高速铁路GSM-R网络直放站覆盖区段网络优化

丁 珣

(中国铁建电气化局集团有限公司， 北京 100043)

高速铁路GSM-R网络直放站覆盖区段网络优化

丁 珣

(中国铁建电气化局集团有限公司， 北京 100043)

高速铁路GSM-R网络调试时，光纤直放站覆盖区段往往是网络优化过程中的难点部分，给GSM-R系统的顺利开通带来不利影响。文章结合已开通线路网络优化过程中出现的问题进行研究，以GSM-R单网交织覆盖模式为例，分析了直放站在不同弱场区段的直放站加漏缆、直放站加天线、直放站带漏缆加天线三种应用模式,研究出影响直放站覆盖质量的因素主要为直放站设备性能、施工工艺、参数设置(包括基站参数设置和直放站参数设置)以及同频干扰等，同时分析了这些因素的影响表现，并给出了对应的优化方案，以准确迅速地解决网络优化过程中的问题，保证整个网络服务质量。

高速铁路； GSM-R； 直放站； 网络优化

1 引言

我国高速铁路建设正在逐渐往西南方向拓展，这些地区以山区地形居多，形成的GSM-R网络弱场区多且复杂，作为弱场覆盖的主要解决方案，模拟光纤直放站(本文简称直放站)在工程中大量应用，同时也是工程调试阶段中的重难点部分。根据以往工程经验，在频率规划合理，宏基站本身的稳定性较好，外界电磁环境良好的前提下，实际当中出现问题较多的地段多为直放站区段，成为影响全线覆盖质量的重要影响因素，因此有必要对这些区段的网络优化工作进行重点分析。

2 直放站在不同弱场区段的应用

在目前工程中，主要采用的GSM-R覆盖方式有单网覆盖和单网交织覆盖两种，单网交织覆盖模式中的问题基本可以涵盖单网覆盖模式下的问题，因此本文以单网交织覆盖模式作为分析基础。

GSM-R光纤直放站由近端机、光纤、远端机等组成，近端机和远端机主要包括射频单元、光单元和控制单元等，具有中继传输功能，中继传输基站射频信号，延伸通信覆盖区域。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机，光远端机进行光电转换后将信号放大发射，覆盖目标区域。直放站主要在3种不同场景分别有不同的覆盖方式，如图1所示。

图1 直放站在不同弱场区段的应用

2.1 隧道内的弱场区段

如图1中实线标注出的区域为隧道内，主要采用直放站加漏缆的方式覆盖。远端机处的连接如图2所示。

图2 直放站加漏缆覆盖连接方式

2.2 纯空间区段

如图1中虚线标注出的纯空间区段，采用直放站加天线的方式覆盖。远端机处的连接如图3所示。

图3 直放站加天线覆盖连接方式

2.3 隧道群空间区间

如图1中点线标注出的隧道与隧道之间的区段，采用直放站带漏缆加天线的方式覆盖。远端机处的连接如图4所示。

图4 直放站带漏缆加天线覆盖连接方式

3 直放站覆盖质量影响因素、影响体现及优化方法

工程中遇到的影响直放站覆盖质量的因素主要分为以下几类，下面重点进行分析。

3.1 设备性能

直放站本身性能主要指设备本身各种模块(功率放大模块、光模块、电源模块等)的稳定性、工作机制和上行底噪处理能力等。虽然实际应用中都要求各关键模块采用1+1热备，在当前工作模块故障的前提下备用模块启用，但是若模块频繁出问题，最终将有可能因为缺少有用模块而导致整个直放站宕站，如图5所示。目前，各设备厂家对上行底噪的处理均能达到标准要求。

图5 直放站宕站前后覆盖对比

针对该因素，主要的优化思路为：在设备招标阶段严格审核相应技术指标和配置，做好设备进场检验和仓储，为调试阶段准备足够的备品备件等。

3.2 施工工艺

作为影响直放站覆盖质量的重要因素之一，施工工艺往往被网络优化人员忽视，造成分析误区。由于该因素造成的影响有很多表现方式，常见的有以下几种：

如图6所示，远端机102、103无主信号(来源于LBX-HSB04，1002)，远端机104、105、106、107无从信号(来源于LBX-HSB04，1002)。

