LTE技术重载列车无线通信系统故障探讨

摘要：随着铁路重载技术和移动通信技术的持续发展，基于lte技术的重载组合列车无线重联通信系统已经具备在铁路行业大规模推广应用的条件。介绍国能朔黄铁路重载组合列车无线重联通信系统技术方案的和分析网络故障，希望对LTE技术在重载铁路的应用和维护有指导意义。

关键词：LTE技术；同步操控系统；核心网；传输网络

国能朔黄铁路西起山西神池，东至河北黄骅，线路全长约600km，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（LongTermEvolution，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。

2.1LTE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。

4LTE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，分别走铁路下行图1地面LTE宽带移动通信网络1048A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27m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。

参考文献

［1］杨居丰，付文刚，蔺伟.基于LTE技术重载组合列车无线重联通信系统研究及应用［J］.铁道通信信号，2016，52（9）：57-59.

［2］朔黄铁路铁路宽带移动通信系统（LTE-R）维护管理办法（试行）［Z］.

［3］华为技术有限公司.eRANTDD连接态移动性管理特性参数描述［Z］.

作者：韩瑞峰 单位：国家能源集团朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司