基于高性能射線追蹤技術(shù)的復(fù)雜交叉并線場景GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

孫魯泉，劉靜，張玉

GSM-R系統(tǒng)雖然已在鐵路應(yīng)用多年，但GSM-R網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維和優(yōu)化目前仍然面臨著巨大的壓力［1］。由于遮擋或反射等原因造成信號(hào)快速衰落，進(jìn)而引發(fā)信號(hào)覆蓋等問題，因此需對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。目前對(duì)GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、干擾問題的排查，主要是在發(fā)現(xiàn)接口檢測報(bào)告存在疑似干擾或發(fā)生無線通信超時(shí)事件后，再由工作人員前往現(xiàn)場，采用掃頻儀、場強(qiáng)儀等排查頻譜數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)是否存在干擾進(jìn)行分析、判斷和優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化專家根據(jù)頻譜數(shù)據(jù)和過往經(jīng)驗(yàn)做出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策和方案后，需要工作人員反復(fù)進(jìn)行人工調(diào)試和測量，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化周期，從明確網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需求、分析網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題、做出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化決策、實(shí)施網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案到驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果，需要耗費(fèi)大量的人力和物力。因此，研究面向GSM-R網(wǎng)絡(luò)的高精度優(yōu)化技術(shù)，具有迫切的需求，以及重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值［2］。

研究面向GSM-R網(wǎng)絡(luò)的高精度優(yōu)化技術(shù)需要充分考慮目標(biāo)優(yōu)化場景的無線信道特征［3］。高性能射線追蹤仿真技術(shù)可將抽象的電波傳播等效為直觀的射線，通過理論和計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)無線電磁波傳播效果的推演，對(duì)仿真場景的無線信道進(jìn)行精細(xì)建模［4］?；谏倭繉?shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行校正后，高性能射線追蹤模型具備對(duì)實(shí)際場景中無線信道的準(zhǔn)確建模能力，對(duì)無線信號(hào)在實(shí)際場景中的傳播特性進(jìn)行準(zhǔn)確表征，進(jìn)而為無線通信系統(tǒng)性能和覆蓋范圍的優(yōu)化提供有力支撐。

在GSM-R網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過程中，存在完全并線、三岔路口并線、十字路口并線、鐵路與編組站完全并線、鐵路與編組站相交并線等多種交叉并線場景［5］。由于線路地形復(fù)雜多樣，交叉并線區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)無法完全參考既有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn) ，且根據(jù)具體場景進(jìn)行分析的難度也非常大［6］，一直以來是GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的關(guān)鍵難點(diǎn)。

本文以西安北銀西高速、西寶高速、西成客專交叉并線區(qū)域內(nèi)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題為典型案例，研究高性能射線追蹤技術(shù)在復(fù)雜交叉并線場景中GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的應(yīng)用，通過充分仿真推演網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)行后的各方面性能表現(xiàn)，進(jìn)而復(fù)現(xiàn)GSM-R網(wǎng)絡(luò)問題、分析網(wǎng)絡(luò)問題出現(xiàn)的根本原因、提出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案、預(yù)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果，彌補(bǔ)基于反復(fù)人工調(diào)試與測量的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案效率低的短板，為高鐵交叉并線區(qū)域GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供參考和技術(shù)積累。

1 復(fù)雜交叉并線場景的GSM-R網(wǎng)絡(luò)問題分析

1.1 西安北交叉并線場景

基于充分的行業(yè)調(diào)研，以西安北銀西高鐵、西寶高鐵、西成客專3條鐵路線在西安北的交叉匯聚區(qū)段為研究場景，進(jìn)行復(fù)雜交叉并線場景的GSM-R網(wǎng)絡(luò)分析和優(yōu)化。2023年1～5月，上述區(qū)域內(nèi)的動(dòng)檢車檢測數(shù)據(jù)顯示，在該交叉并線區(qū)段內(nèi)發(fā)生多起無線信號(hào)小區(qū)切換異常問題，并引起列車通信質(zhì)差。以下重點(diǎn)對(duì)該復(fù)雜交叉并線場景下的GSM-R網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行分析。

