GSM-R網絡乒乓切換優化

胡田立

(大秦鐵路股份有限公司，太原 030013)

1 概述

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

GSM-R 的服務區域由連續的小區組成，沿鐵路呈線狀分布，為了使列車在移動過程中呼叫不發生中斷且能夠始終建立在最好的小區上，GSM-R 小區間采用切換的方式，以滿足車－地間信息傳送的需求。當機車從一個小區移動到相鄰的另一小區時，移動臺負責測量當前無線子系統的下行鏈路質量以及從鄰近小區接收電平的信號強度，基站監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。基站控制器根據基站傳來的測量報告進行切換判決，判決條件成立后，對目標小區進行篩選，確定切換的目標小區。在移動終端與目標小區之間建立新鏈路，目標小區分配一個新的信道，并且命令移動臺切換到新信道上繼續提供服務。用戶和舊小區之間的鏈路連接會被刪除和釋放，以保證用戶的連續通話。但是當移動臺所處區域有兩個及以上小區覆蓋，且小區間已作切換關系、小區覆蓋場強相近，這時移動終端不能明顯分辨出主覆蓋小區，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，發生乒乓切換時，小區間網絡質量下降，掉話率增高，嚴重時還會產生網絡中斷。

2 乒乓切換分析

GSM-R 網絡中，乒乓切換主要是由于區間內天饋角度不當、設備位置不當、PBGT 切換參數設置不當等因素造成的。

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，使得小區切換帶電平覆蓋容易產生波動，出現同頻干擾、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，減小對其他小區的干擾，有效改善移動通信網絡的通信質量，達到網絡優化的目的。

GSM-R 小區間主要采用PBGT 切換，該切換算法總是在實時尋找一個滿足參數要求的小區，并判斷是否需要進行切換。主要參數包括PBGT 切換門限、PBGT 統計時間、PBGT 持續時間。PBGT切換門限表示服務小區路損減去鄰近小區路損大于該參數的實際取值時，才向鄰近小區進行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，可以向比服務小區路損大的鄰小區進行切換。觸發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PBGT 切換。PBGT 持續時間、統計時間分別對應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，設置適當的參數，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，調整發射功率，控制覆蓋區域，減小切換帶，在切換區域形成主覆蓋小區；優化PBGT 切換參數、提高切換門限，減少頻繁切換，對解決小區間乒乓切換、優化網絡，提升整個無線網系統的有效性和可靠性有很大作用。

3 乒乓切換優化案例

3.1 天饋角度不當

機車行駛至HTB-FS02、HTB-FS03 兩小區間切換帶位置，頻繁出現乒乓切換的情況。現場測試核查，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，跟蹤后續列車網絡占用情況，發現下行質差及乒乓切換現象消除,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，頻繁出現乒乓切換情況。結合設計圖紙發現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。乘坐檢測車現場效果驗證，經接口數據監測發現，關閉LJPMM02 的R1 后，乒乓切換問題解決，如圖3 所示。

3.3 參數設置不當

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

機車下行至BW-LXB01 小區覆蓋范圍，向LinXianBei 小區覆蓋范圍切換時，出現下行質差。結合Abis 網管接口數據及該時段的測量報告，發現機車移動臺占用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據，機車行駛至兩小區切換帶，BW-LXB01 與LinXianBei 信號都很強，電平存在波動。服務小區與鄰區電平差值在5 dB 左右，相鄰小區切換遲滯值為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。可以通過適當增大切換設置，降低電平波動引起的乒乓切換。

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

調整參數后，檢測車監測該區段的網絡運用情況，發現乒乓切換現象消失，如圖5 所示。

4 結語

對GSM-R 網絡中存在乒乓切換的鐵路線進行網絡優化前，首先從網管告警處理、硬件故障排查、網絡參數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段，可結合檢測車數據分析原因。分析該區段測量報告，通過分析越區切換的測試數據，直觀檢查越區切換發生時最小接入電平、切換門限等參數設置是否合理。進而根據具體情況，找到問題原因，通過網管側、現場調試解決。

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

提高網絡優化技術手段可以使網絡服務質量達到最佳狀態，使網絡資源得到最合理的利用。因此，監測移動臺和基站發來的關于切換請求以及切換參數的報告，通過接口監測數據實時的監測網絡實況特性以及網絡中的硬件設備情況，對確定越區切換失敗的原因，制定相應的解決切換中問題，優化網絡參數，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。