提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力

提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力小组名称：中铁三局电务公司通号一公司大同站车站改造工程QC小组组长：祝锡帅发表人：党鑫宇中铁三局集团电务工程有限公司2015年度QC成果资料提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力前言我国高速铁路的发展，为人民群众创造了美好生活的新时空，不仅为人们出行提供了极大便利，而且带来了人们生活方式的改变，赢得了社会各界的赞誉。我国铁路系统瞄准世界铁路先进水平，运用后发优势，博采众家之长，用短短几年时间，推动我国高速铁路技术走在世界最前列。现在我国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家，引领着世界高铁发展的新潮流。伴随着高铁时代的来临，社会的快节奏发展，列车对以后GSM-R系统的传输效率要求越来越高、越来越大；因此，提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力也将成为我们施工工作中的重中之重。提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力一、小组概况小组名称中铁三局电务公司通号一公司大同站车站改造工程QC小组课题名称提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力课题类型创新型组长祝锡帅课题起止时间2015年3月至2015年8月注册日期2015年3月12日小组成员8人注册编号活动次数8次接受TQC教育情况48小时序号姓名性别年龄文化程度组内职务1祝锡帅男42中专组长2宋志强男36大专副组长3严浩男36本科组员4党鑫宇男23本科组员5李嘉鑫男22本科组员6杨旭文男23本科组员7张健男24本科组员8夏超男21本科组员提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力二、选择课题提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力列车行车过程中，信息的传输为列车行车安全最为重要的部分，为行车安全提供保障列车行车期间所经过的地形千变万化，并且地形的不同会对信息的传输造成阻碍，所以GSM-R网络在此体现十分重要引导着我国铁路向着数字化、智能化、网络化和综合化的方向迈进。三、现状调查GSM-R的中文全称为铁路移动通信系统标准，它基于GSM系统技术平台，针对铁路列车调度、列车控制、高速行驶等特点，将铁路移动通信所具有的特色（群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能）加进去，构成专门为铁路运输服务的专业无线数字通信系统。随着我国铁路信息化建设的不断发展，铁路数据信息业务量的多样化及高速率，使GSM-R系统在国内有着广阔的发展空间。2000年底铁道部经过几年的论证、研究，决定借鉴欧洲先进国家铁路通信在GSM-R系统上的成功经验，选择GSM-R作为我国新一代铁路专用移动通信系统，支持我国铁路跨越式的发展。提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力铁路应用系统（CTC系统等）GRIS接口服务器GPRS子系统RadiusGGSNDNSSGSNSGSN调度通信系统网络交换子系统SCPMSC铁路PTSN运用与维护子系统HLRHLRACAC基站子系统BSCBTSBTSBTSSDHSDH图1GSM-R系统结构示意图四、设定目标及可行性论证〔l）优化网络覆盖提高通话质量我国幅员辽阔铁路沿线的地形十分复杂有山川、河流、大中小城市等，面对如此复杂的地形基站必须要进行合理的分布以满足网络覆盖盖的要求，否则沿线的通话质量就难以保证。(2)合理规划频率减少干扰现象GSM-R网络的干扰现象以同频干扰和邻频干扰为主，其中邻频干扰分为系统内干扰和系统外干扰，系统外干扰主要是GSM网络信号所产生的干扰。不管是同频干扰还是邻频干扰都主要是由于GSM-R网络的频率规划不合理所致，因此必须结合实际合理规划频率来减少干扰．(3)优化切换策略和基站配置参数，减少切换失败现象据统计发现40%以上的掉话是由于切换失败造成的，可见优化切换是提高GSM-R网络性能的关健一环．切换失败主要是切换策略和与切换相关的一些墓站参数（如：切换门限,切换容限等）不合理造成的,因此必须优化切换策略和基站的一些配置参数。提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力五、原因分析对于目前的通信设备而言，从硬件角度通常已经能眵达到相对较高的可靠性，因此更多的干扰来源于软件层面。通常可以将GSM-R系统的干扰划分为两个方面，即来源于GSM-R系统内部的干扰和来源于其外部的干扰。对于GSM-R系统内部干扰而言，通常见到的干扰主要包括同频干扰、邻频干扰以及互调干扰三种。所谓同频干扰，只是在同一范围内，使用相同频率进行复用工作而产生的干扰影响。对于GSM-R系统的铁路应用环境而言，此种干扰相对较为常见，因为虽然在相邻小区内不会使用同样的频率进行数据传输，但是对于蜿蜓的铁路干线而言，沿铁路划分小区的方式常常会造成非相邻小区在地理位置上呈现出相邻特征，从而造成同频干扰问题的发生。邻频干扰则是指不同频道之间的干扰，由于常见于相邻的频道之间，因此称为邻频干扰，主要产生原因是由于GSM-R系统所占频率范围相对较窄，为满足数据传输需求而采取了强大的复用技术，而在复用过程中，导致不同频带之间间隙过小，或者数据保护不利等因素出现。而互调干扰，则是产生于同一个信号接收端，同时接收到多个不同频率信号，而导致多个信号叠加而形成的干扰。