提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力

1、提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力2015年度QC成果資料提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力小組名稱：中鐵三局電務(wù)公司通號(hào)一公司大同站車站改造工程QC小組 組 長(zhǎng)： 祝錫帥 發(fā) 表 人： 黨鑫宇 中鐵三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司前 言我國(guó)高速鐵路的發(fā)展，為人民群眾創(chuàng)造了美好生活的新時(shí)空，不僅為人們出行提供了極大便利，而且?guī)砹巳藗兩罘绞降母淖?，贏得了社會(huì)各界的贊譽(yù)。我國(guó)鐵路系統(tǒng)瞄準(zhǔn)世界鐵路先進(jìn)水平，運(yùn)用后發(fā)優(yōu)勢(shì)，博采眾家之長(zhǎng)，用短短幾年時(shí)間，推動(dòng)我國(guó)高速鐵路技術(shù)走在世界最前列?，F(xiàn)在我國(guó)已成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)

2、家，引領(lǐng)著世界高鐵發(fā)展的新潮流。伴隨著高鐵時(shí)代的來臨，社會(huì)的快節(jié)奏發(fā)展，列車對(duì)以后GSM-R系統(tǒng)的傳輸效率要求越來越高、越來越大；因此，提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力也將成為我們施工工作中的重中之重。一、小組概況小組名稱中鐵三局電務(wù)公司通號(hào)一公司大同站車站改造工程QC小組課題名稱提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力課題類型創(chuàng)新型組長(zhǎng)祝錫帥課題起止時(shí)間2015年3 月至 2015年8月注冊(cè)日期2015年3月12 日小組成員8人注冊(cè)編號(hào)活動(dòng)次數(shù)8次接受TQC教育情況48小時(shí)序號(hào)姓名性別年齡文化程度組內(nèi)職務(wù)1祝錫帥男42中專組長(zhǎng)2宋志強(qiáng)男36大專副組長(zhǎng)3嚴(yán)浩男36本科組員4黨鑫

3、宇男23本科組員5李嘉鑫男22本科組員6楊旭文男23本科組員7張健男24本科組員8夏超男21本科組員二、選擇課題三、現(xiàn)狀調(diào)查GSM-R的中文全稱為鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它基于GSM系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，針對(duì)鐵路列車調(diào)度、列車控制、高速行駛等特點(diǎn)，將鐵路移動(dòng)通信所具有的特色（群呼、組呼、優(yōu)先級(jí)別、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等功能）加進(jìn)去，構(gòu)成專門為鐵路運(yùn)輸服務(wù)的專業(yè)無線數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著我國(guó)鐵路信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，鐵路數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)量的多樣化及高速率，使GSM-R系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)有著廣闊的發(fā)展空間。2000年底鐵道部經(jīng)過幾年的論證、研究，決定借鑒歐洲先進(jìn)國(guó)家鐵路通信在GSM-R系統(tǒng)上的成功經(jīng)驗(yàn)，選擇GSM-R作為我國(guó)新一代鐵

4、路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，支持我國(guó)鐵路跨越式的發(fā)展。圖1 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4、 設(shè)定目標(biāo)及可行性論證l）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋提高通話質(zhì)量 我國(guó)幅員遼闊鐵路沿線的地形十分復(fù)雜有山川、河流、大中小城市等，面對(duì)如此復(fù)雜的地形基站必須要進(jìn)行合理的分布以滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋蓋的要求，否則沿線的通話質(zhì)量就難以保證。 (2)合理規(guī)劃頻率減少干擾現(xiàn)象 GSM-R網(wǎng)絡(luò)的干擾現(xiàn)象以同頻干擾和鄰頻干擾為主，其中鄰頻干擾分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)外干擾，系統(tǒng)外干擾主要是GSM網(wǎng)絡(luò)信號(hào)所產(chǎn)生的干擾。不管是同頻干擾還是鄰頻干擾都主要是由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃不合理所致，因此必須結(jié)合實(shí)際合理規(guī)劃頻率來減少干擾 (3)優(yōu)化切換策略和基站配置

5、參數(shù)，減少切換失敗現(xiàn)象 據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)40%以上的掉話是由于切換失敗造成的，可見優(yōu)化切換是提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)健一環(huán)切換失敗主要是切換策略和與切換相關(guān)的一些墓站參數(shù)（如：切換門限,切換容限等）不合理造成的,因此必須優(yōu)化切換策略和基站的一些配置參數(shù)。 5、 原因分析對(duì)于目前的通信設(shè)備而言，從硬件角度通常已經(jīng)能眵達(dá)到相對(duì)較高的可靠性，因此更多的干擾來源于軟件層面。通?？梢詫SM-R系統(tǒng)的干擾劃分為兩個(gè)方面，即來源于GSM-R系統(tǒng)內(nèi)部的干擾和來源于其外部的干擾。對(duì)于GSM-R系統(tǒng)內(nèi)部干擾而言，通常見到的干擾主要包括同頻干擾、鄰頻干擾以及互調(diào)干擾三種。所謂同頻干擾，只是在同一范圍內(nèi)，使用相同頻率進(jìn)