西安北交叉并線場景線路及基站分布情況見圖1。

圖1 西安北交叉并線區(qū)域線路及基站分布

圖1中，基站的BCCH頻點(diǎn)編號(hào)見表1；紅色虛線方框所標(biāo)識(shí)的區(qū)域?yàn)殂y西高鐵、西寶高鐵、西成客專在西安北交叉并線區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)信號(hào)切換涉及3條鐵路線的樞紐基站XAB_XYX01（XAB_SHYXLS01）、銀西高鐵沿線基站ShiHeYangXLS和西寶高鐵沿線基站XAB_XYX02。XAB_XYX01位于銀西高鐵、西寶高鐵、西成客專3條鐵路線交匯區(qū)域，為樞紐基站，即3條鐵路線的無線信號(hào)在線路交匯區(qū)域附近均會(huì)接入XAB_XYX01。ShiHeYangXLS與西寶高鐵的地理位置較近，該基站會(huì)對(duì)西寶高鐵的信號(hào)切換產(chǎn)生干擾。XAB_XYX02與銀西高鐵線路和西成客專線路距離較近，該基站會(huì)對(duì)銀西高鐵信號(hào)和西成客專信號(hào)在臨近線路交匯區(qū)域的信號(hào)切換產(chǎn)生干擾。

表1 西安北交叉場景中基站的頻點(diǎn)編號(hào)

因此，在西安北交叉并線區(qū)域的GSM-R網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注銀西高鐵沿線基站Shi-HeYangXLS在西寶高鐵的信號(hào)覆蓋，以及西寶高鐵沿線基站XAB_XYX02在銀西高鐵、西成客專的信號(hào)覆蓋范圍和質(zhì)量。以下將詳細(xì)對(duì)銀西高鐵、西寶高鐵、西成客專線路及沿線基站進(jìn)行介紹，并基于2023年1～5月動(dòng)檢車異常數(shù)據(jù)對(duì)3條線路的GSM-R網(wǎng)絡(luò)問題分別進(jìn)行分析。

1.2 銀西高鐵網(wǎng)絡(luò)

銀西高鐵線路及其沿線基站詳細(xì)分布情況如圖1所示，列車向東行駛至與西寶高鐵、西成客專交匯區(qū)域?yàn)樯闲行旭偡较颍粗畡t為下行方向。在銀西高鐵現(xiàn)有GSM-R通信系統(tǒng)中，上行方向列車信號(hào)設(shè)計(jì)切換順序?yàn)椋篠HYXLS_XYB02—SHYXLS_XYB01—ShiHeYangXLS—XAB_XYX01，下行方向列車切換順序與上行相反。

2023年2～4月，動(dòng)檢車沿銀西高鐵上行方向行駛，發(fā)生了多起信號(hào)實(shí)際切換順序與設(shè)計(jì)切換順序不符的異常切換問題，異常檢測場強(qiáng)見圖2。圖2中，橫軸為高鐵線路的公里標(biāo)，縱軸為動(dòng)檢車接收電平，紅色曲線為動(dòng)檢車通信服務(wù)小區(qū)電平。

圖2 銀西高鐵上行信號(hào)切換異常檢測場強(qiáng)

由圖2可知，在XAB_XYX01的覆蓋范圍內(nèi)，其接收電平短暫低于XAB_XYX02，信號(hào)切換至XAB_XYX02基站。在無線通信系統(tǒng)的切換保護(hù)時(shí)間結(jié)束后，由于乒乓切換保護(hù)時(shí)間的限制，信號(hào)無法回切至電平最高的基站XAB_XYX01，信號(hào)切換至電平次最強(qiáng)的基站SHYXLS_XYB01。

綜上，西寶高鐵沿線基站XAB_XYX02對(duì)銀西高鐵的信號(hào)切換產(chǎn)生了干擾，導(dǎo)致銀西高鐵上行在XAB_XYX01覆蓋范圍內(nèi)信號(hào)切換關(guān)系混亂。

1.3 西寶高鐵網(wǎng)絡(luò)

西寶高鐵線路及其沿線基站分布情況如圖1所示，列車向東行駛至與銀西高鐵、西成客專交匯區(qū)域?yàn)樯闲蟹较?，反之則為下行方向。在西寶高鐵現(xiàn)有GSM-R通信系統(tǒng)中，上行方向列車信號(hào)設(shè)計(jì)切換順序?yàn)椋篨AB_XYX03—XAB_XYX02—XAB_XYX01，下行方向列車切換順序與上行相反。