此外，在GSM-R系统外部也存在若干干扰因素。首要的就是公用数据网对于GSM-R系统的干扰，主要存在有两个方面，其一是中国联通的CDMA系统对于GSM-R系统的干扰。由于CDMA系统的下行频段870-885MHz与GSM-R系统的上行频段885-889MHz十提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力分接近，因此很容易造成干扰。另一方面，中国移动使用的GSM系统，与GSM-R系统会共用一个频段，因此这两个通讯网络会产生类似于系统内部干扰的现象。六、确定要因序号末端因素要因确认确认方法结论1铁路沿线环境复杂我国幅员辽阔铁路沿线的地形十分复杂有山川、河流、大中小城市等。调查分析要因2GSM-R网络频率GSM-R网络使用上行890-915MHz，下行使用930-934MHz频段，而CDMA网络使用频段为上行825MHz-840MHz,下行870MHz-885MHz调查分析要因3列车速度我国列车车速：特快列车时速145KM/H；直达列车时速160KM/H；动车组时速200-250-350KM/H不等。调查分析非要因5设备特性有偏差设备在工厂生产过程中，工艺允许有范围内的偏差，有出厂合格证。不影响特性。现场验证非要因七、制定对策在无线网络中，无线覆盖情况是决定网络运行质量的基础。GSM-R网络对基站覆盖电平的要求是在95%的时间和位置概率下覆盖电平大于-92dBm。一般情况下，满足该指标要求是容易实现的。但是由于现场的地形以及部分基站的选址受制于现场客观环境的限制，其间距不够均匀，导致部分基站的覆盖不理想，个别基站的覆盖过远或过近。在网络优化过程中，可以通过对天线俯仰角的调整，控制基站的覆盖范围。以武广客运专线为例，在武广线上采用的基站天线为17dBi双极化天线，水平波瓣宽度为65°，垂直波瓣为9。3°。由于天线的主要辐射方向为其主瓣方向左右，在半功率角范围之内，因此，其所覆提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力盖的范围是主要的优化目标。下表所示为在天线挂高一定的情况下，半功率角与轨面相交的点和基站间的相对距离。由此可见，下倾角为0°或2°时，整个半功率角辐射出的能量并不能完全投射向轨面，部分能量向天空（水平面以上方向）辐射，不仅对基站输出能量造成了浪费，且容易导致远处的覆盖较强而形成越区覆盖；当下倾角设置为6°或8°时，半功率角辐射出的全部能量投射向轨面，且能量主要集中于160～1273m的范围内（6°下倾角）或134～513m的范围内（8°下倾角）。随着天线倾角从0°到8°的变化，远处的信号电平随之下降，可以利用这种变化控制基站远处覆盖，减少越区覆盖的出现。八、对策实施这里选取某地区南部地区的网络进行优化，这里是重要的交通枢纽也是众多铁路的交通交汇点，考虑实际的地理位置的原因，有约20公里的平行区域在两条铁路中，其中四公里为直线距离，考虑到提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力相隔较近的2条铁路路线，另外，加上频率资源的相关限制，频率分配给该区域的基站就存在一定的困难。在联调联试期间的专网络优化测试中，由于过近的两条线的影响，就出现了相应的GSM-R系统内部的同频、邻频干扰现象，再加上相应的频率资源限制、平行区域过长等影响，这种相互间的同频、邻频干扰现象还是比较明显。经过测试其中A线在B线的干扰频点强度最大约为-60dBm左右，同样，B线在A线也存在-60dBm的干扰，同频、邻频干扰存在。通过一定的测试发现，经过相关的频谱图和手机测试数据，外网并未在A线的K5+300附近发现，C线GZB-GZN17基站覆盖的信号则在测试点附近检测到，存在于其他站点频点相同的情况强度基本相同，BSIC为6。4。服务小区BCCH为1008在锁定之后，利用OT890测试手机，通过铁路西侧的使用C小区信道，铁路东侧的使用D小区信道，不恰当的频率规划存在，导致基站存在同频干扰。所以需要调整此线路基站的载频，以便消除两线之间的同频干扰。为了消除此基站的同频干扰，GSM-R网络的联合调试工作在专联调联试期间进行，同频干扰能通过必要的RF优化及频率优化而实现，使得邻频干扰减弱，使得各线GSM-R网络性能指标提高，达到优化铁路线路的目的。另外前期的分析结果上，干扰带比例是这次网络优化评估指标的主要方面。小区频点的调整方案主要可以从下表中得出：对于优化前后RF覆盖及质量，可以发现，由于能够起到削弱了邻频干扰且消除了同频干扰，优化后RFQuality≦2和C/I≧12的比提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力例则是有所提高。九、效果检查分析相关的干扰带比例的变化，对比两天线路的优化前后，可以发现，干扰带4/5(接收电平＞-87dBm）的比例能够明显下降，通过频率优化和RF优化，经过路测及系统侧性能测试，可以发现A线路具有平稳的性能，无明显波动。这里存在RXQuality≦2和C/I≧12的比例上升，对于A、B线路的干扰带4/5的比例则会下降，干扰带水平降低，邻频干扰得以消除，通话质量得以改善，使得此枢纽的频率同频干扰问题消除了。十、巩固措施及标准化1、通过开展QC活动，使大部分技术员掌握了标准的实验的方法，提升了新入职技术人员的专业水平，对各种数据的分析也是一种无形的成果。2、标准化实验方法增强了解决问题的经验，归纳整理并纳入企业技术标准，包括在施工调试过程中的各部数据及电气指标都可以作提高GSM-R网络在铁路通信系统中抗干扰能力为下次施工的经验。十一、总结和下一步打算通过开展QC活动，为企业提高工程质量、降低成本创造效益起到了良好的带头作用。在此次活动中还有许多缺点，比如在QC知识方面还应继续学习，发现的问题我们会尽快加以完善。通过小组成员共同学习、互相切磋，提高了员工素质，塑造充满生机和活力的企业文化。