GSM-R 网络优化测试总结

马希利

GSM-R是专门用于铁路移动通信的综合数字移动通信系统，随着GSM-R系统的推广应用，对该系统的全面测试成为确保铁路运输安全的重要环节。

GSM-R系统测试主要分为四个阶段，即规划设计阶段、安装调试阶段、网络优化阶段和竣工验收阶段。其中网络优化阶段是确保工程顺利开通和移交的关键环节，通过对包西线GSM-R工程的建设开通和跟踪测试，本文简单总结了网络优化阶段的测试方法。

该阶段主要通过无线覆盖和语音呼叫测试来采集数据进行分析，主要包括场强覆盖测试、语音通信QoS测试、分组数据(GPRS)QoS测试、电路数据(CSD)QoS测试四项内容，目前我国铁路对分组数据(GPRS)QoS测试还没有成熟的系统和方法，铁科院通号所在大量的研究和测试的基础上开发出了一套比较完善的测试设备并总结了一套比较完整的测试方法，测试系统主要通过两个GPRS数据模块来实现，另外加上GPS以及铁路应用配套的计距设备，通过专用测试软件进行控制，本文对此不再赘述，只对现场应用的场强覆盖测试、语音通信QoS测试、电路数据(CSD)QoS测试三项内容进行陈述。

1 场强覆盖测试

我国GSM-R系统目前的覆盖标准是针对车顶天线的覆盖情况，所以测试的时候需使用车顶天线。测试软件控制测量接收机跟踪测试手机，测试GSM-R服务小区公共信令信道(BCCH)的下行覆盖场强。小区选择或小区重选时，测量接收机可以把测试频点自动跟踪到和手机一致的频点上。设测量接收机采样为距离触发的方式，4 cm采样一次，使用峰值检波的方式。计距设备从车轮接收距离脉冲，计算机控制其4 cm输出一个脉冲给测量接收机。

GPS将采集到的经纬度、高度、速度等位置信息实时传送给计算机，通过测试显示出列车运行路线。

由于我国铁路目前的GSM-R小区呈链状分布，所以一个往返便可分别完成对该路线上下行覆盖的测试。

上述方法是针对一台测量接收机的情况，另外根据实际需要，可以配置多台测量接收机。

2 语音通信QoS测试

语音通信QoS测试的主要方法是使用测试手机进行拨打通话，测试软件通过对测试手机状态和信令的分析，计算出评价通信质量的各项数据。主要测试下面几个参数。

2.1 切换成功率

1)定义:切换成功率=成功切换次数/总切换次数。切换成功是指测试手机收到下行“HO COMMAND”消息，并发出“HANDOVER COMPLETE”消息。总切换次数是指移动台收到“HO COMMAND”消息的次数。

2)测试方法:使用测软件控制测试手机完成该测试内容。测试手机采用长时间与固定终端通话方式，在列车移动过程中检测切换信令，完成切换功能。测试软件根据切换信令计算切换成功率。数据统计如表1所示。

2.2 切换执行时间

1)定义:测试手机在通话状态下，收到下行“HANDOVER CO-MMAND”消息到切换成功上行发送“HANDOVER COMPLETE”消息为止的时长。

2)测试方法:使用测软件控制测试手机完成该测试内容。测试手机采用长时间与固定终端通话方式，在列车移动过程中检测切换信令，完成切换功能。使用测试软件统计切换执行时间。数据统计如表2所示。

表1 切换成功率统计

表2 切换执行时间统计

2.3 呼叫建立时间

1)定义:测试手机在拨打通话时发出“CM SERVICE REQUEST”消息直到收到下行“CONNECT/ALERT”消息的时长。

2)测试方法:使用测软件控制测试手机完成该测试内容。测试手机拨打固定终端或移动台进行通话，最大接入时间15 s，每次通话时长30 s，呼叫间隔30 s;在列车移动过程中检测信令，使用测试软件统计呼叫建立时间。数据统计如表3所示。