经现场检查发现为LBX-HSB04近端机的信号输入线断了，重新换线后，所有信号恢复正常，如图7所示。

图6 直放站线缆问题体现举例

图7 故障解决后正常覆盖

如图8所示，远端机80覆盖往上行方向覆盖陡降。

经现场排查检查发现为远端机跳线与漏缆接头松动，重新紧固接头后，远端机80覆盖恢复正常，如图9所示。

图10和图11为远端机105直放站设备掉电和恢复后的覆盖曲线。

图8 远端机80上行方向覆盖陡降

图9 远端机80覆盖恢复正常

图10 远端机105掉电

图11 远端机105供电正常

针对问题表现，现场往往主要依靠经验通过排除法来解决，主要的优化思路是：

(1)严格按图施工，尤其是耦合器、电桥、功分器等与天线、漏缆、设备射频口之间的连接，需要相应设备厂家督导到位。

(2)天线的安装方向(水平角、俯仰角)、安装方式应符合设计要求，安装后应牢固可靠；天线馈电点应朝下，护套顶端应与支架主杆顶部齐平或略高出；跳线与天线接头处应制作滴水弯并进行防水密封处理。漏缆的安装位置、夹具的固定、弯曲半径、保护应符合设计要求。漏缆的接续应牢固可靠，接头外部应按照规范要求进行防护。整个天馈系统施工完成后，应进行驻波测试。

(3)基站与近端机之间、近端机与远端机之间的光纤连接应正确，并有相应标识。

(4)设备供电和传输通道稳定。这项虽不严格属于施工工艺范畴，但是在工程实施中往往由网优方协调相应方面来满足。

3.3 参数设置

影响直放站区段的参数不仅包括直放站设备本身的参数设置，还与基站的参数设置息息相关。由于参数设置的便利性，网络优化过程中通常希望优先通过参数优化来解决问题。

3.3.1 基站参数设置

通过调整切换参数如HOM，TINHBAKHO等使切换位置更加合理，防止乒乓切换，更改频点用以消除网内干扰，以满足CSD传输干扰测试的指标要求，最终达到验收标准。主要的参数包括以下几个：

(1)功率预算切换门限HOM

是用来调整切换位置的最重要参数，同时对于CSD传输干扰相关指标的影响很大：利用该指标可以将切换位置尽量避开电磁环境较差区域，从而使传输干扰时间控制在标准要求范围内；也可以利用该指标调节小区之间的切换位置，控制每个小区的占用时间在20 s以上，从而使传输无差错时间指标达标。

(2)功率递减值PWRRED

此参数定义了TRX 进行功率递减的步长值，通过此值的调整，可以以适当的功率值来覆盖期望得到的小区半径大小，此值对于直接调节小区覆盖范围大小起相当重的作用。

(3)功率余量切换平均窗口的尺寸HOAVPWRB

此参数定义了功率余量切换的平均窗口尺寸(SACCH 周期)，用于平均邻小区downlink 接收电平、服务小区的 downlink 接收电平加功率控制纠正因子 。此平均在进行功率余量评估时完成。实际当中主要是结合HOM参数来调整切换位置，来达到优化网络的目的。

(4)禁止回切计时器TINHBAKHO

其指定 BTS拒绝向源小区进行功率余量切换的时间周期。对于较易产生乒乓切换的小区交界处，可以通过TINHBAKHO设置来抑制反复的乒乓切换。

(5)下行链路inter-cell 质量切换门限HOLTHQUDL

此值决定了小区Downlink 方向由于信号服务质量原因而产生intercell handover 的门限值，当服务小区的下行接收质量低于此参数定义的值时，网络将启动相应的切换算法以保证MS 的通话质量。

3.3.2 直放站参数设置

直放站设备涉及到的参数很多，主要有：工作频率范围、最大输出功率、最大增益、增益调整范围、增益调节步进、带内波动、互调衰减、杂散发射、带外增益特性、输入、输出电压驻波比、端口阻抗、噪声系数、传输时延等，在网络优化中涉及到最多的为上下行增益，主要解决以下两大类问题：

