GSM-R網(wǎng)絡乒乓切換優(yōu)化

胡田立

(大秦鐵路股份有限公司，太原 030013)

1 概述

鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)GSM-R 負責為鐵路運輸提供地面與列車間的業(yè)務傳送，如列車運行參數(shù)監(jiān)控、無線車次號校核、調度命令轉發(fā)及簽收確認等信息，同時還可為線路維護人員提供基礎的通信服務。

GSM-R 的服務區(qū)域由連續(xù)的小區(qū)組成，沿鐵路呈線狀分布，為了使列車在移動過程中呼叫不發(fā)生中斷且能夠始終建立在最好的小區(qū)上，GSM-R 小區(qū)間采用切換的方式，以滿足車－地間信息傳送的需求。當機車從一個小區(qū)移動到相鄰的另一小區(qū)時，移動臺負責測量當前無線子系統(tǒng)的下行鏈路質量以及從鄰近小區(qū)接收電平的信號強度，基站監(jiān)測每個被服務移動臺的上行接收電平和質量，并且將測量報告上報基站控制器?；究刂破鞲鶕?jù)基站傳來的測量報告進行切換判決，判決條件成立后，對目標小區(qū)進行篩選，確定切換的目標小區(qū)。在移動終端與目標小區(qū)之間建立新鏈路，目標小區(qū)分配一個新的信道，并且命令移動臺切換到新信道上繼續(xù)提供服務。用戶和舊小區(qū)之間的鏈路連接會被刪除和釋放，以保證用戶的連續(xù)通話。但是當移動臺所處區(qū)域有兩個及以上小區(qū)覆蓋，且小區(qū)間已作切換關系、小區(qū)覆蓋場強相近，這時移動終端不能明顯分辨出主覆蓋小區(qū)，主導頻就會在兩者之間來回切，形成乒乓切換。乒乓切換造成的用戶體驗極差，發(fā)生乒乓切換時，小區(qū)間網(wǎng)絡質量下降，掉話率增高，嚴重時還會產生網(wǎng)絡中斷。

2 乒乓切換分析

GSM-R 網(wǎng)絡中，乒乓切換主要是由于區(qū)間內天饋角度不當、設備位置不當、PBGT 切換參數(shù)設置不當?shù)纫蛩卦斐傻摹?/p>

天饋角度不當、設備位置不當都會導致基站覆蓋面積與工程要求不符，使得小區(qū)切換帶電平覆蓋容易產生波動，出現(xiàn)同頻干擾、鄰頻干擾、切換不當，甚至掉話等問題。合理的調整天饋方位角、設置基站位置，可以將天線輻射能量集中在服務區(qū)，減小對其他小區(qū)的干擾，有效改善移動通信網(wǎng)絡的通信質量，達到網(wǎng)絡優(yōu)化的目的。

GSM-R 小區(qū)間主要采用PBGT 切換，該切換算法總是在實時尋找一個滿足參數(shù)要求的小區(qū)，并判斷是否需要進行切換。主要參數(shù)包括PBGT 切換門限、PBGT 統(tǒng)計時間、PBGT 持續(xù)時間。PBGT切換門限表示服務小區(qū)路損減去鄰近小區(qū)路損大于該參數(shù)的實際取值時，才向鄰近小區(qū)進行PBGT 切換，實際取值等于界面取值減去64。當界面取值小于64 dB 時，可以向比服務小區(qū)路損大的鄰小區(qū)進行切換。觸發(fā)PBGT 切換必須滿足P/N 準則，N 個測量報告中有P 個測量報告滿足PBGT 切換門限，則觸發(fā)PBGT 切換。PBGT 持續(xù)時間、統(tǒng)計時間分別對應P/N 準則的P、N，單位為480 ms。P 值設置越大，越容易造成切換不及時，引起掉話。P 值越小，越容易造成不必要的切換。N 值越大，越容易造成不必要的切換。N 值過小，容易造成切換不及時，引起掉話。車載移動臺的切換過程中，設置適當?shù)膮?shù)，才能在快速切換的同時保證良好的切換質量。

合理設置天饋方位角，調整基站覆蓋范圍，調整發(fā)射功率，控制覆蓋區(qū)域，減小切換帶，在切換區(qū)域形成主覆蓋小區(qū)；優(yōu)化PBGT 切換參數(shù)、提高切換門限，減少頻繁切換，對解決小區(qū)間乒乓切換、優(yōu)化網(wǎng)絡，提升整個無線網(wǎng)系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大作用。

3 乒乓切換優(yōu)化案例

3.1 天饋角度不當

機車行駛至HTB-FS02、HTB-FS03 兩小區(qū)間切換帶位置，頻繁出現(xiàn)乒乓切換的情況。現(xiàn)場測試核查，HTB-FS02、HTB-FS03 間是25 m 高架橋，HTB-FS02 基站天線塔高35 m，下行方向天線俯仰角5°；HTB-FS03 基站天線塔高35 m，上行方向天線俯仰角12°；HTB-FS02、HTB-FS03 俯仰角過大，導致在橋上切換帶附近電平較弱，存在下行質差和乒乓切換。結合現(xiàn)場勘測情況及工程設計，將HTB-FS02 下行方向天線俯仰角調至2°，HTBFS03 上行方向天線俯仰角調至2°。天線調整后，跟蹤后續(xù)列車網(wǎng)絡占用情況，發(fā)現(xiàn)下行質差及乒乓切換現(xiàn)象消除,如圖1 所示。