2023年5月，動(dòng)檢車沿西寶高鐵上行方向行駛，發(fā)生了信號(hào)實(shí)際切換順序與設(shè)計(jì)切換順序不符的異常切換問題，異常檢測場強(qiáng)見圖3。

圖3 西寶高鐵上行動(dòng)檢車信號(hào)切換異常檢測場強(qiáng)

由圖3可知，在XAB_XYX02向XAB_XYX01切換的區(qū)間內(nèi)，銀西高鐵線路上ShiHeYangXLS的接收電平高于西寶線上的XAB_XYX02和XAB_XYX01。西寶高鐵的信號(hào)實(shí)際切換順序?yàn)椋篨AB_XYX02—ShiHeYangXLS—XAB_XYX01，且信號(hào)在切換至ShiHeYangXLS后列車通信質(zhì)量變差。

綜上，銀西高鐵沿線基站ShiHeYangXLS在西寶高鐵存在過覆蓋問題，導(dǎo)致西寶高鐵上行信號(hào)切換異常。

1.4 西成客專網(wǎng)絡(luò)

西成客專線路及其沿線基站分布情況如圖1所示，列車向東行駛至與銀西高鐵、西寶客專交匯區(qū)域?yàn)樯闲行旭偡较?，反之則為下行方向。在西成高鐵現(xiàn)有GSM-R通信系統(tǒng)中，上行方向列車信號(hào)設(shè)計(jì)切換順序?yàn)椋篨AB_XAX02—XAB_XYX02—XAB_XYX01，下行方向列車切換順序與上行相反。

2023年2月，動(dòng)檢車沿西成客專下行方向行駛，發(fā)生了信號(hào)切換滯后導(dǎo)致通話質(zhì)量變差的問題，異常檢測場強(qiáng)見圖4。

由圖4可知，在XAB_XYX01向XAB_XYX02切換的區(qū)間內(nèi)，XAB_XYX01和XAB_XYX02接收電平相對(duì)接近，信號(hào)切換沒有成功。當(dāng)信號(hào)成功從XAB_XYX01切換至XAB_XYX02時(shí)，動(dòng)檢車已經(jīng)離開XAB_XYX02的覆蓋區(qū)域，到達(dá)了XAB_XAX02的覆蓋范圍內(nèi)。由于在列車的切換保護(hù)時(shí)間限制內(nèi)，信號(hào)無法立即切換至XAB_XAX02，列車通信的服務(wù)小區(qū)為XAB_XYX02，而XAB_XYX02接收電平不斷降低，導(dǎo)致通話質(zhì)量變差并最終掉話。

綜上，西寶高鐵沿線基站XAB_XYX02與樞紐基站XAB_XYX01在西成客專信號(hào)之間的相對(duì)關(guān)系引起了信號(hào)切換滯后，進(jìn)而導(dǎo)致西成客專通話質(zhì)量變差。

1.5 西安北交叉并線無線覆蓋問題小結(jié)

西安北交叉并線區(qū)域內(nèi)，銀西高鐵上行、西寶高鐵上行、西成客專下行均發(fā)生信號(hào)切換異常問題，且動(dòng)檢車異常檢測數(shù)據(jù)反映的信號(hào)切換異常的原因是銀西高鐵沿線ShiHeYangXLS和西寶高鐵沿線XAB_XYX02的信號(hào)覆蓋欠合理所致，具體表現(xiàn)為：銀西高鐵信號(hào)在交叉并線區(qū)域切換至西寶高鐵沿線XAB_XYX02后信號(hào)切換關(guān)系混亂；西寶高鐵信號(hào)誤切換至銀西高鐵沿線ShiHeYangXLS；西成客專從XAB_XYX01至XAB_XYX02的信號(hào)切換滯后。西安北交叉并線區(qū)域的信號(hào)切換異常問題實(shí)際為基站覆蓋問題，因此需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的無線信道建模，復(fù)現(xiàn)上述基站覆蓋問題，尋找優(yōu)化方案。

2 基于射線追蹤技術(shù)的交叉并線問題復(fù)現(xiàn)與優(yōu)化

2.1 高性能射線追蹤技術(shù)