(1)信号强度调节

主要包括主从信号下行电平调整，主从信号电平差调整(为了避免由于主从信号相差太小而导致乒乓切换，并且保证在单点故障时直放站单路信号仍然能符合覆盖指标要求，建议主从相差为6 dB左右)，上下行链路不平衡调整等。合理的直放站覆盖曲线如图12所示。

(2)上行干扰抑制

由于直放站本身的接收能力以及设备底噪的影响，在测试中发生某些区段的直放站上行质量较差，这时可通过降低直放站上行增益来改善。图13和图14为某直放站覆盖区域的测量报告对比，所做调整为将直放站上行增益降低3 dB，从图14可以看出该处上行质量由原来的4级变为0级，得到了明显改善。

图12 合理的直放站主从信号强度

图13 优化前的直放站上行质量

图14 优化后的直放站上行质量

另外，上行干扰除了通过现场路测来判断，也可以通过基站OMC-R的上行干扰带统计来辅助分析，在网管上统计全线各个基站在一段时间内(如1周)的上行干扰带，一般两级及以下的干扰占绝大多数为正常，否则则可以初步判断该基站覆盖范围内有可能存在上行干扰，这种现象有可能是两个原因导致的：

一是，该区域存在外网干扰，由于联通GSM900的下行频段与GSM-R的上行频段较接近，此时可以在该基站附近实地查看是否存在联通发射天线，若存在，则可协调当地无线电管理委员会对相应天线进行加滤波器处理、降低发射功率，或调整天线俯仰角和方向角等；

二是，该基站所带直放站区域存在上行干扰，此时可以通过直放站OMC-T远程逐个锁闭该基站所带直放站，同时对应统计其上行干扰带，若在某个或几个直放站锁闭的情况下上行干扰带恢复正常，则可锁定该直放站区域存在上行干扰，在确定设备无故障后，可通过降低该直放站上行增益来改善，调整后同样也可以通过分析上行干扰带分布来判断是否有改善。

3.4 同频干扰

直放站扩大了覆盖范围，也增加了多径干扰，这种现象主要发生在隧道群区域两个隧道之间的空间部分，主要表现为：列车经过这些区域时，下行质量突然恶化，传输误码高，导致传输干扰时间大于标准值，或者传输无差错时间小于标准值，甚至导致CSD连接丢失，引起信号CTCS-3系统降级运行，给列车准点运行带来影响。

针对这类问题的主要优化思路为：首先通过现场模拟测试分析出干扰来源，然后结合地形、天线方向角和俯仰角、直放站设备本身参数，通过降低直放站下行增益，或者在不影响覆盖的前提下，下压干扰来源天线下倾角，甚至摘除相互干扰的某个站的空间天线[1]。

4 结论

作为弱场覆盖的主要解决方案，光纤直放站大量在工程中应用，主要的应用模式有直放站加漏缆、直放站加天线、直放站带漏缆加天线3种。影响直放站覆盖质量的因素，主要包括直放站设备性能、施工工艺、参数设置以及同频干扰等，针对这些因素引起的网络问题，均可采用文中给出的优化方法来解决。

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Network Optimization of GSM-R Network Repeater Coverage Section of High-speed Railway

DING Xun

(China Railway Electrification Engineering Bureau, Beijing 100043, China)

As the main solution to the weak field of GSM-R network, repeat stations are widely applied, meanwhile, problems frequently happen in the area that repeat station are used. In this paper, Combined with the experience of the High-Speed Railways have been opened, the application modes of repeater station on different weak field section of GSM-R intercross base station redundancy single-layer network are introduced, including repeat station with antenna, repeat station with leakage cable, repeat station with both antenna and leakage cable, also the factors that influence the QoS of repeat station area are summarized, including Equipment performance, construction process, parameter settings (base station parameter setting and repeater parameter setting) as well as the same frequency interference, and also the corresponding optimization methods are analyzed.

high-speed； GSM-R; repeater； optimization

2015-12-18

丁珣(1987-)，女，工程师。

1674—8247(2016)02—0029—07

U284.7

A