廣州地鐵4號線無線信號小區(qū)重選問題研究

劉 軍

(廣州市地下鐵道總公司運營事業(yè)總部，510710，廣州∥助理工程師)

廣州地鐵4號線金洲站至黃村站共16 個無線基站，多為長大區(qū)間。移動終端在區(qū)間使用時，部分區(qū)間出現(xiàn)信號重選不平滑而使列車進站減速后才進行重選的情況，由此造成通話中斷、不連續(xù)等用戶負面影響。上述現(xiàn)象的存在表明，廣州地鐵4號線的無線信號覆蓋及小區(qū)重選參數(shù)設置存在一定的不合適因素，應進行調整優(yōu)化。

小區(qū)重選問題研究涉及多個方面，本文是對基于城市軌道交通無線信號的小區(qū)重選問題進行研究。城市軌道交通專網(wǎng)與移動公網(wǎng)有所區(qū)別:移動公網(wǎng)用戶基數(shù)多、基站多，小區(qū)重選涉及優(yōu)先級、C2算法;相對移動公網(wǎng)而言，城市軌道交通專網(wǎng)小區(qū)重選較為直觀、可控。

1 小區(qū)重選的類型及參數(shù)介紹

小區(qū)重選或切換的目的是為了保持終端和基站之間的無線鏈路有足夠通話質量，以便為用戶提供最優(yōu)的使用感受。此過程的最優(yōu)結果應為無縫、快速的。無線鏈路保持的最低要求是C1＞0(C1為當前服務小區(qū)的路徑損耗參數(shù))，且終端處的業(yè)務路徑狀態(tài)不超過規(guī)定時延。在滿足最低要求的基礎上，如果無線鏈路還滿足一些特定預先設置條件，移動終端便會進行小區(qū)重選或切換。

移動終端判斷重選的依據(jù)是服務小區(qū)下行鏈路損耗。下行鏈路是指從基站到移動終端的鏈路，其中參數(shù) C 為供小區(qū)選擇的路徑損耗標準，其公式為:

式中:

IRSS——接收信號強度指標，即移動終端在服務小區(qū)接收的平均電平;

PF，min——移動終端接入系統(tǒng)時可使用的最小發(fā)射功率電平;

PF，max——移動終端接入系統(tǒng)時可使用的最大發(fā)射功率電平;

Pmax——移動終端接入系統(tǒng)時可使用的最大功率。

移動終端通過比對服務小區(qū)與鄰區(qū)的接收電平值以及結合小區(qū)重選參數(shù)，對服務小區(qū)及鄰區(qū)的無線鏈路進行對比，來決定小區(qū)重選策略。

廣州地鐵4號線無線集群調度系統(tǒng)是采用數(shù)字式TETRA 標準的無線集群系統(tǒng)。TETRA 協(xié)議專網(wǎng)小區(qū)重選是由移動終端來決定，而非交換機或基站決定。移動終端通過廣播信道接收中心交換機重選參數(shù)，進而判斷是否需要進行小區(qū)重選，同時無線集群系統(tǒng)將對移動終端的請求進行響應。

TETRA 數(shù)字集群定義了以下4 種小區(qū)重選策略:

1)無線鏈路丟失重選策略。滿足以下任一條件，則判斷為無線鏈路丟失:① C1＜0;②無線鏈路信息擦除率持續(xù)超過所設的閾值。

2)無線小區(qū)可用重選策略。同時滿足以下條件，則判斷為無線小區(qū)可用重選:①C1＞(TFR+HFR)并持續(xù)5 s，其中，TFR為快速重選閾值，HFR為快速重選遲滯值;②鄰近小區(qū)的服務級別比當前小區(qū)的服務級別高;③移動終端需入網(wǎng)注冊并處于空閑狀態(tài)。

3)無線小區(qū)可改進重選策略。同時滿足以下條件，則判斷為無線小區(qū)可改進重選:① 服務小區(qū)的C1值低于參數(shù)TSR定義的值5 s，其中，TSR為慢速重選閾值;② 鄰區(qū)的C2值大于(服務小區(qū)C1值+參數(shù)HSR定義值)并持續(xù)5 s。其中，HSR為慢速重選遲滯值;③移動終端需入網(wǎng)注冊并處于空閑狀態(tài)。

4)無線小區(qū)可釋放重選策略。同時滿足以下條件，則判斷為無線小區(qū)可釋放重選:① 服務小區(qū)的C1值低于參數(shù)TFR定義的值并持續(xù)5 s;② 鄰區(qū)的C2值大于(服務小區(qū)C1值+HFR定義值)并持續(xù)5 s;③移動終端需入網(wǎng)注冊并處于空閑狀態(tài)或業(yè)務狀態(tài)。

