鐵路GSM-R檢測技術(shù)應(yīng)用

■ 王惠生

GSM-R系統(tǒng)的應(yīng)用對我國鐵路特別是高速鐵路的發(fā)展起到巨大的作用。該系統(tǒng)的有效運(yùn)營離不開聯(lián)調(diào)聯(lián)試和不斷的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，其動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)也在我國得到很大發(fā)展。

青藏鐵路和大秦鐵路最早建成GSM-R系統(tǒng)，最初只能使用公共無線網(wǎng)絡(luò)的檢測方式進(jìn)行通用服務(wù)質(zhì)量測試，以后引進(jìn)了國外GSM-R檢測裝置進(jìn)行GSM-R系統(tǒng)的線路檢測，檢測主要使用測試手機(jī)。參考?xì)W洲規(guī)范和我國公共移動(dòng)通信網(wǎng)的檢測要求，制定我國GSM-R系統(tǒng)檢測標(biāo)準(zhǔn)，采用我國自行研發(fā)的檢測系統(tǒng)對GSM-R系統(tǒng)的線路進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些網(wǎng)絡(luò)覆蓋和參數(shù)設(shè)置問題，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)主管單位進(jìn)行相關(guān)的整改工作。目前，GSM-R檢測包括場強(qiáng)覆蓋、服務(wù)質(zhì)量、干擾、CSD分組數(shù)據(jù)等檢測。

1 GSM-R場強(qiáng)覆蓋檢測

1.1 概況

G S M-R場強(qiáng)覆蓋是保證GSM-R系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，我國鐵路對450 MHz場強(qiáng)覆蓋的檢測經(jīng)驗(yàn)豐富，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求和經(jīng)驗(yàn)，可對不同要求的GSM-R場強(qiáng)覆蓋進(jìn)行全面檢測。

根據(jù)鐵道部對GSM-R系統(tǒng)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，我國鐵路GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基站按線路要求不同分為單網(wǎng)覆蓋、交織冗余覆蓋和同站址雙網(wǎng)覆蓋，場強(qiáng)覆蓋檢測根據(jù)不同的檢測要求配置檢測設(shè)備。我國鐵路場強(qiáng)覆蓋檢測通常采用往返交路進(jìn)行GSM-R系統(tǒng)的線路檢測。為了在一個(gè)往返中完成場強(qiáng)測試，通常在檢測車上配置2臺(tái)測量接收機(jī)，對于交織冗余基站的線路下行測試基數(shù)基站，檢測2個(gè)基站覆蓋區(qū)間，交織冗余基站場強(qiáng)覆蓋測試（見圖1）。圖1中“下行1”表示下行使用的一個(gè)測量接收機(jī)，“下行2”表示下行使用的另一個(gè)測量接收機(jī)，藍(lán)線是下行測試的所有基站場強(qiáng)覆蓋曲線。上行測試偶數(shù)基站，測試完后將上下行數(shù)據(jù)合并；對于單網(wǎng)測試，兩個(gè)測量接收機(jī)一個(gè)單程可完成覆蓋測試（見圖2）；對于同站址雙網(wǎng)線路，列車上行測試A網(wǎng)覆蓋（所有A網(wǎng)基站小區(qū)），下行測試B網(wǎng)覆蓋，相當(dāng)于一個(gè)往返進(jìn)行兩個(gè)單網(wǎng)測試。

1.2 意義

（1）養(yǎng)護(hù)維修。場強(qiáng)覆蓋是GSM-R系統(tǒng)正常通信的基礎(chǔ)，通過測試可及時(shí)發(fā)現(xiàn)覆蓋弱場和通信設(shè)備故障，在沒有對運(yùn)營通信造成影響時(shí)解決。圖3是區(qū)間直放站故障覆蓋測試曲線，雖然測試結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范，但區(qū)間通信質(zhì)量非常差。從覆蓋測試曲線可清楚地看到2個(gè)區(qū)間設(shè)備沒有正常工作。

圖1 交叉冗余基站場強(qiáng)覆蓋測試

圖2 單網(wǎng)場強(qiáng)覆蓋測試

（2）輔助設(shè)計(jì)。不同環(huán)境下GSM-R基站的間距設(shè)計(jì)不能簡單的計(jì)算，應(yīng)根據(jù)地形環(huán)境和覆蓋傳播特性進(jìn)行計(jì)算?；具^密造成投資浪費(fèi)，并對GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)造成干擾，不利于高質(zhì)量的通信。因此，覆蓋測試不斷為網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究和設(shè)計(jì)提供大量數(shù)據(jù)。

