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      GSM—R無線通信網(wǎng)絡(luò)性能提升及優(yōu)化研究

      2014-04-29 00:00:00王羨初
      基層建設(shè) 2014年13期

      身份證號碼:440102196810106518

      摘要:文章首先針對GSM-R系統(tǒng)自身特征展開了必要分析,而后進一步在此基礎(chǔ)上,針對該系統(tǒng)目前存在的主要性能瓶頸展開討論,提出了相應(yīng)的解決方案和實踐建議,對于整體通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化有著積極的意義。

      關(guān)鍵詞:GSM-R無線通信;網(wǎng)絡(luò)性能提升;優(yōu)化研究

      引言

      鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)(Global System of Mobile Communication for Railways,GSM-R),同GSM系統(tǒng)在工作原理方面相同,但是專門用于鐵路通信環(huán)境。正因為這種特殊的應(yīng)用環(huán)境,才導(dǎo)致了GSM-R網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)諸多與GSM不同的網(wǎng)絡(luò)工作特性,而由于肩負著鐵路通信職責,其安全和穩(wěn)定性也隨之受到關(guān)注。

      1.GSM-R系統(tǒng)組成

      GSM-R系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)、運行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)和終端設(shè)備等四個部分。其中,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)、移動智能網(wǎng)子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。

      1.1網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)。主要完成業(yè)務(wù)交換及用戶數(shù)據(jù)、移動性管理、安全性管理功能,由一系列功能實體構(gòu)成:移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、拜訪位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、鑒權(quán)中心(AuC)、互連功能單元(IWF)、組呼寄存器(GCR)、短消息服務(wù)中心(SMSC)、確認中心(AC)、移動智能網(wǎng)(IN)。各功能實體之間通過No.7信令協(xié)議互相通信。

      1.2通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。GPRS子系統(tǒng)負責為無線用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS子系統(tǒng)包括核心層和無線接入層。核心層由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能實體組成。無線接入層由PCU、基站、終端等組成。GPRS無線接入層組網(wǎng)應(yīng)充分利用GSM-R系統(tǒng)的設(shè)備資源,保護投資;與GSM-R系統(tǒng)共用頻率資源;利用GSM-R系統(tǒng)的基站實現(xiàn)無線覆蓋,不單獨增加GPRS系統(tǒng)基站。

      1.3基站子系統(tǒng)。BSS通過無線接口直接與移動臺相接,負責無線信號發(fā)送接收和無線資源管理;與MSC相連,實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接,傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。BSS由基站控制器(BSC)、編譯碼和速率適配單元(TRAU)、基站收發(fā)信機(BTS)、弱場設(shè)備等功能實體構(gòu)成。

      1.4運行與支持子系統(tǒng)。OSS包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備維護管理系統(tǒng)和用戶管理系統(tǒng)。

      1.5終端。終端是供GSM-R系統(tǒng)用戶直接操作、使用,用來接入GSM-R網(wǎng)的設(shè)備,包括移動臺和無線固定臺。

      2.GSM-R網(wǎng)絡(luò)常見問題以及優(yōu)化

      GSM-R網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個長期的過程,在實際工作過程中,主要需要優(yōu)化的包括如下幾類問題。

      2.1跨區(qū)切換優(yōu)化

      在列車行駛的過程中,將會穿過多個基站服務(wù)區(qū),為了能夠得到連貫的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),就需要在不同服務(wù)區(qū)的交接點進行切換。對于列車行駛過程而言,一路上會途經(jīng)為數(shù)眾多的基站服務(wù)區(qū),因此跨區(qū)切換將會十分頻繁,與此同時,由于列車處于高速行駛狀態(tài),因此在不同服務(wù)區(qū)的邊界處停留時間很短,對此,需要整個系統(tǒng)提供更為迅速的跨區(qū)切換優(yōu)化。

      跨區(qū)切換常見的問題包括不切換、頻繁切換、切換失敗以及切換延遲等,通常源于硬件故障或者是參數(shù)配置的不合理,在對這些問題進行排除和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面,可以從以下幾個方面著手,首先需要對GSM-R網(wǎng)絡(luò)的配置需要進行深入了解,對網(wǎng)絡(luò)中MSC、BSC軟件的版本特點予以掌握,并根據(jù)GSM-R系統(tǒng)設(shè)計文件,對無線側(cè)硬件參數(shù)、基站環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、BSS版本特征以及GSM-R網(wǎng)絡(luò)的切換計算方法有所了解,同時對于網(wǎng)絡(luò)歷史運行信息,參數(shù)變更資料等有所掌握。在此基礎(chǔ)之上,第一步是需要檢查異常切換狀況存在范圍,如果僅存在于某相鄰小區(qū),則應(yīng)當重點查看這兩個小區(qū)的基站硬件;如果存在于同一BSC下所有小區(qū),則應(yīng)當重點查看BSC以及MSC之間的數(shù)據(jù)兼容配置狀況。如果相應(yīng)的參數(shù)配置沒有問題,就需要通過網(wǎng)管系統(tǒng)查看BSS系統(tǒng)告警信息,包括載頻告警以及直放站或天饋系統(tǒng)駐波比告警等,以及基站環(huán)鏈路光傳輸系統(tǒng)告警。同時在結(jié)合故障所在服務(wù)區(qū)的告警記錄,利用相關(guān)軟件對話務(wù)狀態(tài)進行統(tǒng)計,查看切換性能測量、TCH性能測量狀態(tài),重點查看掉話率是否平穩(wěn)、出入切換成功率以及失敗原因等相關(guān)數(shù)據(jù),最終實現(xiàn)對切換失敗的原因定位。

