提高GSM-R網(wǎng)絡在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力

1、提高GSM-R網(wǎng)絡在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力2015年度QC成果資料提高GSM-R網(wǎng)絡在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力小組名稱：中鐵三局電務公司通號一公司大同站車站改造工程QC小組 組 長： 祝錫帥 發(fā) 表 人： 黨鑫宇 中鐵三局集團電務工程有限公司前 言我國高速鐵路的發(fā)展，為人民群眾創(chuàng)造了美好生活的新時空，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?，贏得了社會各界的贊譽。我國鐵路系統(tǒng)瞄準世界鐵路先進水平，運用后發(fā)優(yōu)勢，博采眾家之長，用短短幾年時間，推動我國高速鐵路技術走在世界最前列?，F(xiàn)在我國已成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術最全、集成能力最強、運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國

2、家，引領著世界高鐵發(fā)展的新潮流。伴隨著高鐵時代的來臨，社會的快節(jié)奏發(fā)展，列車對以后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公司通號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)絡在鐵路通信系統(tǒng)中抗干擾能力課題類型創(chuàng)新型組長祝錫帥課題起止時間2015年3 月至 2015年8月注冊日期2015年3月12 日小組成員8人注冊編號活動次數(shù)8次接受TQC教育情況48小時序號姓名性別年齡文化程度組內(nèi)職務1祝錫帥男42中專組長2宋志強男36大專副組長3嚴浩男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通信系統(tǒng)標準，它基于GSM系統(tǒng)技術平臺，針對鐵路列車調(diào)度、列車控制、高速行駛等特點，將鐵路移動通信所具有的特色（群呼、組呼、優(yōu)先級別、強插、強拆等功能）加進去，構(gòu)成專門為鐵路運輸服務的專業(yè)無線數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著我國鐵路信息化建設的不斷發(fā)展，鐵路數(shù)據(jù)信息業(yè)務量的多樣化及高速率，使GSM-R系統(tǒng)在國內(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，決定借鑒歐洲先進國家鐵路通信在GSM-R系統(tǒng)上的成功經(jīng)驗，選擇GSM-R作為我國新一代鐵

4、路專用移動通信系統(tǒng)，支持我國鐵路跨越式的發(fā)展。圖1 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4、 設定目標及可行性論證l）優(yōu)化網(wǎng)絡覆蓋提高通話質(zhì)量 我國幅員遼闊鐵路沿線的地形十分復雜有山川、河流、大中小城市等，面對如此復雜的地形基站必須要進行合理的分布以滿足網(wǎng)絡覆蓋蓋的要求，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)絡信號所產(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)絡的頻率規(guī)劃不合理所致，因此必須結(jié)合實際合理規(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)絡性能的關健一環(huán)切換失敗主要是切換策略和與切換相關的一些墓站參數(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、 原因分析對于目前的通信設備而言，從硬件角度通常已經(jīng)能眵達到相對較高的可靠性，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

6、行復用工作而產(chǎn)生的干擾影響。對于GSM-R系統(tǒng)的鐵路應用環(huán)境而言，此種干擾相對較為常見，因為雖然在相鄰小區(qū)內(nèi)不會使用同樣的頻率進行數(shù)據(jù)傳輸，但是對于蜿蜓的鐵路干線而言，沿鐵路劃分小區(qū)的方式常常會造成非相鄰小區(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)所占頻率范圍相對較窄，為滿足數(shù)據(jù)傳輸需求而采取了強大的復用技術，而在復用過程中，導致不同頻帶之間間隙過小，或者數(shù)據(jù)保護不利等因素出現(xiàn)。而互調(diào)干擾，則是產(chǎn)生于同一個信號接收端，同時接收到多個不同頻率信號，而導致多個信號疊加而形