首先使用GIS電子地圖構(gòu)建西安北交叉并線區(qū)域的地形、地物、建筑；然后使用Sketchup進(jìn)行建模，構(gòu)建場景中特有的高架橋結(jié)構(gòu)［7］。

高性能射線追蹤仿真模型將抽象的電波傳播等效為直觀的射線，構(gòu)建西安北交叉并線場景中的電磁信號(hào)傳播環(huán)境，推演出發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的無線信號(hào)傳播路徑，對(duì)無線信道進(jìn)行建模［8］。建模時(shí)需要以一定測量數(shù)據(jù)為參考，通過對(duì)三維場景模型的幾何參數(shù)、材料電磁參數(shù)，以及傳播機(jī)理模型的特征參數(shù)等多目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合校正，提升射線追蹤對(duì)仿真場景無線信道特征參數(shù)的估計(jì)精度，以及射線追蹤技術(shù)的泛化能力，為基于高性能射線追蹤的GSM-R網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提供前提條件［9］。在福銀高速和西安繞城高速進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，獲取銀西線沿線基站ShiHeYangXLS和西成客專沿線基站XAB_XAX02的信號(hào)接收功率。之后根據(jù)西安繞城高速與西成客專線路地理位置接近區(qū)域的測量數(shù)據(jù)對(duì)射線追蹤模型進(jìn)行校正。

通過射線追蹤校正技術(shù)調(diào)整射線追蹤仿真?zhèn)鞑C(jī)理參數(shù)，確定在西安北交叉并線場景中傳播模型為：直射、透射、繞射、一階反射、一階散射。在此基礎(chǔ)上，通過西安繞城高速和福銀高速測量數(shù)據(jù)對(duì)該場景中的材料電磁參數(shù)進(jìn)行校正，校正后參數(shù)見表2。

表2 射線追蹤校正后西安北交叉并線場景材料電磁參數(shù)

以校正后的材料電磁參數(shù)為仿真輸入，在使用材料電磁參數(shù)校正相同的傳播模型的條件下，進(jìn)行射線追蹤仿真，仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果見圖5。

圖5 射線仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比

由圖5（a）可見，銀西高鐵線的仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)誤差均值為-0.67 dB，均方根誤差為7.81 dB；由圖5（b）可見，西成客專線仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)誤差均值為2.82 dB，均方根誤差為6.22 dB。銀西高鐵線和西成客專線仿真結(jié)果滿足與測量數(shù)據(jù)間誤差均值小于3 dB、均方根誤差小于8 dB的精度要求，表2中的材料電磁參數(shù)能夠用于復(fù)現(xiàn)西安北交叉并線區(qū)域的信號(hào)覆蓋情況。

2.2 基于高性能射線追蹤的GSM-R網(wǎng)優(yōu)方案

基于高性能射線追蹤的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，以地圖、結(jié)構(gòu)模型、基站參數(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建GSM-R網(wǎng)絡(luò)所在實(shí)際物理空間的電磁環(huán)境［10-11］，通過校正后的高性能射線追蹤模型仿真完成無線信道的準(zhǔn)確建模，進(jìn)而計(jì)算覆蓋指標(biāo)，充分仿真推演網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)行后的各方面性能?；诟咝阅苌渚€追蹤技術(shù)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案見圖6，實(shí)施過程如下。

圖6 基于高性能射線追蹤技術(shù)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案

Step 1以地圖、結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的西安北交叉并線三維場景模型及基站參數(shù)信息為基礎(chǔ)，進(jìn)行高性能射線仿真，預(yù)測場景覆蓋指標(biāo)，復(fù)現(xiàn)西安北交叉并線區(qū)域內(nèi)的異常檢測場強(qiáng)。

Step 2根據(jù)可視化的高性能射線仿真結(jié)果，分析西安北交叉并線區(qū)域內(nèi)信號(hào)切換異常問題出現(xiàn)的根本原因。

Step 3根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整基站參數(shù)，重新進(jìn)行射線仿真，預(yù)測調(diào)整后場景中的信號(hào)覆蓋情況，提出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。

2.2.1 問題復(fù)現(xiàn)

基于校正后的高性能射線追蹤模型仿真完成無線信道的準(zhǔn)確建模，并對(duì)西安北交叉并線場景中，銀西高鐵線上行方向、西寶高鐵線上行方向、西成高鐵線下行方向出現(xiàn)切換異常的信號(hào)覆蓋情況進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，復(fù)現(xiàn)結(jié)果見圖7。

