切換過于頻繁，或者切換的位置不在相鄰基站的重復(fù)覆蓋區(qū)域內(nèi)，則應(yīng)當(dāng)提高警惕進(jìn)行故障排查，對(duì)：功率余量判決條件HOM、判決窗口HOAVPWRB以及防回切生效時(shí)間等變量進(jìn)行重新調(diào)整設(shè)定。

對(duì)于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個(gè)長期而反復(fù)的過程，需要在網(wǎng)絡(luò)建成以后對(duì)連接建立時(shí)間、連接建立失敗概率、用戶數(shù)據(jù)幀傳送時(shí)延、鏈路斷開（失效）概率、傳輸干擾率與網(wǎng)絡(luò)注冊時(shí)延等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，綜合給出評(píng)價(jià)，確定不合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定并依據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行調(diào)試，才能最終取得理想的效果。

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