6、行復(fù)用工作而產(chǎn)生的干擾影響。對(duì)于GSM-R系統(tǒng)的鐵路應(yīng)用環(huán)境而言，此種干擾相對(duì)較為常見，因?yàn)殡m然在相鄰小區(qū)內(nèi)不會(huì)使用同樣的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是對(duì)于蜿蜓的鐵路干線而言，沿鐵路劃分小區(qū)的方式常常會(huì)造成非相鄰小區(qū)在地理 位置上呈現(xiàn)出相鄰特征，從而造成同頻干擾問題的發(fā)生。鄰頻干擾則是指不同頻道之間的干擾，由于常見于相鄰的頻道之間，因此稱為鄰頻干擾，主要產(chǎn)生原因是由于GSM-R系統(tǒng)所占頻率范圍相對(duì)較窄，為滿足數(shù)據(jù)傳輸需求而采取了強(qiáng)大的復(fù)用技術(shù)，而在復(fù)用過程中，導(dǎo)致不同頻帶之間間隙過小，或者數(shù)據(jù)保護(hù)不利等因素出現(xiàn)。而互調(diào)干擾，則是產(chǎn)生于同一個(gè)信號(hào)接收端，同時(shí)接收到多個(gè)不同頻率信號(hào)，而導(dǎo)致多個(gè)信號(hào)疊加而形

7、成的干擾。 此外，在 GSM-R系統(tǒng)外部也存在若干干擾因素。首要的就是公用數(shù)據(jù)網(wǎng)對(duì)于 GSM-R 系統(tǒng)的干擾，主要存在有兩個(gè)方面，其一是中國(guó)聯(lián)通的C D M A 系統(tǒng)對(duì)于GSM-R 系統(tǒng)的干擾。由于C D M A 系統(tǒng)的下行頻段870-885M H z與 GSM-R系統(tǒng)的上行頻段885 -889MHz 十分接近，因此很容易造成干擾。另一方面，中國(guó)移動(dòng)使用的GSM 系統(tǒng)，與 GSM-R 系統(tǒng)會(huì)共用一個(gè)頻段，因此這兩個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生類似于系統(tǒng)內(nèi)部干擾的現(xiàn)象。6、 確定要因序號(hào)末端因素要因確認(rèn)確認(rèn)方法結(jié)論1鐵路沿線環(huán)境復(fù)雜我國(guó)幅員遼闊鐵路沿線的地形十分復(fù)雜有山川、河流、大中小城市等。調(diào)查分析要因2G

8、SM-R網(wǎng)絡(luò)頻率GSM-R網(wǎng)絡(luò)使用上行890-915MHz，下行使用930-934MHz頻段，而CDMA網(wǎng)絡(luò)使用頻段為上行825MHz-840MHz,下行870MHz-885MHz調(diào)查分析要因3列車速度我國(guó)列車車速：特快列車時(shí)速145KM/H；直達(dá)列車時(shí)速160KM/H ；動(dòng)車組時(shí)速200-250-350KM/H不等。調(diào)查分析非要因5設(shè)備特性有偏差設(shè)備在工廠生產(chǎn)過程中，工藝允許有范圍內(nèi)的偏差，有出廠合格證。不影響特性?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證非要因7、 制定對(duì)策在無線網(wǎng)絡(luò)中，無線覆蓋情況是決定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量的基礎(chǔ)。GSM-R網(wǎng)絡(luò)對(duì)基站覆蓋電平的要求是在95%的時(shí)間和位置概率下覆蓋電平大于-92dBm。

9、一般情況下，滿足該指標(biāo)要求是容易實(shí)現(xiàn)的。但是由于現(xiàn)場(chǎng)的地形以及部分基站的選址受制于現(xiàn)場(chǎng)客觀環(huán)境的限制，其間距不夠均勻，導(dǎo)致部分基站的覆蓋不理想，個(gè)別基站的覆蓋過遠(yuǎn)或過 近。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，可以通過對(duì)天線俯仰角的調(diào)整，控制基站的覆蓋范圍。以武廣客運(yùn)專線為例，在武廣線上采用的基站天線為17dBi雙極化天線，水平波瓣寬度為 65°，垂直波瓣為9。3°。由于天線的主要輻射方向?yàn)槠渲靼攴较蜃笥遥诎牍β式欠秶畠?nèi)，因此，其所覆蓋的范圍是主要的優(yōu)化目標(biāo)。下表所示為在天線掛高一定的情況下，半功率角與軌面相交的點(diǎn)和基站間的相對(duì)距離。由此可見，下傾角為 0°或 2°時(shí)，

