CTCS3-300T型ATP启机GSM-R基站注册错选原因分析及对策措施

贾水生，李康标

合杭高铁自2019年开通以来，图定DJ8030次动车组担当合肥南—含山南站区段的每日首次动检工作，并在含山南站折返。由于在含山南站附近存在淮南线普速车站铜城闸站，这2个车站均有GSM-R通信基站，DJ8030次动车组在含山南站多次出现因错选基站导致CTCS-3级无线通信超时（简称“C3无线通信超时”）（超时时间6～21 s）故障。本文通过电台的数据记录仪分析，结合相关试验验证，分析错选基站的原因，并提出优化方案，供相关部门参考。

1 问题描述

2021年3月5日6时16分，CRH380BL-3775的00端运行至商合杭线含山—巢湖东合杭场时发生无线通信超时，核心网回复为MT电台起呼时小区选择错误。该端电台安装有数据记录仪装置，分析数据记录仪记录，发现C3无线通信超时发生时刻，MT1电台处于工作状态。MT1电台开机时注册情况见图1。

由图1可知，ATP启机后，MT1电台在06：14：19：771占用43小区频点1018，信号强度为-54 dBm。43小区为铜城闸GSM-R基站小区，MT1电台没有正常注册到合杭高铁的含山南GSM-R基站小区，即17小区。

MT1电台异常释放记录见图2。由图2可知，在06：24：30，MT1电台选择到铜城闸GSM-R基站18小区频点1014，信号强度为-48 dBm左右，而且此时1014信号最好，小区选择正常，通信成功建立连接。在06：26：22占用18小区频点1018，信号强度为-88 dBm，通信质量持续7级质量差，MT1电台向网络侧发起正常的disconnect（断开连接）消息，原因值为Normal call clearing（正常呼叫清除），造成C3无线通信超时［1］。

图2 MT1电台异常释放

2 原因分析

根据CTCS3-300T（简称“300T”）列控设备MT电台小区选择说明，电台开机后选择最强广播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）小区进行注册。但在实际运用中，存在电台偶发小区选择异常的现象，因此，通信侧对电台的小区选择逻辑提出质疑，认为电台注册小区与手机注册小区选择过程类似，优先使用关机前存储的BCCH进行注册［2］。即MT电台刚开机时，首先判断内部是否存储先前留下的BCCH频率表。如果有，则先扫描BCCH频率表中所存储的频率是否可以有效驻留，若这些频率均不符合条件，则重新搜索频率，并建立当前的BCCH频率表。在这种逻辑下，MT电台将在3～5 s内通过扫描各个频点的场强来获得每个频点的平均电平（每个频点至少采集5个测试样点），然后从电平最高的频点开始（全球移动通信系统GSM段扫描最强的30个频点、数字通信系统DCS段扫描40个频点）依次辨识BCCH频道，一旦确定了BCCH频道，将同步解析BCCH的信息［3］。

在含山南车站发生错选基站的300T车载设备，其MT电台启机时BCCH频道注册是否存在上述机制需要进一步分析确认。

2.1 MT电台小区选择逻辑

当MT电台开机时，立即请求接入GSM-R网络，并从搜索到的小区中提取无线参数与系统消息，进行小区选择。无线信道质量是影响小区选择的一个重要因素，GSM/GPRS（通用分组无线业务）采用C1算法，即路径损耗准则，只有C1＞0时，无线信道质量才满足MT电台注册的基本要求［4］。C1表达式为

式中：A为MT电台接收的平均电平；B为MT电台可以接入的最小电平；D为MT电台控制信道最大发射功率；E为小区允许MT电台接入系统的最大输出功率［5］。

300T列控设备MT电台开机后不会使用存在SIM卡里的BCCH频点，而是快速搜索900 MHz频段，按照GSM-R对应的1000～1019频点顺序，选择信号最强的BCCH，如果信号最强小区的通信有问题，电台会尝试同步次强小区。小区选择流程见图3。

图3 小区选择流程

2.2 实验室仿真测试

在实验室搭建300T列控设备MT电台小区选择逻辑仿真测试环境，见图4。利用综测仪A模拟西门子基站，利用综测仪B模拟华为基站，采用有线方式通过合路器传送到MT电台，这样可以避免空间存在的电磁干扰影响，从而确保测试结果准确。计算机通过专用测试软件修改综测仪的频点等数据，并记录测试数据，形成测试报告。

图4 MT电台小区选择逻辑仿真测试环境

通过模拟2个相邻GSM-R基站的开关机场景，验证MT电台开机是否按关机前使用过的小区频点进行优先选择。此次模拟试验场景前提为：西门子基站的发射功率大于华为基站发射功率。

