高速公路魚骨型切換模型研究

劉潔 葛俊

1 湖南工程學(xué)院設(shè)計藝術(shù)學(xué)院 湖南 411104

2 中國移動通信集團湖南有限公司湘潭分公司 湖南 411100

0 引言

隨著高速公路基站及高速公路周邊基站建設(shè)進度不斷加大，原本切換關(guān)系較為簡單的高速公路切換鏈因為小區(qū)的不斷增加而變得越來越復(fù)雜和紊亂，這種狀況帶來的后果是高速公路DT測試時候，網(wǎng)內(nèi)小區(qū)容易切換到較遠的網(wǎng)外小區(qū)，切換頻繁，MOS值急劇下降，里程掉話比和接通率指標(biāo)都有一定程度的惡化。

同時，從用戶感知的角度分析，高速公路因為切換次數(shù)較多，頻繁切換到網(wǎng)外較遠的基站，用戶也經(jīng)常投訴通話質(zhì)量不好，容易掉話等現(xiàn)象。為了更好的改善高速公路話音和覆蓋質(zhì)量，提高用戶滿意度。本文通過研究高速公路切換，形成魚骨型切換鏈模型來解決一些高速公路網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外小區(qū)的切換問題。

1 小區(qū)切換原理

在GSM這樣的蜂窩小區(qū)系統(tǒng)中，充分采用了頻率復(fù)用的概念，使一個區(qū)域是由多個小區(qū)來共同完成覆蓋的。這樣就出現(xiàn)了一個小區(qū)自動切換的概念，一個簡單的例子，當(dāng)一個移動用戶正在通話的時候，從某小區(qū)的覆蓋范圍移動到另一個小區(qū)的覆蓋范圍時，為使通話不被中斷需要自動切換信道。這個過程應(yīng)在用戶察覺不到的情況下進行，也不需要用戶介入(圖1)。

判定移動臺是否需要小區(qū)切換有三種準(zhǔn)則：

(1) 依靠接收信號載波電平判定。當(dāng)信號載波電平低于門限電平(例如－100dBm)，則進行切換。

(2) 依接收信號載干比判定。當(dāng)載干比低于給定值時，則進行切換。

(3) 依移動臺到基站的距離判定。當(dāng)距離大于給定值時，則進行切換。

實際上，在通話過程中測量接收信號載/干比有一定的困難；而用距離判定時，則距精度有時很難保證。所以，一般常用的是第一種。

圖1 小區(qū)切換原理圖

2 高速公路魚骨型切換模型的建立

高速公路是屬于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中一個比較特殊的優(yōu)化場景，主要體現(xiàn)在高速、地形復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化較快上面，根據(jù)測算，按高速公路車輛平均100公里/小時的時速，高速公路專網(wǎng)小區(qū)每小區(qū)平均覆蓋范圍1.5公里，那么在每54秒就會發(fā)生一次切換，按照湘潭境內(nèi)往返高速公路220公里的里程來看，如果保持勻速100公里/小時進行DT測試，那么在整個測試過程中需要發(fā)生146次切換，但分析了10次高速測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在220公里的測試過程中，平均發(fā)生了320左右的切換，除去車速以及其他因素的影響，切換次數(shù)也明顯高于預(yù)計值，同時還在路測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，大量的切換是不合理的，主要體現(xiàn)在頻繁與高速公路網(wǎng)外小區(qū)切換，高速公路網(wǎng)內(nèi)小區(qū)乒乓切換，很多的掉話也隨之產(chǎn)生，并且MOS值和話音質(zhì)量均受到了嚴重的影響，基于這種現(xiàn)狀，提出了高速公路魚骨型切換鏈的思路，該思路主要體現(xiàn)在網(wǎng)內(nèi)小區(qū)盡量簡化切換關(guān)系，只做前后網(wǎng)內(nèi)小區(qū)的切換關(guān)系，而網(wǎng)外小區(qū)只做網(wǎng)內(nèi)小區(qū)的單邊切換(出口處需要做雙邊切換)，圖2可以很明顯的看出這種切換鏈的設(shè)置方式。

圖2 切換鏈的設(shè)置方式

由圖2可以看到，定義的魚骨型切換鏈分兩個場景，一個是高速公路內(nèi)路段，一個是高速公路出口路段(也包括與公路、鐵路的交叉路口)，對于第一個場景，采取的切換方式是本小區(qū)的鄰區(qū)控制在10個小區(qū)以內(nèi)，以SITE3為例，它的小區(qū)切換前向需要做SITE4所有小區(qū)的切換以及前面的SITE5對向小區(qū)的切換，SITE3的背向小區(qū)則需要做后向基站的小區(qū)鄰區(qū)，而網(wǎng)外小區(qū)則按照正常方向制作切換關(guān)系。而對于高速出口路段場景，則需要在覆蓋出口處的高速公路基站添加與之臨近的外網(wǎng)小區(qū)來確保切換正常。

另外值得說明的是，類似這種魚骨型的切換鏈，最合理的是在高速公路基站內(nèi)開通保護帶小區(qū)，簡單的說就是在高速公路基站上開通一部分小區(qū)用作高速公路網(wǎng)內(nèi)小區(qū)和網(wǎng)外小區(qū)切換的跳板，網(wǎng)內(nèi)小區(qū)如果要切向網(wǎng)外小區(qū)則通過這種保護帶小區(qū)來進行切換。目前我們有部分小區(qū)具備此項功能。關(guān)于保護帶小區(qū)的概念見圖3。

