CTCS-3线路GSM-R数字光纤直放站应用

蒋笑冰，孔进亮，郭跃林

(1.中国铁路北京局集团公司北京铁路通信技术中心，北京 100038；2.中国铁路北京局集团公司工电检测所，北京 100038；3.京沈铁路客运专线京冀有限公司，北京 101500)

目前，GSM-R 网络无线覆盖多采用基站和模拟光纤直放站，模拟光纤直放站的时延容易造成直放站远端机之间、基站与直放站的重叠区多径干扰，影响GSM-R 网络质量。2018 年在全路发生的CTCS-3 无线超时中，GSM-R 网络无线覆盖问题占通信原因总次数的15.31%，其中92.42%造成CTCS-3 无线降级，主要是因为GSM-R 网络内多径干扰等无线网络信号覆盖异常，CTCS-3 业务没有按照正常业务切换顺序进行切换，或者切换后发生无线链路质量突降，造成掉话引起无线超时。

GSM-R 数字光纤直放站可有效克服多径干扰，2018 年首次在京沈客专工程应用承载CTCS-3 业务。本文探讨在CTCS-3 线路如何应用GSM-R 数字光纤直放站实现冗余组网和网络优化。以京沈客专GSM-R 网络无线覆盖为例，分析工程静态测试及联调联试数据，为GSM-R 数字光纤直放站在CTCS-3 线路推广应用提供参考。

1 指标比较

国家铁路局、中国国家铁路集团有限公司相继发布GSM-R 数字光纤直放站相关技术标准，结合厂家技术资料对GSM-R 模拟光纤直放站及GSM-R数字光纤直放站的功能、性能进行比较分析。

1.1 功能比较

GSM-R 模拟光纤直放站具有中继传输功能，中继传输基站射频信号，延伸通信覆盖区域；具有网络监控管理功能，自动监测告警，远程控制管理。

GSM-R 数字光纤直放站除上述功能外，还具备上行底噪抑制功能、时延调整功能、光旁路功能、光环路功能、自动载波跟踪功能、查询功能。

1.2 性能比较

性能比较如表1 所示。

表1 性能比较表Tab.1 Performance comparison table

通过性能对比可以看出，在标称输出功率、最大增益、增益调节范围、光路动态范围、组网方式等方面数字光纤直放站更具有优势。

2 组网分析

2.1 数字光纤直放站组网方式

2.1.1 双光纤星型组网

双光纤星型组网如图1 所示。

图1 双光纤星型组网示意图Fig.1 Schematic diagram of dual optical fiber star networking

双光纤星型组网每个近端机通常可以连接4 台远端机，近端机与远端机之间采用双光纤连接，起到主备冗余的作用。在太原局瓦日线和郑州局宁西线均采用星型组网。

2.1.2 交织覆盖环型组网

交织覆盖环型组网如图2 所示。

图2 交织覆盖环型组网示意图Fig.2 Schematic diagram of intertwine coverage ring networking

交织覆盖环形组网的两个近端机分别形成主路环网和从路环网，主路与从路环信号功率相差6 dB±1 dB。环形组网每个近端机可以组成4 个环网，每个环可以带8 台远端机。京沈客专采用交织环形组网。

2.2 京沈客专北京局组网方式

2.2.1 京沈客专北京局工程概况京沈客专为CTCS-3 线路，北京局管内承德至平泉区段65 km，承德县北、平泉县北采用基站覆盖，其他均采用数字光纤直放站覆盖。基站17 台，采用诺基亚产品，其规格型号为：Flexi GSM BTS。数字光纤直放站采用南京泰通科技公司产品，共53台，近端机15 台，远端机53 台，其规格型号为：TDZ-R（B），组网方式为交织环形组网。