      在對切換性能進行提升的時候,除了必須要針對硬件做出的調(diào)整以外,重點還在于對于設(shè)備參數(shù)的調(diào)整。在深入了解系統(tǒng)切換算法的基礎(chǔ)上,根據(jù)實際的狀況,針對切換優(yōu)先級以及切換門限做出必要的調(diào)整,并設(shè)定相關(guān)程序進行必要的模擬,力求達到最優(yōu)狀態(tài)。

      2.2干擾優(yōu)化

      GSM-R網(wǎng)絡(luò)目前面臨的干擾主要可以分為網(wǎng)外干擾和網(wǎng)內(nèi)干擾兩類。鑒于目前GSM-R網(wǎng)絡(luò)占用頻段的狀況,不難理解該系統(tǒng)在實際運行過程中多少都會受到來自于GSM網(wǎng)絡(luò)以及CDMA網(wǎng)絡(luò)的干擾,而網(wǎng)內(nèi)干擾,則重點指GSM-R網(wǎng)絡(luò)自身形成的干擾。

      首先對于網(wǎng)外干擾中來自于GSM系統(tǒng)的干擾而言,由于GSM系統(tǒng)和GSM-R系統(tǒng)的頻帶緊鄰,雖然有相關(guān)規(guī)定要求在鐵路兩側(cè)各2 km處作為鐵路通信服務(wù)區(qū)的分水嶺,但是在實際的操作中卻難以得到完美實施,這就會產(chǎn)生干擾。而CDMA系統(tǒng)由于自身的擴頻過濾技術(shù),也會對GSM-R系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。針對于此類情況,鐵路通信工作需要在鐵路沿線沿途定期對接收到的信號加以測定,并且根據(jù)測定的情況分析出干擾源,和當?shù)谿SM系統(tǒng)運營方協(xié)調(diào)雙方的基站參數(shù)和天線方向進行解決。

      而網(wǎng)內(nèi)干擾則通常存在兩個方面的主要成因,即多徑干擾以及異區(qū)干擾。所以多徑干擾,即指同一信號源發(fā)出的信號,對于同一信號接收方而言,采用了多種不同的傳輸途徑,而導(dǎo)致采用每種傳輸途徑因為途徑反射等特殊情況,導(dǎo)致用時不同,進一步在信號接收端形成信號疊加現(xiàn)象,影響接收。針對這一狀況,有必要深入考察當?shù)氐男盘杺鬏敔顩r,尤其是存在有隧道的通信段中,應(yīng)當妥善放置基站的位置和天線的角度。另一種網(wǎng)內(nèi)干擾即異區(qū)干擾,主要存在于地理上相鄰,并且使用同樣頻段的小區(qū)之間的形成的干擾。這種現(xiàn)象之所以會出現(xiàn),還要歸因于鐵路通信特殊的工作環(huán)境,因為通常鐵路通信環(huán)境中依據(jù)鐵路線路的延伸劃定基站通信范圍,這種劃定方法將鐵軌視為直線延伸,但是由于地理差異,沿鐵軌延伸并不相鄰的基站服務(wù)區(qū),卻有可能在地理位置上相鄰,如果這樣的小區(qū)采用有重合的頻段,就很容易造成干擾。對此應(yīng)該深入考察地理特征,劃定合理小區(qū)范圍,并且在面對此類問題的時候,妥善分配頻段確保通信暢通。

      2.3網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化

      雖然鐵路通信系統(tǒng)是沿鐵軌的延展方向?qū)⒄麄€通信環(huán)境劃分成為若干小區(qū)實現(xiàn)通信,但是還是必須要注意到鐵路通信系統(tǒng)是一個整體,在進行布局的時候必須要考慮到不同小區(qū)之間的影響,以及GSM-R系統(tǒng)同其他社會化系統(tǒng)之間的影響。

      類似于上文提到的網(wǎng)內(nèi)干擾問題中的兩個主要方面,在解決的時候就是需要對整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及基站的安置狀況,以及天線的設(shè)定進行深入詳實的考證,只有如此才能獲取較優(yōu)的信號傳輸質(zhì)量。與此同時,除了注意到預(yù)防其他外部環(huán)境帶給GSM-R系統(tǒng)的干擾以外,對于GSM-R系統(tǒng)給予外部環(huán)境的影響也應(yīng)當控制,畢竟目前的狀況是多通信系統(tǒng)共存的大環(huán)境,只有相互之間的和諧才能獲得良好和有效的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

      結(jié)束語

      對于GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)化工作,遠遠不僅如此。單從干擾方面看,民間非法電臺以及其他類似的信號干擾也是GSM-R系統(tǒng)性能提升的工作重點。此外,對于目前的GSM-R系統(tǒng)而言,通常為了保證未來一段時間的發(fā)展,預(yù)留出無線列控CTCS-3功能的客運專線和高速鐵路線路GSM-R基站系統(tǒng),都采用了交叉冗余覆蓋方式進行鋪設(shè),即當其中一個基站發(fā)生故障時,可以確保其兩側(cè)基站能夠完成數(shù)據(jù)傳輸請求。但是目前有些線路,通過測試表明,其無線覆蓋余量過大,以至于已經(jīng)成為了一個新的網(wǎng)內(nèi)干擾源。

      參考文獻:

      [1]華為技術(shù)有限公司.GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化[M].北京:人民郵電出版社,2004.

      [2]李堅,劉志明,王仲貞等.GSM-R網(wǎng)絡(luò)切換掉話的分析與處理[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(自然版),2011,5.

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