圖3 保護帶小區(qū)的概念圖

2.1 魚骨型切換鏈小區(qū)的覆蓋說明

嚴格的控制高速公路小區(qū)的覆蓋距離，是確保魚骨型切換鏈能正常工作的前提，一旦發(fā)生距離較遠的越區(qū)覆蓋，那么就必然會導(dǎo)致高速公路上的MS出現(xiàn)質(zhì)差和掉話，另外由于高速上車速較快，雖然魚骨型切換鏈減少了小區(qū)鄰區(qū)的設(shè)置和測量數(shù)目，但仍有可能因為兩小區(qū)之間的重疊區(qū)域不夠而導(dǎo)致手機不能正常發(fā)起切換和重選，所在設(shè)置魚骨型切換鏈的同時，通過收集到的高速公路基站的工程信息來計算高速公路小區(qū)的覆蓋范圍和重疊區(qū)域所需要的天線俯仰角和方位角。

2.2 高速小區(qū)覆蓋半徑計算

覆蓋距離：D(米)

俯仰角A

站高為H

A=arctg(H /( D/2))

如果在忽略一些修正因子和功率損耗的情況下，可以采取這個公式來計算小區(qū)的實際覆蓋范圍，根據(jù)這些基站的工程參數(shù)，計算高速公路小區(qū)的目前的覆蓋距離，對一部分存在越區(qū)覆蓋的高速公路基站進行俯仰角的調(diào)整。

2.3 高速小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域計算

在GSM通信事件中，小區(qū)重選與小區(qū)切換需要一定的時間來完成接續(xù)工作。其中小區(qū)重選規(guī)則中，當(dāng)手機測量到鄰小區(qū)C2高于服務(wù)小區(qū)C2值且維持5秒鐘，手機將發(fā)起小區(qū)重選，若在跨位置區(qū)處，則鄰小區(qū)C2必須高于服務(wù)小區(qū)C2與CRH設(shè)置值的和且維持5秒鐘，手機發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。而在小區(qū)切換過程中，通常測量報告在經(jīng)過設(shè)定的SACCH窗口值平滑后，經(jīng)BSC判斷，將發(fā)起小區(qū)切換，而整個切換的時間取決于SACCH的設(shè)置值，該值通常設(shè)為8。以圖4為例。

圖4 專網(wǎng)小區(qū)重疊覆蓋示意圖

在研究專網(wǎng)小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域的同時，假定重疊區(qū)域覆蓋是均勻的。在圖4中，點A、C和點B、D分別是兩個小區(qū)的邊界，E點為兩小區(qū)RxLev等值點。BC段為兩小區(qū)重疊覆蓋距離。取小區(qū)重選與小區(qū)切換較長的時間(5秒鐘)作為計算基礎(chǔ)，若汽車在高速上由小區(qū)1行駛至小區(qū)2，則車上的用戶在EC段之內(nèi)必須完成小區(qū)重選或小區(qū)切換，因此重疊覆蓋距離BC段的列車行駛時間為10秒鐘，按照高速公路100公里/小時的時速，則在兩個小區(qū)間設(shè)置至少277米的重疊覆蓋區(qū)域。

目前魚骨型切換鏈的切換模式主要采用的PBGT的切換模式，在觸發(fā)PBGT切換后的候選小區(qū)排序中，在刪除了C2值小于0的鄰區(qū)后，所有剩余鄰區(qū)按照PBGT排序。如果服務(wù)小區(qū)的信號弱于鄰小區(qū)，且達到切換門限，則發(fā)生切換(如圖5所示)。

圖5 魚骨型切換鏈的切換模式

其中在ho_margin的設(shè)置中，高速公路所有基站網(wǎng)內(nèi)小區(qū)都設(shè)置為5，而外網(wǎng)小區(qū)向內(nèi)網(wǎng)小區(qū)切換關(guān)系中，ho_margin設(shè)置為8，保護帶內(nèi)小區(qū)切換均設(shè)置為5，這樣的設(shè)置能確保高速公路小區(qū)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)切換正常。

3 總結(jié)

通過對高速公路魚骨型切換鏈的修改工作的執(zhí)行，湘潭區(qū)域內(nèi)的高速公路的切換關(guān)系已經(jīng)較以前有較大幅度的提高，具體對比情況如表1。其中高速公路切換的嘗試次數(shù)由原來的327次下降到了目前的227次，掉話次數(shù)減為0次，覆蓋率也由原來的99.37%提升到99.56%，因為切換次數(shù)減少的原因，MOS值也由原來的3.412提升到了3.513，此模型適用高速公路及鐵路的切換鏈關(guān)系設(shè)置，并為高速公路和鐵路的基站建設(shè)提供相關(guān)的參考依據(jù)，這種切換鏈模式有效的解決了高速公路專網(wǎng)和外網(wǎng)小區(qū)頻繁切換的問題，提高了高速公路測試的各項指標(biāo)，同時也解決了優(yōu)化人員制作高速公路小區(qū)切換數(shù)據(jù)不規(guī)范的問題。

表1 對比情況表

[1] Theodore S. Rappaport. Wireless Communications： Principles and Practice, Second Edition , Prentice Hall PTR.2006.

[2] 張威.GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化——原理與工程[M].北京：人民郵電出版社.2003.

[3] 李威,楊和平.高速公路場景下的GSM小區(qū)重選優(yōu)化淺析.移動通信.2011.