圖7 西安北交叉并線區(qū)段信號(hào)覆蓋情況復(fù)現(xiàn)結(jié)果

由圖7（a）可見，銀西高鐵上行方向，在XAB_XYX01覆蓋區(qū)域內(nèi)，XAB_XYX02的接收功率短暫高于XAB_XYX01，信號(hào)存在切換至XAB_XYX02的風(fēng)險(xiǎn)。若無線信號(hào)切換至XAB_XYX02，信號(hào)會(huì)在乒乓切換保護(hù)時(shí)間內(nèi)切換至接收功率次最強(qiáng)的SHYXLS_XYB01，在切換保護(hù)時(shí)間結(jié)束后切換回XAB_XYX01，信號(hào)切換關(guān)系混亂。圖8展示了銀西線上行的實(shí)際切換順序?yàn)镾hiHeYangXLS—XAB_XYX01—XAB_XYX02—SHYXLS_XYB01—XAB_XYX01，而非GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的通信服務(wù)小區(qū)一直為XAB_XYX01。

圖8 銀西高鐵上行方向信號(hào)異常切換順序

由圖7（b）可見，西寶高鐵上行方向，在信號(hào)從XAB_XYX02基站向XAB-XYX01基站切換的區(qū)間內(nèi)，XAB_XYX02、XAB_XYX01、Shi-HeYangXLS基站接收功率之間的相對(duì)關(guān)系與動(dòng)檢車測量結(jié)果一致，ShiHeYangXLS基站的接收電平高于西寶線上的XAB_XYX02、XAB_XYX01。圖9展示了西寶高鐵的信號(hào)實(shí)際切換順序?yàn)閄AB_XYX02—ShiHeYangXLS—XAB_XYX01，而非GSM-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的通信服務(wù)小區(qū)從XAB_XYX02切換至XAB_XYX01，且列車通信質(zhì)量在切換至ShiHeYangXLS變差。

圖9 西寶高鐵上行方向信號(hào)異常切換順序

由圖7（c）可見，西成客專下行方向，在信號(hào)從XAB_XYX01基站向XAB_XYX02基站切換的區(qū)間內(nèi)，XAB_XYX01、XAB_XYX02、XAB_XAX02接收功率之間的相對(duì)關(guān)系與動(dòng)檢車測量結(jié)果一致。圖10展示了西成客專下行方向的信號(hào)實(shí)際切換順序?yàn)閄AB_XYX01—XAB_XYX02—XAB_XAX02，與設(shè)計(jì)切換順序一致。由于在信號(hào)切換區(qū)域內(nèi)，XAB_XYX01、XAB_XYX02的接收功率相對(duì)接近，信號(hào)成功從XAB_XYX01切換至XAB_XYX02時(shí)，列車實(shí)際位置已經(jīng)離開了XAB_XYX02的覆蓋區(qū)域，到達(dá)了XAB_XAX02的覆蓋范圍內(nèi)，會(huì)引起切換之后導(dǎo)致的通信質(zhì)差。

圖10 西成?？拖滦蟹较蛐盘?hào)切換順序

綜上所述，西安北交叉并線區(qū)域的射線追蹤仿真得出的銀西高鐵、西寶高鐵、西成客專各基站間信號(hào)接收功率相對(duì)關(guān)系與動(dòng)檢車測量結(jié)果一致，銀西高鐵上行、西寶高鐵上行均存在信號(hào)切換異常問題，西成客專下行會(huì)發(fā)生信號(hào)切換滯后引起的通信質(zhì)差問題。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

西安北交叉并線區(qū)域內(nèi)，銀西高鐵上行和西成客專下行的信號(hào)切換異常問題主要原因是西寶高鐵沿線基站XAB_XYX02的覆蓋范圍過大，西寶高鐵的切換異常問題主要原因是銀西高鐵沿線基站ShiHeYangXLS覆蓋范圍過大。因此，可以通過降低XAB_XYX02和ShiHeYangXLS發(fā)射功率，縮小基站覆蓋范圍，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。優(yōu)化后，銀西高鐵、西寶高鐵的信號(hào)切換均會(huì)按照原本設(shè)計(jì)順序進(jìn)行切換。而由于西成客專XAB_XYX01的覆蓋區(qū)域包含了XAB_XYX02的覆蓋區(qū)域，且信號(hào)強(qiáng)度整體優(yōu)于XAB_XYX02，因此，降低XAB_XYX02功率將使信號(hào)不再切換至西寶高鐵的XAB_XYX02，西成客專原設(shè)計(jì)切換順序優(yōu)化為僅切換至沿線基站，不會(huì)引起其他覆蓋問題。