綜上所述，無線小區(qū)重選流程圖如圖1所示。

在城市軌道交通行業(yè)中，一般基站較少，整個無線信號沿軌道兩旁覆蓋，呈帶狀式分布，小區(qū)重選可不考慮優(yōu)先級因素。故在城市軌道交通行業(yè)中，移動終端一般都是直接選擇下一到達車站的小區(qū)進行重選。這里可以認為服務小區(qū)與鄰區(qū)具有相同的優(yōu)先級。

從圖1 以及式(1)可以得知，影響小區(qū)重選的關鍵因素包含 TSR、HSR、PF，max、PF，min。在實際優(yōu)化中可以通過沿線多次測試，得出最佳參數(shù)值，再調整相應重選參數(shù)，使得移動終端可以在不同的小區(qū)之間平滑重選。

圖1 無線信號小區(qū)重選流程圖

2 廣州地鐵4號線無線信號小區(qū)切換優(yōu)化實例

2.1 石碁站—海傍站無線信號覆蓋現(xiàn)狀

廣州地鐵4號線石碁站—海傍站區(qū)間無線覆蓋設備布局示意圖如圖2所示。

經(jīng)無線專業(yè)人員現(xiàn)場測量確認，4號線列車車載電臺在石碁站—海傍站下行區(qū)間，一直使用石碁基站小區(qū)信號，列車即將進入海傍站才切換到海傍基站小區(qū)信號。

2.2 石碁站—海傍站無線信號小區(qū)切換參數(shù)分析

通過查詢廣州地鐵4號線無線系統(tǒng)中央交換機信息，其無線集群系統(tǒng)原使用的小區(qū)切換參數(shù)如表1所示。

圖2 廣州地鐵4號線石碁站—海傍站區(qū)間無線覆蓋設備布局示意圖

表1 石碁站、海傍站原使用的小區(qū)切換參數(shù)

將相應數(shù)值代入式(1)可得C=IRSS+100。

由于TETRA 體制下的小區(qū)切換屬于硬切換類型，為了減少因為切換帶來的通話中斷，TETRA 標準中對于處于業(yè)務狀態(tài)的切換采用無線小區(qū)可釋放重選策略，其關鍵參數(shù)為TFR、HFR;對于處于空閑狀態(tài)的重選采用無線小區(qū)可改進重選策略，其關鍵參數(shù)為 TSR、HSR。

選取在通話模式小區(qū)切換進行研究，在優(yōu)先級相同的前提下，移動終端要進行小區(qū)切換需要同時滿足以下2 個條件:

1)服務小區(qū)C1＜TFR;

2)鄰區(qū) C2＞HFR+C1并保持5 s。

即對應原系統(tǒng)參數(shù)設置計算值為:

1)IRSS，1+100 ＜ 30，即 IRSS，1＜-70 dBm;

2)IRSS，2+100 ＞ 2 + IRSS，1+100，即 IRSS，2＞-68 dBm。

從現(xiàn)場用儀器測試的結果來看，移動終端在石碁站—海傍站上下行區(qū)間平均接收電平為-75 dBm，容易滿足服務小區(qū) IRSS，1＜-70 dBm 的條件，卻難以滿足鄰區(qū)IRSS，2＞-68 dBm 的條件。此切換參數(shù)過于嚴苛，使列車往往抵達海傍站才進行切換。通過對該區(qū)間2 個頻率場強分布(見圖3)的分析可以發(fā)現(xiàn)，石碁站—海傍站小區(qū)切換條件為服務小區(qū) IRSS，1＜-84 dBm，鄰區(qū) IRSS，2＞-82 dBm 較為合適。

通過相應計算系統(tǒng)切換指令對參數(shù)進行修改，修改后的參數(shù)如表2所示。

經(jīng)無線專業(yè)人員現(xiàn)場測試及運營列車使用反饋，移動終端(手持臺和車載電臺)在石碁站—海傍站下行區(qū)間2/3 處進行切換，切換場強為-80 dBm左右，切換過程平滑舒暢，通話質量良好。

表2 石碁站、海傍站修改后的參數(shù)

圖3 石碁站—海傍站下行區(qū)間信號場強分布示意圖

3 結語

小區(qū)重選、切換技術在無線通信網(wǎng)絡的規(guī)劃中起著重要作用，是建立在信號覆蓋良好前提下的一種優(yōu)化手段。如果專用無線信號覆蓋不良，則修改小區(qū)重選參數(shù)的效果甚微。不合適的小區(qū)重選、切換參數(shù)會增加額外的重選與切換量，進而造成無線通信網(wǎng)絡負擔的增加，降低了無線通信網(wǎng)絡的利用率;小區(qū)頻繁的重選會加重無線通信網(wǎng)絡信令負荷，導致小區(qū)接入性變差，影響無線通信網(wǎng)絡的性能。

［1］關國俊.TETRA 系統(tǒng)小區(qū)重選探討［J］.鐵道通信信號，2011(5):28.

［2］黃格寧.廣州地鐵無線集群系統(tǒng)小區(qū)重選優(yōu)化探討［J］.鐵道通信信號，2012(3):29.