基于LTE 技术重载列车无线通信系统故障分析

韩瑞峰

（国家能源集团朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

国能朔黄铁路西起山西神池，东至河北黄骅，线路全长约600 km，是西煤东运第二大通道。国能朔黄铁路已大量开行万吨列车，日均开行64 列，万吨列车承担着全线80%的运量，基于LTE（Long Term Evolution，长期演进）技术重载组合列车无线重联通信系统的安全稳定运行是国能朔黄铁路年运量完成的有力保障。

1 系统组成

国能朔黄铁路无线重联通信系统由车载LTE 通信单元和地面LTE 宽带移动通信网络组成，无线重联业务属于实时安全数据信息。

1.1 车载设备

无线重联组合列车分为主控机车和从控机车，主控机车和从控机车由A 节和B 节组成，每台机车A 节和B 节分别设置一套机车同步操控设备OCE、车载数据传输设备GDTE 和LTE 通信单元。每台机车A 节同步操控设备OCE 通过工业总线连接车载数据传输设备GDTE，车载数据传输设备GDTE 通过数据串口线连接LTE 通信单元，LTE 通信单元无线连接地面LTE 宽带移动通信网络。LTE 通信单元A 端固定接入地面LTE 宽带移动通信系统的A网，B 端固定接入地面LTE 宽带移动通信系统的B 网，A、B 端同时工作又彼此独立，从而保证无线链路的冗余性和可靠性。

1.2 机车数据发送机制与编组

机车数据发送机制采用星形结构进行通信，主控机车向所有从控机车发送数据，从控机车只向主控机车发送数据。LTE 通信单元设置有编组请求功能，从控机车设置完编组信息后，会主动将本车的编组设置信息向主控机车发送，主控机车无线重联界面显示各个从控机车的状态，只有所有从控机车的网络连接状态正常，编组信息设置正确，主控机车司机才会按下编组按钮，机车编组完成。

1.3 机车LTE 通信单元功能

机车车载LTE 通信单元用户名为机车号，密码为SIM 卡国际移动用户识别码。LTE 通信单元配置静态路由，从AAA 服务器获取固定IP 地址，通过用户名与IP 地址的绑定关系，可正确的向目标机车发送数据。地面LTE 宽带移动通信网络增加域名服务器DNS 设备，设置在肃宁北网管中心，实现机车号域名与IP 地址的绑定，主控机车与从控机车通过对方的机车号信息向地面网络查询对方的IP 地址，实现IP 地址寻址。因此，主控机车和从控机车只要知道对方的机车号，就可以互相发送编组信息，实现编组功能。LTE 通信单元完整记录各个接口的状态、编组状态、组成员信息和IP 地址及空口数据收发状态，还记录与其他设备接口的原始数据，便于故障诊断[1]。

2 地面LTE 宽带移动通信网络

地面LTE 宽带移动通信网络由LTE 无线网络、传输网、LTE 核心网络、数据通信网络、外部应用系统、网管服务器及操作维护客户端构成，其中LTE 无线网络和传输网分布于国能朔黄铁路沿线，其余部分位于肃宁北。数据通信网络连接外部应用系统，如重联服务器和CTC 接口服务器，网管服务器和网管客户端提供对LTE 宽带移动通信网络的日常操作和维护功能，LTE 核心网是LTE 宽带移动通信网络的数据中心，提供核心管理和交换功能。地面LTE 宽带移动通信网络构架如图1 所示。

图1 地面LTE 宽带移动通信网络

2.1 LTE 核心网

LTE 核心网设置EPC-A 和EPC-B，机车同步操控终端分为A 类终端和B 类终端，A 端和B 端只能分别接入EPC-A 网络和EPC-B 网络，实现LTE 核心网负荷分担。LTE 核心网内eCNS600 提供核心服务功能，如网络鉴权，AAA 服务器提供IP地址分发功能，DNS 服务器提供域名服务，POC 服务器提供语音服务，NTP 服务器提供时间同步。

2.2 业务流程

主控机车与从控机车A 类终端之间业务流程：主控机车A类终端的业务流由空口Uu 接入基站eNodeB-A，基站eNodeB-A的业务流由S1 接口接入传输网，传输网的业务流由肃宁北HW10G-A 设备接入LTE 核心网，LTE 核心网的业务流由eCNS600 服务器作鉴权，由AAA 服务器分配固定IP 地址，再通过核心交换机CE12804-A 信息交换后返回从控机车A 类终端。

