GSM-R 多径干扰问题解决方案的探讨

2020-06-19贺曙强中国铁路上海局集团有限公司上海铁路轨道交通开发有限公司

上海铁道增刊 2020年1期

贺曙强中国铁路上海局集团有限公司上海铁路轨道交通开发有限公司

近年来上海局集团有限公司铁路发展迅猛，预计2020 年底，全局铁路营业里程达到1.3 万km，其中高铁营业里程达到5 300 km。我国高速铁路目前采用的是CTCS-3 列车控制系统，使用GSMR 网络来实现车地信息的双向传输。当车载ATP 与地面RBC 的无线通信出现中断，基于安全导向的机制，列车会降级到CTCS-2 列车控制模式下运行。因此，GSM-R 网络的通信质量对高铁稳定运行至关重要。

随着我局铁路的不断发展，铁路建设遇到山区、水域等地形也越来越多，GSM-R 网络的无线环境也越发复杂。为解决特殊地形的信号覆盖，在隧道、大桥等场景引入了直放站，直放站将无线信号延伸到了基站覆盖不到的弱场区，却也给GSM-R 网络通信质量带来了一定的影响，特别是在直放站与基站或直放站与直放站共同覆盖区域产生的多径干扰问题。现阶段，消除多径干扰已成为GSM-R 网络维护的主要工作之一。

1 多径干扰原理

多径传播是指同一基站的无线信号经过两个或多个不同径路到达接收机天线的现象。GSM-R 无线信号在铁路应用中通常存在空间、光纤和同轴电缆（包括馈线和漏缆）3 种传输方式，对应每比特周期（TA）的传输距离分别为0.55 km、0.367 km 和0.484 km，各径路无线信号经过不同的传输介质组合，到达接收机天线所需的时间也不同，因此造成多径时延扩展。

GSM 均衡器最多能处理15 us 左右的多径时延（约对应4TA），即最大传播时延和最小传播时延的差值不能超过4bit。当时延多径差值超过15 us，同时多径间电平载干比小于12 dB 时（经验值C3 线路要求>18 db），便会产生多径干扰，具体表现为通话质量恶化，甚至出现掉话，造成C3 超时或降级。

2 多径干扰的解决思路

根据多径干扰产生的条件，相对应的解决思路如下：调整时延差、调整载干比以及调整切换位置，避开多径干扰区域。

调整时延差往往需要改变网络结构，应从设计阶段避免多径干扰的产生，同时部分多径干扰具有一定的偶然性，需要长时间积累样本后才能发现问题，通常都在运营阶段才能提出改变网络结构的解决方案，实施难度较大。

载干比调整则是提升或降低其中一路信号的电平强度，拉大信号强度差值。具体手段如下：

（1）调整基站或直放站天线安装参数；

（2）调整基站或直放站功率，在基站或直放站侧增加衰减器；

（3）关闭冗余直放站；

（4）调整切换位置。

针对部分干扰源不明，或者定位困难的隧道群多直放站区段，还可以通过调整切换位置，避开多径干扰区域。

本文通过2 个案例分别介绍2 种场景下多径干扰的问题分析及解决方案。

3 案例分析

3.1 基站与直放站间多径干扰处理

3.1.1 原因分析

某高铁有车次在HZNHCXLS-ZJ12至HZNHCXLS-ZJ11 区段出现降级。查看降级车次Abis 接口数据，降级问题发生时，MT 在 K220+500 附近由 HZNHCXLS-ZJ12 切换至 HZNHCXLS-ZJ11，切换后上行质差7 级并掉话，下行电平值及质量缺失，切换后的TA 值为8（图1）。

图1 降级列车Abis 口截图

查看正常车次Abis 接口数据，MT由 HZNHCXLS -ZJ12 切换至 HZNHCXLS-ZJ11 后的上下行电平和质量均良好，TA 值≤3。

对比降级车次和正常车次切换的TA 差值≥4，初步判断降级是由于多径干扰导致。

查看GSM-R 系统结构图，在降级区域能接收到HZNHCXLS-ZJ11 和HZNHCXLS-ZJ11/R1 直放站主信号，存在多径干扰的可能（图2）。

图2 HZNHCXLS-ZJ12 切换至HZNHCXLSZJ11 区段GSM-R 系统结构图

3.1.2 方案制定

对比Abis 口监测数据，出现降级的车次切换公里标在K220+500 附近，正常车次的切换公里标大部分在K220+000 附近。

查看总公司测试截图，借鉴HZNHCXLS-ZJ11/R1（K217+070）从信号电平曲线走势（浅蓝色线），可以推断主信号电平强度（从测试截图分析，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信号较从信号弱5 dB 左右）（图 3、图 4）。

图3 HZNHCXLS-ZJ12 切换至HZNHCXLSZJ11 区段总公司测试截图

图4 降级列车Abis 口截图2

当切换公里标K220+500 附近时，HZNHCXLS-ZJ11 基站信号强度在-60 dBm 左右，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信号强度在-75 dBm 左右，基站和直放站的电平差值在-15 dB 左右；若将切换位置调整至K219+500 附近，HZNHCXLSZJ11 基站信号强度已达到-47 dBm(最强显示-47 dBm，实际可能更高)，HZNHCXLS-ZJ11/R1 的主信号强度在-75 dBm 左右，此时基站和直放站的电平差值在-30 dB 左右。通过调整切换位置可将基站和直放站的信号电平差值大幅拉开，进而减弱多径干扰的影响。

3.1.3 处理结果

调整HZNHCXLS-ZJ12 至HZNHCXLS-ZJ11 的 PBGT 切换门限：70→73。调整后切换公里标在K219+200 附近，切换后的TA 值为1，上下行电平和质量均良好，后续该区段未再次出现C3 降级现象。

3.2 直放站与直放站间多径干扰处理

3.2.1 原因分析

某高铁有车次在JXB-SXB06 至SheXianBei 区段出现降级。查看降级车次Abis 接口数据，降级问题发生时，MT在K1285+900 附近由JXB-SXB06 切换至SheXianBei，切换后下行质差7 级并掉话，切换后的 TA 值为 14（图 5）。

查看正常车次Abis 接口信令数据，MT由JXB-SXB06 切换至SheXianBei 后的上下行电平和质量均良好，TA 值≤8。

对比降级车次和正常车次切换的TA差值≥4，初步判断降级是由于多径干扰导致。

该问题前期已通过断开直放站从信号光纤，定位为JXB-SXB06/R3 从信号与SheXianBei/R1 主信号间产生的多径干扰问题，并通过JXB-SXB06/R3 加5 dB 衰减器处理，处理后干扰问题有所缓解，但还是存在多径干扰问题。GSM-R系统结构图见图5。

图5 JXB-SXB06 切换至SheXianBei 区段GSM-R 系统结构图

3.2.2 方案制定

查看总公司测试截图，JXB-SXB06/R3（K1284+996）处从信号已经在-70dBm左右，并可以判断从该直放站发射的SheXianBei 的信号至 SheXianBei/R1 附近会更低，根据多径干扰发生的条件，判断本次问题非JXB-SXB06/R3 从信号导致。从现有数据分析无法判断多径来源，若再次通过逐一关闭直放站从信号进行定位并调整多径来源信号强度的优化方案，难以保证优化进度以及优化效果。因此本次调整采用调整切换位置避开多径干扰区域（图6）。