降低XAB_XYX02和ShiHeYangXLS發(fā)射功率，對(duì)西安北網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進(jìn)行調(diào)整后，西安北交叉并線區(qū)域的信號(hào)覆蓋預(yù)測結(jié)果見圖11。

圖11 優(yōu)化后西安北交叉并線區(qū)段信號(hào)覆蓋情況預(yù)測結(jié)果

由圖11（a）可見，銀西高鐵上行方向，在XAB_XYX01覆蓋區(qū)域內(nèi)，XAB_XYX02的接收功率降低，信號(hào)不會(huì)切換至XAB_XYX02；Shi-HeYangXLS直接切換至XAB_XYX01，該區(qū)段的信號(hào)切換不再經(jīng)由XAB_XYX02。至此銀西高鐵的信號(hào)切換順序混亂問題得以解決。

由圖11（b）可見，西寶高鐵上行方向，在XAB_XYX02和XAB_XYX01信號(hào)切換區(qū)域附近，ShiHeYangXLS的接收功率降低，西寶高鐵信號(hào)不會(huì)切換至銀西高鐵的ShiHeYangXLS。信號(hào)先后接入XAB_XYX02、XAB_XYX01，信號(hào)切換順序正常，且服務(wù)小區(qū)接收功率在-60 dB以上，西寶高鐵的信號(hào)覆蓋正常，過覆蓋導(dǎo)致的切換錯(cuò)誤問題得以解決。

由圖11（c）可見，西成客專下行方向，XAB_XYX02的接收功率降低，該區(qū)段的信號(hào)切換不再經(jīng)由XAB_XYX02，且在信號(hào)切換發(fā)生區(qū)域內(nèi)，服務(wù)小區(qū)不會(huì)發(fā)生信號(hào)質(zhì)差問題；列車信號(hào)會(huì)直接從XAB_XYX01切換至XAB_XAX02，切換滯后引起的信號(hào)質(zhì)差問題得以解決。

綜上，通過調(diào)整基站發(fā)射功率，銀西高鐵上行、西寶高鐵上行、西成客專下行的列車信號(hào)只切換至行駛線路的沿線基站，符合優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3 結(jié)論

1）本文分析了西安北銀西高鐵、西寶高鐵、西成客專交叉并線區(qū)域內(nèi)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的列車信號(hào)切換異常問題，并提出基于高性能射線追蹤的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。通過基于實(shí)測數(shù)據(jù)校正后的高性能射線追蹤模型，對(duì)西安北交叉并線區(qū)域內(nèi)的基站在銀西高鐵、西寶高鐵、西成客專的無線信號(hào)覆蓋情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果復(fù)現(xiàn)了銀西高鐵上行方向切換關(guān)系混亂問題、西寶高鐵上行方向過覆蓋導(dǎo)致的異常切換問題、西成客專下行信號(hào)切換滯后問題。基于準(zhǔn)確和可視化的覆蓋仿真結(jié)果，分析得出調(diào)整西寶高鐵XAB_XYX02基站和銀西高鐵ShiHeYangXLS基站發(fā)射功率的優(yōu)化方案，并對(duì)優(yōu)化后的信號(hào)覆蓋范圍進(jìn)行了預(yù)測。

2）基于射線追蹤的仿真預(yù)測結(jié)果表明，通過調(diào)整發(fā)射功率，縮小基站的覆蓋范圍，銀西高鐵、西寶高鐵、西成?？偷男盘?hào)將僅切換至沿線基站，西安北交叉并線區(qū)域的信號(hào)切換異常問題從根本上得以解決。本文提出的基于高性能射線追蹤的GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，彌補(bǔ)了基于反復(fù)人工調(diào)試與測量過程網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案效率低的短板，可為其他區(qū)域內(nèi)的交叉并線問題提供參考。