主控机车与从控机车B 类终端之间业务流程：主控机车B类终端的业务流由空口Uu 接入基站eNodeB-B，基站eNodeB-B的业务流由S1 接口接入传输网，传输网的业务流由肃宁北HW2.5G-A 设备接入LTE 核心网，LTE 核心网的业务流由eCNS600 服务器作鉴权，由AAA 服务器分配固定IP 地址，再通过核心交换机CE12804-B 信息交换后返回从控机车B 类终端。

3 传输组网

传输网络分布于国能朔黄铁路沿线，传输设备设置于国能朔黄铁路沿线通信机房和区间BBU 基站，网管中心设置于肃宁北，设置核心网EPC-A 和EPC-B。A 网由HW10G-A 传输设备承载，数据流由东向西，在肃宁北连接核心网EPC-A，B 网由HW2.5G-A传输设备承载，数据流由西向东，在肃宁北连接核心网EPC-B。

3.1 光缆中断对机车同步操控业务的影响

沿线各站的HW10G-A 传输设备组成1+1 线性复用段保护网络，采用“双发、选收”的保护机制。正常情况下，工作路由和保护路由同时传送业务信号，但接收端仅仅分别从工作路由选收业务信号。当光缆某一处中断，接收端将倒换到保护路由，从保护路由选收业务信号。因此，某一处光缆中断既不影响HW10G-A 所承载的A 网业务，也不影响机车同步操控A、B 类终端正常通信。

沿线各站的HW2.5G-A 传输设备组成2 纤双向复用段共享保护环。每根光纤容量一分为二，前一半分配给工作通道S，后一半分配给保护通道P，光缆1 纤芯光纤同时载送工作通道S1 和保护通道P2，2 纤芯光纤同时载送工作通道S2 和保护通道P1。通常情况下，光缆1 纤芯上的工作通道S1，由沿环的相反方向的另一条光缆的2 纤芯上的保护通路P1 来保护，同理光缆2 纤芯工作通道S2 由另一条光缆1 纤芯的保护通道P2 来保护。正常情况下，光缆的1、2 纤芯工作通道S1、S2 来传输业务，光缆两端传输设备网元呈现正常态。当光缆某处中断后，全网进行MSP 保护倒换，光缆中断两端的网元发生桥接倒换。因此某一处光缆中断，不影响HW2.5G-A 传输设备所承载的B 网业务，网络有很好的自愈能力，不影响机车同步操控A、B 类终端的正常通信。

3.2 单站传输设备故障对机车同步操控业务的影响

HW10G-A 传输设备故障：影响上行HW10G-A 站点小觉站以西（不含）A 网BBU 站点传输设备。以滴流磴站为例，HW10G-A 设备单站故障，影响小觉站以西（不含）A 网BBU 站点传输设备，但不影响B 网BBU站点传输设备，机车在神池站至小觉站区间运行时，机车同步操控终端LTE-A 显示脱网，LTE-B显示正常。

HW2.5G-A传输设备故障：影响本站（含）以西的B 网BBU 传输设备。以滴流磴站为例，HW2.5G-A 设备单站故障，影响滴流磴站以西（含）B 网BBU 站点传输设备，但不影响A 网BBU 站点传输设备，机车在神池站至滴流磴站区间运行时，机车同步操控终端LTE-B 显示脱网，LTE-A 显示正常。

HW2.5G-B 传输设备故障：影响本站（含）至附近上行HW10G-A 站点（不含）A 网BBU 传输设备，本站（含）至附近下行HW10G-A 站（不含）B 网BBU 传输设备。以滴流磴站为例，HW2.5G-B 传输设备单站故障，影响滴流磴站（含）至小觉站（不含）A 网BBU 传输设备，滴流磴站（含）至东冶站（不含）B 网BBU 传输设备。机车在滴流磴站至小觉站区间运行时，机车同步操控终端LTE-A 显示脱网，LTE-B 显示正常；机车在东冶站至滴流磴站区间运行时，机车同步操控终端LTE-B 显示脱网，LTE-A 显示正常。