2.2.1 测试案例1

测试环境：西门子基站1011频点和1005频点交替，强度约-36 dBm；华为基站1014频点，强度约-77 dBm。试验期间所有基站频点信号强度维持不变。

测试过程：MT电台开机并成功附着西门子基站网络，在西门子基站处于1005频点时，关闭MT电台，然后修改西门子基站频点为1011，MT电台开机。

测试结果：现场测试15次，MT电台开机后均占用西门子基站。

2.2.2 测试案例2

测试环境：西门子基站1005频点，强度约-41 dBm；华为基站1014频点，强度约-72 dBm。试验期间所有基站频点信号强度维持不变。

测试过程：MT电台开机并成功附着西门子基站网络，在西门子基站处于1005频点时，关闭MT电台，然后修改西门子基站频点为1011，修改华为基站频点为1005，MT电台开机。

测试结果：现场测试5次，开机均占用西门子基站。

通过上述2种不同条件下的实验室模拟测试，验证300T列控设备的MT电台开机后选择信号最强小区进行注册。

2.3 历史数据分析

2022年10月24日，合肥电务段结合图定DJ8030次动车组交路，采取人工验证的方式进行分析，但未捕捉到错选基站信息。通过回溯合肥电务段始发站单MT电台注册故障，发现有2起故障与车载MT电台错选GSM-R基站场景基本一致。

2021年1月27日G7293次（380BL-3785-00端）和2021年2月7日G7293次（380BL-3775-01端）到达淮萧联络线终点站淮北站时，DMS（动态监测系统）系统均出现单MT电台报警，上述2列动车组均安装有数据记录仪。通过分析数据记录仪数据发现，在几乎同样的网络环境下，虽然列控车载设备的MT1电台和MT2电台注册前后存在对GSM-R信号质量的不同要求，但是MT电台都是选择相同的最强BCCH小区进行注册［6］，这是动车组实际运行中，MT电台选择信号最强小区进行注册的2个有力证明。

综上所述，根据300T列控设备的MT电台小区选择逻辑、实验室仿真测试结果，以及合肥电务段历史数据的综合分析，可以得出300T列控设备的MT电台开机后选择最强小区进行注册。鉴于此，MT电台在开机后错误选择GSM-R基站应是地面通信原因造成。

3 对策措施

1）通信侧调整基站场强［7］（方案一）。对于该问题，以往的处理方式是通信侧调低铜城闸GSMR基站发送信号场强，拆除了1根天线，但由于铜城闸GSM-R基站还涉及淮南线普速线路，为了不影响淮南线普速线路机车的正常运行，铜城闸GSM-R基站的发送信号场强只能进行适当调整，所以MT电台错选GSM-R基站的场景始终存在。因此，此次通信侧将含山南GSM-R基站的信号场强进行上调，对于DJ8030而言，合杭线含山南GSM-R基站比铜城闸GSM-R基站距离近、信号强，调整后，DJ8030未再发生因为错选基站导致的C3无线通信超时。

2）避免在邻线有基站的高速铁路站场进行动车组换端［8］（方案二）。为彻底解决含山南错选基站问题，提出将动检车交路延长到芜湖站。动车组正常运行时途经区段的GSM-R小区切换均是小区引导式切换，不会发生错选GSM-R基站的问题，而芜湖站是大站场，周围无相邻其他基站。2022年12月26日，结合上海局集团公司“12.26”调图，顺利实现上述动检交路的延长。截至目前，含山南站未再发生车载MT电台错选GSM-R基站导致的C3无线通信超时故障。

在此次含山南错选基站的处理中，首先是通信侧进行了基站场强的调整，调整2个月后结合调图，将动检交路延长至邻线无基站的芜湖站。

针对类似故障，在上述2个解决方案中，方案一虽然可以直接解决车载MT电台错选基站问题，但可能会受通信场景的客观条件限制，如出现含山南GSM-R基站设备故障导致信号变弱时，或者铜城闸站GSM-R基站因人为调整不当导致信号变强时，仍存在相邻GSM-R干扰的空间物理条件。方案二对运输部门提出运行图交路调整的要求，在极端情况下也可能存在交路不能延长的情况。进一步研究发现，可参考文献［9］通过优化C3无线通信超时逻辑，对于存在相邻GSM-R干扰空间物理条件的情况，一定程度上可降低车载MT电台对相邻线路地面GSM-R基站小区的设置要求，从而避免类似含山南站因车载MT电台错选基站导致C3无线通信超时的问题。

4 结论

1）随着中国高铁线路的建设，铁路路网必然会越来越密集，线路之间的相互影响会不断显现，容易出现GSM-R基站信号相互干扰问题［10］。本文针对含山南站多次出现错选基站导致C3无线通信超时问题，结合现场数据与实验室模拟验证，定位故障应是地面通信原因造成。

2）采取通信侧调整基站场强，同时通过协调运输部门延长交路，避免在邻线有基站的高速铁路站场进行动车组换端，有效解决了GSM-R基站信号相互干扰对动车组正常运行的影响。