表3 呼叫建立时间统计

2.4 呼叫成功率

1)定义:呼叫成功率是指在呼叫建立过程中，成功占用话音信道(TCH)的成功率。呼叫成功率=成功呼叫次数/总呼叫次数。需要通过大量拨打测试获得数据。

2)测试方法:使用测软件控制测试手机完成该测试内容。测试手机拨打固定终端或移动终端并通话，最大接入时间设为15 s，每次通话时长30 s，呼叫间隔10 s;如出现呼叫建立失败，间隔30 s进行下一次试呼，并记为一次呼叫失败。数据统计如表4所示。

表4 呼叫成功率统计

2.5 掉话率

1)定义:掉话是指在通话过程中由于覆盖或干扰等异常情况造成话音信道(TCH)上的掉话。掉话率=掉话次数/总呼叫次数。需要通过大量拨打测试获得数据。

2)测试方法:使用测软件控制测试手机完成该测试内容。测试手机拨打固定终端或移动台并通话，最大接入时间15 s，每次通话时长5 min;在通话状态下，如出现异常掉话，间隔30 s进行下一次试呼，并记为一次掉话。数据统计如表5所示。

表5 掉话率统计

3 电路数据(CSD)QoS测试

电路数据(CSD)是基于GSM-R网络本身的一种数据交换方式。电路数据的测试要通过专用的测试软件控制GSM-R模块(需支持电路数据)，使其与地面电路域数据服务器之间以CSD的方式传输数据。CSD测试主要有以下几个方面的内容。

3.1 连接建立时间

1)定义:GSM-R模块从发出“ATD XXX”消息直到收到下行“CONNECT＊＊＊”结果码的时长。

2)测试方法:使用测软件控制GSM-R模块完成该测试内容。测试模块向地面电路域数据服务器发起连接，最大接入时间15 s，每次通话时长30 s，呼叫间隔30 s;在列车移动过程中检测信令，使用测试软件统计连接建立时间。数据统计如表6所示。

表6 连接建立时间统计

3.2 连接建立成功率

1)定义:连接建立成功率是指在连接建立过程中，成功占用话音信道(TCH)的成功率。连接建立成功率=成功连接次数/总呼叫次数。需要通过大量拨打测试获得数据。

2)测试方法:使用测软件控制GSM-R模块完成该测试内容。测试模块向地面电路域数据服务器发起连接，最大接入时间设为15 s，每次通话时长30 s，呼叫间隔10 s;如出现呼叫建立失败，间隔30 s进行下一次试呼，并记为一次连接建立失败。在列车移动过程中检测信令，使用测试软件统计连接建立成功率。数据统计如表7所示。

表7 连接建立成功率统计

3.3 链路断开(失效)概率

1)定义:在所有的连接保持过程中，非有意释放连接次数的比例。掉话率=掉话次数/总呼叫次数。需要通过大量拨打测试获得数据。

2)测试方法:使用测软件控制测GSM-R模块完成该测试内容。测试模块向地面电路域数据服务器发起连接，最大接入时间设为15 s，每次通话时长5 min，在通话状态下，如出现异常掉话，间隔30 s进行下一次试呼，并记为一次失败。在列车移动过程中检测信令，使用测试软件统计链路断开(失效)率。数据统计如表8所示。

表8 链路断开(失效)率统计

3.4 端到端传输时延

1)定义:从移动端发起传输请求到传输成功指示之间的时延。

2)测试方法:使用测软件控制测GSM-R模块完成该测试内容。测试模块向地面电路域数据服务器发起连接并传输数据(ASCⅡ字节流)，数据长度为30bytes，最大接入时间设为15 s，如出现链路断开，间隔30 s进行下一次试呼。地面服务器收到数据后马上把接收到的数据原样发回发送端。传输时延为GSM-R模块发出数据到收到地面服务器返回的数据所需时延的一半。在列车移动过程中检测信令，使用测试软件统计端到端传输时延。数据统计如表9所示。

表9 端到端传输时延统计

通过以上测试可对已完成初步安装调试但尚未开通运营的网络进行数据采集、分析，找出影响网络运行质量的原因，并通过对系统参数的调整和对系统设备配置的调整等技术手段，使网络达到最佳运行状态，同时也对网络今后的维护及规划建设提出合理建议。