非HW10G-A 车站站点HW2.5G-B 传输设备故障：影响车站站点西侧B 网BBU 传输设备和车站站点东侧A 网BBU 传输设备，双方向均截止至HW10G-A 车站站点（不含）。以猴刎站为例，HW2.5G－B 设备单站故障，影响1734－BUB 基站和1946－BUA 基站的BBU 传输设备。机车在滴流磴站至猴刎站区间运行时，机车同步操控终端LTE-B 显示脱网，LTE-A 显示正常；机车在猴刎至小觉站区间运行时，机车同步操控终端LTE-A 显示脱网，LTE-B 显示正常。

区间站点HW2.5G-B 传输设备故障：影响本基站下挂A 网或B 网BBU 传输设备。以1567－BUA 基站为例，HW2.5G-B 设备故障，影响该基站下挂的A 网BBU 传输设备，继而影响该基站BBU 设备所挂的A 网RRU 设备，机车在该基站管辖区段运行时，机车同步操控终端LTE-A 显示脱网、LTE-B 显示正常。

4 LTE 无线网络

国能朔黄铁路LTE 无线网络采用共站址双网冗余覆盖，在同一站址设置A、B 网2 套独立基站，分别接入不同的核心网EPC-A 和EPC-B。铁路沿线部署BBU 加RRU 分布式基站，采用星形组网方式，可靠性高，1 个BBU 带3 个小区的RRU。BBU通过光纤连接RRU，且设置主备2 路光通道，分别走铁路下行48A 和铁路上行48B 光缆。BBU 为基带处理单元，完成上下行基带信号处理，通过以太网接口连接HW2.5G-B。RRU 为射频拉远单元，负责传送和处理BBU 与天馈系统之间的射频信号。

4.1 漏缆故障对机车同步操控业务的影响

同频小区双发射天线配置指示参数配置情况，终端在切换过程中，邻区的RSRP 的测量仅对邻小区端口的0 口进行。故障点发生在1505-RU 基站下行侧神池方向漏缆接头27 m 处，直流阻断器损坏，驻波仪测试值为1.99。当机车开往肃宁方向时，从1493-RU 小区切换到1505-RU 小区过程中，由于RSRP 仅对1505-RU 小区端口的0 口进行，机车同步操控终端LTE-A和LTE-B 都出现脱网现象，都产生闪红告警。

需要说明的是，同频邻区双发射天线配置指示参数可以修改。该参数表示本地小区的所有同频邻区是否配置为两个及以上天线端口。如果本地小区所有同频邻区均配置为两个及以上天线端口时，该参数配置为“是”[3]。如果本地小区同频邻区中有一个邻区配置为单天线端口时，该参数配置为“否”。1505-RU基站有两个天线端口，目前参数设置为“否”。

当该参数设置为“是”时，终端在进行同频邻区测量时，将对目标小区（邻区）所有天线端口的射频信号进行测量，以判断是否发生切换；而当该参数设置为“否”时，终端仅对目标小区（邻区）一个天线端口的射频信号进行测量，以判断是否发生切换。该参数设置为“是”时终端对目标小区（邻区）的测量更加准确和及时，有利于更好的发生切换以保持良好的移动性。

4.2 单天线故障对机车同步操控业务的影响

铁路沿线部署许多单天线双漏缆覆盖场景。RRU 安装在室内，信号经过电桥合路后，1 路信号经过7/8 馈线连接天线，1 路信号连接漏缆。RRU 为2T2R，防雷器为DIN 对DIN。转接头N对DIN。电桥接头为N 母。若天线故障或者下倾角偏移，由天线发射的A 网信号质量变差，B 网信号同样变差，对同步操控A网和B 网均有影响。

铁路沿线部署双天线覆盖场景，RRU 安装在铁塔上，为4T4R、无电桥。A、B 网均采用双天线独立天馈系统覆盖，A 网安装在铁塔靠近铁路侧，B 网安装在铁塔远离铁路侧。这样设计的好处，既能提高基站的可靠性，还能提高基站的数据传输带宽。若A 网单天线故障，只影响A 网在该小区天线覆盖范围内的信号质量，小区B 网的信号质量是好的。

5 结束语

通过介绍重载机车无线重联的车载设备、同步操控机制、LTE核心网络、传输组网、基站和网络故障分析及影响范围，为铁路宽带移动通信网络的建设、维护及网络故障处理提供一定的参考。