10、整個(gè)半功率 角輻射出的能量并不能完全投射向軌面，部分能量 向天空（水平面以上方向）輻射，不僅對(duì)基站輸出 能量造成了浪費(fèi)，且容易導(dǎo)致遠(yuǎn)處的覆蓋較強(qiáng)而形 成越區(qū)覆蓋；當(dāng)下傾角設(shè)置為 6°或 8°時(shí)，半功率 角輻射出的全部能量投射向軌面，且能量主要集中 于 160 1 273 m 的范圍內(nèi)（6°下傾角）或 134 513 m 的范圍內(nèi)（8°下傾角）。隨著天線傾角從 0° 到 8°的變化，遠(yuǎn)處的信號(hào)電平隨之下降，可以利用 這種變化控制基站遠(yuǎn)處覆蓋，減少越區(qū)覆蓋的出現(xiàn)。8、 對(duì)策實(shí)施這里選取某地區(qū)南部地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，這里是重要的交通樞紐也是

11、眾多鐵路的交通交匯點(diǎn)，考慮實(shí)際的地理位置的原因，有約20公里的平行區(qū)域在兩條鐵路中，其中四公里為直線距離，考慮到相隔較近的2條鐵路路線，另外，加上頻率資源的相關(guān)限制，頻率分配給該區(qū)域的基站就存在一定的困難。在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的專網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試中，由于過近的兩條線的影響，就出現(xiàn)了相應(yīng)的GSM-R系統(tǒng)內(nèi)部的同頻、鄰頻干擾現(xiàn)象，再加上相應(yīng)的頻率資源限制、平行區(qū)域過長(zhǎng)等影響，這種相互間的同頻、鄰頻干擾現(xiàn)象還是比較明顯。經(jīng)過測(cè)試其中A線在B線的干擾頻點(diǎn)強(qiáng)度最大約為-60dBm左右，同樣，B線在A線也存在-60dBm的干擾，同頻、鄰頻干擾存在。通過一定的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過相關(guān)的頻譜圖和手機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)，外網(wǎng)并未在A線的

12、K5+300附近發(fā)現(xiàn)，C線GZB-GZN17基站覆蓋的信號(hào)則在測(cè)試點(diǎn)附近檢測(cè)到，存在于其他站點(diǎn)頻點(diǎn)相同的情況強(qiáng)度基本相同，BSIC為6。4。服務(wù)小區(qū)BCCH為1008在鎖定之后，利用OT890測(cè)試手機(jī)，通過鐵路西側(cè)的使用C小區(qū)信道，鐵路東側(cè)的使用D小區(qū)信道，不恰當(dāng)?shù)念l率規(guī)劃存在，導(dǎo)致基站存在同頻干擾。所以需要調(diào)整此線路基站的載頻，以便消除兩線之間的同頻干擾。為了消除此基站的同頻干擾，GSM-R網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合調(diào)試工作在專聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間進(jìn)行，同頻干擾能通過必要的RF優(yōu)化及頻率優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)，使得鄰頻干擾減弱，使得各線GSM-R網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)提高，達(dá)到優(yōu)化鐵路線路的目的。另外前期的分析結(jié)果上，干擾帶比例是這次網(wǎng)

13、絡(luò)優(yōu)化評(píng)估指標(biāo)的主要方面。小區(qū)頻點(diǎn)的調(diào)整方案主要可以從下表中得出：對(duì)于優(yōu)化前后RF覆蓋及質(zhì)量，可以發(fā)現(xiàn)，由于能夠起到削弱了鄰頻干擾且消除了同頻干擾，優(yōu)化后RF Quality2和C/I12的比例則是有所提高。9、 效果檢查 分析相關(guān)的干擾帶比例的變化，對(duì)比兩天線路的優(yōu)化前后，可以發(fā)現(xiàn)，干擾帶4/5(接收電平-87dBm）的比例能夠明顯下降，通過頻率優(yōu)化和RF優(yōu)化，經(jīng)過路測(cè)及系統(tǒng)側(cè)性能測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)A線路具有平穩(wěn)的性能，無明顯波動(dòng)。這里存在RX Quality2和C/I12的比例上升，對(duì)于A、B線路的干擾帶4/5的比例則會(huì)下降，干擾帶水平降低，鄰頻干擾得以消除，通話質(zhì)量得以改善，使得此樞紐的頻率同頻干擾問題消除了。10、 鞏固措施及標(biāo)準(zhǔn)化 1、通過開展QC活動(dòng)，使大部分技術(shù)員掌握了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)的方法，提升了新入職技術(shù)人員的專業(yè)水平，對(duì)各種數(shù)據(jù)的分析也是