通過長期測試發(fā)現(xiàn)，目前高速鐵路GSM-R基站在空曠環(huán)境下，特別是高架橋上，普遍覆蓋過密，造成小區(qū)邊界接收信號(hào)載干比降低。由于基站間距較小，切換頻繁，在高速運(yùn)行檢測時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸無差錯(cuò)時(shí)間經(jīng)常不能滿足要求。

2 服務(wù)質(zhì)量檢測

GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量檢測是無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的重要組成部分。GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量檢測可以借鑒公共無線網(wǎng)絡(luò)檢測的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鐵路應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，研發(fā)適合鐵路GSM-R系統(tǒng)的檢測裝備。檢測通常要求測試內(nèi)容包括鐵路公里標(biāo)信息，這是與公共無線網(wǎng)絡(luò)檢測的最大區(qū)別，根據(jù)公里標(biāo)和基站名可方便地確定問題地點(diǎn)。

早期引進(jìn)和研發(fā)的GSM-R系統(tǒng)的檢測裝置使用2 W測試手機(jī)，目前檢測設(shè)備提供商研發(fā)了車載模塊檢測系統(tǒng)，使檢測評(píng)價(jià)更符合鐵路應(yīng)用規(guī)范。在綜合檢測車上，通常配置3～4個(gè)檢測終端，在一個(gè)往返中完成鐵道部規(guī)范中要求的各項(xiàng)檢測科目。檢測終端不能配置過多，避免在檢測中對運(yùn)營通信造成干擾。

使用功能完善的檢測裝置對查找GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)問題很有幫助，圖4是某條線路的服務(wù)質(zhì)量測試曲線，其中C基站和D基站屬不同的鐵路局。在這個(gè)區(qū)域多次發(fā)生長呼測試終端掉話，分析測試數(shù)據(jù)可方便地找到問題原因。

從圖4中的服務(wù)質(zhì)量測試曲線可以看到，在C基站小區(qū)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)報(bào)告中，雖然C基站小區(qū)信號(hào)很弱也不能切換到D基站小區(qū)，導(dǎo)致掉話。經(jīng)與鐵路局網(wǎng)管部門溝通，查看網(wǎng)絡(luò)設(shè)置信息，發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中C基站所屬鐵路局網(wǎng)絡(luò)沒有把D基站看成是合法網(wǎng)絡(luò)，放棄了檢測D基站的各項(xiàng)信息參數(shù)，找不到可切換的網(wǎng)絡(luò)，因此掉話。

3 干擾檢測

GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行需要不斷地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，其中干擾的查找和分析非常重要。目前，干擾檢測手段主要有關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)檢測（用于系統(tǒng)開通前的檢測）和在線檢測（可用在任何時(shí)間）。關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)檢測使用頻譜分析儀，在GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉時(shí)對上下行頻點(diǎn)進(jìn)行掃描，以發(fā)現(xiàn)是否有其他通信系統(tǒng)使用GSM-R系統(tǒng)的頻率。

頻譜掃描記錄曲線記錄了無線頻譜掃描的最大值、瞬時(shí)值和最小值（見圖5）。圖中橫坐標(biāo)是頻率范圍，縱坐標(biāo)是信號(hào)強(qiáng)度，十字標(biāo)記錄了曲線描繪時(shí)的GPS定位點(diǎn)，可看到定位點(diǎn)位置有幾個(gè)頻點(diǎn)存在較強(qiáng)的干擾。由于GSM-R基站已關(guān)閉，從曲線波形看是公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)占用了GSM-R系統(tǒng)使用的頻率。

GSM-R系統(tǒng)應(yīng)用在高速鐵路，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試不現(xiàn)實(shí)，頻譜掃描不能確定干擾產(chǎn)生的所屬部門。因此在線干擾檢測是運(yùn)營時(shí)的主要檢測手段。

圖3 覆蓋測試曲線

圖4 服務(wù)質(zhì)量測試曲線

目前，在線干擾檢測裝置沒有像服務(wù)質(zhì)量檢測裝置那樣裝備到檢測部門，使用的檢測方式有時(shí)不能正確判斷干擾強(qiáng)度和來源。在線干擾檢測中使用帶廣播信令解析能力的掃頻方式，可檢測出行駛線路上所有GSM-R信號(hào)電平和載干比，以及廣播控制信道（BCCH）的相關(guān)信息。

在線干擾檢測某條線路的測試結(jié)果見圖6。圖中的柱狀圖形顯示接收電平強(qiáng)度，表格列出了具體數(shù)值和解析參數(shù)。可以看到表格中測試點(diǎn)的服務(wù)小區(qū)接收電平很高（BCCH=1005，Rxlev= -61 dBm），但載干比很低，檢測不出小區(qū)的BISC碼。而鄰近小區(qū)（BCCH=1000）雖然接收電平不高，但載干比好于服務(wù)小區(qū)，可以解出小區(qū)BISC碼。