2.2.2 京沈客专北京局组网方式

京沈客专北京局西兴峪隧道和六道沟隧道数字光纤直放站的组网方案如图3 所示。

图3 组网示意图Fig.3 Networking diagram

近端机MU15 使用两个环，共下挂7 台远端机，图3 中实线为主信号光路，虚线为从信号光路，如RU45 的从信号是由MU15 提供，主信号是由MU14 提供。

相比于模拟光纤直放站的交织星型组网方式，数字光纤直放站交织环形组网方式可以节省光路资源，提升组网灵活度，提高无线覆盖范围。

3 测试结果分析

3.1 静态测试结果及分析

承德南站静态测试结果如表2 所示。

表2 承德南站静态测试结果Tab.2 Static testing results for Chengde South Station

在条件允许的情况下现场测试项目均正常达到指标要求，从测试结果可以看出数字光纤直放站对比传统模拟光纤直放站在性能质量方面更加突出。

在上行底噪抑制功能方面，指标要求在最大增益条件下，开启噪声抑制功能直放站输出底噪比关闭抑制功能时降低17 dB，实测值为 26.3 dB。

在光路环回功能方面，现场实测在光路环回后，增益基本无变化且信号闪断小于1 s，GSM-R 业务无中断。

在载波自动跟踪功能方面，现场实测跟踪时间仅为41 s，远小于指标要求的载波自动跟踪时间不大于5 min。

现场模拟主路信号故障后，实测发现从路信号会立刻自动抬升6 dB，将主路信号恢复后从路信号立刻下降6 dB 恢复原状态。

在可靠性测试方面，由于数字光纤在直放站为双电源模块供电，将某一路电源模块关闭后，直放站远端机仍保持正常工作状态；在光模块、光纤、功放冗余切换实验中，现场实测发生上述冗余切换后，闪断时间均小于1 s，且输出电平无变化，业务未中断。

3.2 动态测试结果及分析

搭载铁科动车检测车进行动态测试，京沈客专北京局管内采用数字光纤直放站，沈阳局管内采用模拟光纤直放站，测试报告如表3 ～7 所示。

表3 切换成功率和切换中断时间Tab.3 Switch success rate and switch interruption time

测试报告表明，全程测试切换成功率和切换中断时间，CSD 连接建立时延和连接建立失败率，CSD 传输无差错时间，CSD 传输数据端到端时延和CSD传输干扰时间等各项指标均合格。

表4 CSD 连接建立时延和连接建立失败率Tab.4 CSD establishment delay and connecting establishment failure rate

表5 CSD传输干扰时间Tab.5 Interference time of CSD transmission

表6 CSD传输无差错时间Tab.6 Error-free time of CSD transmission

表7CSD传输数据端到端时延Tab.7End-to-end time delay of CSDtransmission data

4 网络优化

2018年11月1日京沈客专动检车发现数字光纤直放站覆盖区域网络质量问题，主要表现为直放站区段下行网络质量超过4 级且密集、TCH信道承载信号劣化等，如图4、5所示。

图4 邻小区接收电平Fig.4Reception level of neighbor cell

图5服务小区通话质量Fig.5Quality of connection for serving cell

4.1分集接收功能失配

动检车测试报告显示，部分数字直放站覆盖区域质差达到6、7级，经过现场确认，发现数字直放站的分集接收功能已启用，基站分集接收功能未启用，造成分集接收功能不匹配。11月3～4日对分集接收功能进行调整，通话质差等级明显下降，网络质量明显提升。

4.2TCH信道RXQ不合格

动检车测试报告显示，当车载台占用BCCH信道时正常，但占用TCH信道时，RXQ出现恶化的现象。分析原因是基站在分配信道资源的时候BCCH和TCH无优先级分配设置，TCH信道噪声抑制门限设置过高。通过网管对TCH信道噪声抑制门限优化后，测试正常。

4.3负载热噪声

动检车测试报告显示，存在部分4 至5级质差。经分析，基站仅作为信源站时，需在基站的输出端匹配大功率负载，现场输出功率为50W（47dBm），负载产生热噪声，从而影响直放站系统性能。经过协调沟通，把信源基站的功率降至5W（37dBm），使直放站工作在最佳输入功率范围内，11月6日动检验证质差表现改善显著。

11月13日测试结果如图6、7所示。

图6调整后邻小区接收电平1Fig.6Neighbor cell reception level 1after adjusting

数字光纤直放站在CTCS-3线路使用时，网络优化需注意直放站与基站设备间分集接收功能适配、BCCH和TCH优先级设置、直放站接收功率门限等。网络优化过程数字光纤直放站通过网管调整参数，方便快捷。自2018年底京沈客专北京局GSM-R 网络工程开通运营以来，GSM-R 网络运用质量维持相对平稳的状态。

5 总结

京沈客专北京局通信工程首次应用GSM-R 数字光纤直放站承载CTCS-3列控系统业务。GSM-R数字光纤直放站采用交织覆盖环型组网，节省了光路资源，提升组网灵活度，提高无线覆盖范围；静态、动态测试结果表明数字光纤直放站在CTCS-3线路应用达到验收标准，可有效克服多径干扰；网络优化过程中，通过网管调整参数，方便快捷；为后续GSM-R数字光纤直放站在CTCS-3线路的推广应用提供参考。