3.2 設備位置不當

機車行駛至LJP-MM01、LJP-MM02 間切換帶位置，頻繁出現(xiàn)乒乓切換情況。結合設計圖紙發(fā)現(xiàn)LJP-MM01 的R1 覆蓋樊家溝1 號隧道（198 m），LJP-MM02 的R1 覆蓋樊家溝2 號隧道（127 m），接口檢測顯示這兩個遠端機都能將對方所在隧道全部覆蓋，且電平較強。LJP-MM02 的R2 天線覆蓋1.4 km 彎道，進入樊家溝2 號隧道前存在電平弱場。

圖1 HTB-FS02、HTB-FS03切換帶小區(qū)間正常切換Fig.1 Normal switching with cell between HTB-FS02 and HTB-FS03

圖2 LJP-MM01、LJP-MM02切換帶地形及地理位置Fig.2 Switching with topography and geographical location between LJP-MM01 and LJP-MM02

如圖2 所示，結合切換帶地形及地理位置，關閉LJP-MM02 的R1 設備，樊家溝2 號隧道內GSM-R 信號由LJP-MM01 的R1 覆蓋。乘坐檢測車現(xiàn)場效果驗證，經接口數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，關閉LJPMM02 的R1 后，乒乓切換問題解決，如圖3 所示。

3.3 參數(shù)設置不當

圖3 LJP-MM01、LJP-MM02切換帶小區(qū)正常切換Fig.3 Normal switching with cell between LJP-MM01 and LJP-MM02

機車下行至BW-LXB01 小區(qū)覆蓋范圍，向LinXianBei 小區(qū)覆蓋范圍切換時，出現(xiàn)下行質差。結合Abis 網(wǎng)管接口數(shù)據(jù)及該時段的測量報告，發(fā)現(xiàn)機車移動臺占用BW-LXB01 切換到LinXianBei 后，又回切，產生乒乓切換，如圖4 所示。

結合列車運行徑路及工程圖，該路段位于BW-LXB01下掛的直放站遠端機R4 與LinXianBei 下掛直放站遠端機R1 重疊覆蓋區(qū)域。

圖4 切換帶乒乓切換Fig.4 Switching with Ping-pong switching

分析該時段的實時電平數(shù)據(jù)，機車行駛至兩小區(qū)切換帶，BW-LXB01 與LinXianBei 信號都很強，電平存在波動。服務小區(qū)與鄰區(qū)電平差值在5 dB 左右，相鄰小區(qū)切換遲滯值為4（切換時長4×480 ms），信號在空間傳播過程中的波動產生切換，導致乒乓切換?？梢酝ㄟ^適當增大切換設置，降低電平波動引起的乒乓切換。

結合現(xiàn)場情況及經驗值，將BW-LXB01 與LinXianBei 雙向的小區(qū)間切換遲滯和PBGT 切換門限分別由68 dB 調為72 dB，PBGT 統(tǒng)計時間由6（時長6×480 ms）調為8（時長8×480 ms），PBGT 持續(xù)時間由4（時長4×480 ms）調為6（時長6×480 ms）。

調整參數(shù)后，檢測車監(jiān)測該區(qū)段的網(wǎng)絡運用情況，發(fā)現(xiàn)乒乓切換現(xiàn)象消失，如圖5 所示。

4 結語

對GSM-R 網(wǎng)絡中存在乒乓切換的鐵路線進行網(wǎng)絡優(yōu)化前，首先從網(wǎng)管告警處理、硬件故障排查、網(wǎng)絡參數(shù)修改和信令跟蹤與分析等方面進行分析。對于處理告警、排查硬件故障后仍不能消除的乒乓切換區(qū)段，可結合檢測車數(shù)據(jù)分析原因。分析該區(qū)段測量報告，通過分析越區(qū)切換的測試數(shù)據(jù)，直觀檢查越區(qū)切換發(fā)生時最小接入電平、切換門限等參數(shù)設置是否合理。進而根據(jù)具體情況，找到問題原因，通過網(wǎng)管側、現(xiàn)場調試解決。

圖5 BW-LXB01與LinXianBei切換帶小區(qū)間正常切換Fig.5 Normal switching with cell between BW-LXB01 and LinXianBei

提高網(wǎng)絡優(yōu)化技術手段可以使網(wǎng)絡服務質量達到最佳狀態(tài)，使網(wǎng)絡資源得到最合理的利用。因此，監(jiān)測移動臺和基站發(fā)來的關于切換請求以及切換參數(shù)的報告，通過接口監(jiān)測數(shù)據(jù)實時的監(jiān)測網(wǎng)絡實況特性以及網(wǎng)絡中的硬件設備情況，對確定越區(qū)切換失敗的原因，制定相應的解決切換中問題，優(yōu)化網(wǎng)絡參數(shù)，提高設備運行情況，保障鐵路運輸安全，完成貨運增量極其重要。