目前使用的干擾檢測裝置可與鐵路公里標(biāo)和GPS定位信息相結(jié)合，可準(zhǔn)確地查找干擾的位置便于分析和判斷。還有一種查找干擾定位裝置使用公共無線網(wǎng)絡(luò)SIM卡，可搜索駐留在公共移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)解析鐵路沿線公共無線網(wǎng)絡(luò)的廣播信息，特別是跳頻信息，捕捉公共移動(dòng)網(wǎng)是否占用了鐵路的GSM-R系統(tǒng)的頻點(diǎn)。在確定干擾源后，通過呼叫解析功率和時(shí)延信息（TA值）確定干擾的相對位置。

4 CSD檢測

采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的線路以GSM-R系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，歐洲對列車控制數(shù)據(jù)傳輸有明確的規(guī)范，根據(jù)本國的實(shí)際在歐洲規(guī)范的基礎(chǔ)上自行確定要求。我國主要是參考?xì)W洲的規(guī)范進(jìn)行檢測和評(píng)價(jià)。

雖然有檢測規(guī)范，但對規(guī)范的理解不同和檢測經(jīng)驗(yàn)不足，各種檢測設(shè)備在檢測方法和統(tǒng)計(jì)分析方法不同。我國自行研發(fā)的GSM-R電路域數(shù)據(jù)檢測裝置對運(yùn)行的CTCS-3級(jí)列控線路進(jìn)行了一年多的檢測，檢測結(jié)果基本符合列車控制應(yīng)用狀態(tài)。

我國CTCS-3級(jí)列控線路的列車運(yùn)營速度300 km/h以上，由鐵道部統(tǒng)一組織采用綜合檢測車檢測。測試采用兩個(gè)車載終端呼叫連接北京的地面服務(wù)器進(jìn)行車-地間的數(shù)據(jù)傳輸。測試項(xiàng)目主要包括連接建立時(shí)間、連接建立失敗概率、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、傳輸干擾率等。目前使用的檢測裝置可實(shí)時(shí)看到檢測結(jié)果，以幫助檢測與維護(hù)部門準(zhǔn)確掌握網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)狀況，并對檢測到的問題進(jìn)行有針對性的維護(hù)。

檢測中發(fā)現(xiàn)在相關(guān)線路上數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延測試經(jīng)常出現(xiàn)長時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸中斷，但檢測統(tǒng)計(jì)并沒有將其列入問題范圍。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延測試采用環(huán)回檢測方法，發(fā)送方收到正確返回的數(shù)據(jù)后為發(fā)送成功，并將環(huán)回時(shí)間除二作為傳輸時(shí)延。正常情況下移動(dòng)臺(tái)切換時(shí)會(huì)發(fā)生短時(shí)的數(shù)據(jù)中斷，可能會(huì)影響1～2包的測試數(shù)據(jù)丟失，時(shí)間不超過4 s。表1是某條線路CSD數(shù)據(jù)傳輸丟失檢測記錄。

從表1中可以看到，采用的測試方法中有數(shù)據(jù)傳輸長時(shí)間中斷現(xiàn)象，中斷時(shí)間在36 s以上，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果中沒有記錄鏈路丟失?，F(xiàn)在的檢測由人工記錄統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在問題，提請相關(guān)部門解決。通過不斷地積累，為對后續(xù)配置的檢測系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

圖5 頻譜掃描曲線

圖6 干擾檢測圖標(biāo)

5 分組數(shù)據(jù)檢測

分組數(shù)據(jù)檢測我國鐵路沒有明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，測試規(guī)范可操作性不高。測試中主要（下轉(zhuǎn)第111頁）突出分組數(shù)據(jù)傳輸功能的測試，例如傳輸調(diào)度命令和車次號(hào)信息傳輸功能。由于檢測水平不能滿足應(yīng)用要求，導(dǎo)致分組數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中出現(xiàn)問題（如進(jìn)路預(yù)告丟失），長時(shí)間不能確定問題產(chǎn)生的原因。

表1 CSD數(shù)據(jù)傳輸丟失檢測記錄

6 結(jié)束語

隨著GSM-R系統(tǒng)的發(fā)展，檢測裝備也在不斷發(fā)展，鐵道部已在綜合檢測列車上裝備了GSM-R系統(tǒng)的檢測裝置，為我國鐵路特別是高速鐵路GSM-R系統(tǒng)的正常應(yīng)用起到保障作用。目前，GSM-R系統(tǒng)的檢測手段不夠完善，應(yīng)多關(guān)注GSM-R系統(tǒng)的檢測技術(shù)對其應(yīng)用的支撐作用，吸收先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，更好地完善GSM-R系統(tǒng)的檢測水平，為鐵路通信現(xiàn)代化服務(wù)。