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)對于 GSM-R 系統(tǒng)的干擾，主要存在有兩個方面，其一是中國聯(lián)通的C D M A 系統(tǒng)對于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，中國移動使用的GSM 系統(tǒng)，與 GSM-R 系統(tǒng)會共用一個頻段，因此這兩個通訊網(wǎng)絡會產(chǎn)生類似于系統(tǒng)內(nèi)部干擾的現(xiàn)象。6、 確定要因序號末端因素要因確認確認方法結(jié)論1鐵路沿線環(huán)境復雜我國幅員遼闊鐵路沿線的地形十分復雜有山川、河流、大中小城市等。調(diào)查分析要因2G

8、SM-R網(wǎng)絡頻率GSM-R網(wǎng)絡使用上行890-915MHz，下行使用930-934MHz頻段，而CDMA網(wǎng)絡使用頻段為上行825MHz-840MHz,下行870MHz-885MHz調(diào)查分析要因3列車速度我國列車車速：特快列車時速145KM/H；直達列車時速160KM/H ；動車組時速200-250-350KM/H不等。調(diào)查分析非要因5設備特性有偏差設備在工廠生產(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。現(xiàn)場驗證非要因7、 制定對策在無線網(wǎng)絡中，無線覆蓋情況是決定網(wǎng)絡運行質(zhì)量的基礎。GSM-R網(wǎng)絡對基站覆蓋電平的要求是在95%的時間和位置概率下覆蓋電平大于-92dBm。

9、一般情況下，滿足該指標要求是容易實現(xiàn)的。但是由于現(xiàn)場的地形以及部分基站的選址受制于現(xiàn)場客觀環(huán)境的限制，其間距不夠均勻，導致部分基站的覆蓋不理想，個別基站的覆蓋過遠或過 近。在網(wǎng)絡優(yōu)化過程中，可以通過對天線俯仰角的調(diào)整，控制基站的覆蓋范圍。以武廣客運專線為例，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為其主瓣方向左右，在半功率角范圍之內(nèi)，因此，其所覆蓋的范圍是主要的優(yōu)化目標。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和基站間的相對距離。由此可見，下傾角為 0°或 2°時，

10、整個半功率 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，不僅對基站輸出 能量造成了浪費，且容易導致遠處的覆蓋較強而形 成越區(qū)覆蓋；當下傾角設置為 6°或 8°時，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，遠處的信號電平隨之下降，可以利用 這種變化控制基站遠處覆蓋，減少越區(qū)覆蓋的出現(xiàn)。8、 對策實施這里選取某地區(qū)南部地區(qū)的網(wǎng)絡進行優(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，考慮實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)絡優(yōu)化測試中，由于過近的兩條線的影響，就出現(xiàn)了相應的GSM-R系統(tǒng)內(nèi)部的同頻、鄰頻干擾現(xiàn)象，再加上相應的頻率資源限制、平行區(qū)域過長等影響，這種相互間的同頻、鄰頻干擾現(xiàn)象還是比較明顯。經(jīng)過測試其中A線在B線的干擾頻點強度最大約為-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。通過一定的測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過相關的頻譜圖和手機測試數(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基站覆蓋的信號則在測試點附近檢測到，存在于其他站點頻點相同的情況強度基本相同，BSIC為6。4。服務小區(qū)BCCH為1008在鎖定之后，利用OT890測試手機，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?shù)念l率規(guī)劃存在，導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)絡的聯(lián)合調(diào)試工作在專聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間進行，同頻干擾能通過必要的RF優(yōu)化及頻率優(yōu)化而實現(xiàn)，使得鄰頻干擾減弱，使得各線GSM-R網(wǎng)絡性能指標提高，達到優(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、絡優(yōu)化評估指標的主要方面。小區(qū)頻點的調(diào)整方案主要可以從下表中得出：對于優(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 分析相關的干擾帶比例的變化，對比兩天線路的優(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)過路測及系統(tǒng)側(cè)性能測試，可以發(fā)現(xiàn)A線路具有平穩(wěn)的性能，無明顯波動。這里存在RX Quality2和C/I12的比例上升，對于A、B線路的干擾帶4/5的比例則會下降，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、 鞏固措施及標準化 1、通過開展QC活動，使大部分技術員掌握了標準的實驗的方法，提升了新入職技術人員的專業(yè)水平，對各種數(shù)據(jù)的分析也是