湯玲 劉星 羅正華 楊洋

【摘? 要】為了提升對講機越區(qū)切換過程中的用戶體驗，提出了更快速、更可靠的越區(qū)切換優(yōu)化方案。對講機在待機時越區(qū)切換，會依照鄰時隙的業(yè)務(wù)情況采用相應(yīng)的策略，可在不影響業(yè)務(wù)漏收情況下更快速查找最優(yōu)基站進(jìn)行登記;對講機在通話中越區(qū)切換時，通過更快速鎖定空口、選用最佳切換點、丟失語音恢復(fù)、重復(fù)語音過濾以及預(yù)測語音關(guān)聯(lián)性大大減少通話掉字。經(jīng)測試，待機時越區(qū)速度提升達(dá)24倍，通話中越區(qū)掉字率減少高達(dá)85%，可有效提升越區(qū)切換的可靠性。

【關(guān)鍵詞】通話中越區(qū);待機時越區(qū);鄰站掃描檢測

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.10.015? ? ? ? 中圖分類號：TN924

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）10-0081-06

引用格式：湯玲，劉星，羅正華，等. 數(shù)字對講機越區(qū)切換優(yōu)化方案[J]. 移動通信， 2020，44（10）： 81-86.

0? ?引言

專網(wǎng)通信在每個關(guān)鍵時刻為用戶提供不間斷的通訊，保障了用戶的高效溝通和快速響應(yīng)。然而，PDT（Professional Digital Trunking，專業(yè)數(shù)字集群）集群系統(tǒng)下，對講機移動位置變化將導(dǎo)致接收的基站信號變差而影響通信，這需要對講機切換到信號更好的基站下工作，以保證用戶通信不間斷。這個切換的過程叫作越區(qū)切換。

對講機越區(qū)切換一般有兩種方式，人為手動切換基站和自動切換基站。手動切換不適用于快速移動的場景，例如隧道、高速公路、地鐵、火車等這些場所。自動切換基站的越區(qū)策略，可實現(xiàn)智能切換，用戶可全天候隨意移動執(zhí)行任務(wù)，不用擔(dān)心通話失敗、語音丟失等情況。

對于自動切換基站方案，對講機從一個基站切換到另外一個基站需要有一個過程。對講機需要先掃描基站控制信道以搜索可以進(jìn)行登記的基站，判斷基站的信號可以進(jìn)行登記后，再通過控制信道向基站進(jìn)行登記。這個切換過程所需要的時間，決定著越區(qū)切換中業(yè)務(wù)的連續(xù)情況。我們需要一系列策略來保證自動越區(qū)切換通信的連續(xù)性，提供給用戶更平滑的越區(qū)通信體驗。自動越區(qū)切換分為兩種場景：對講機待機時越區(qū)切換和對講機通話中越區(qū)切換（包括接收越區(qū)、發(fā)射越區(qū)和通話保持狀態(tài)越區(qū)）。

目前，PDT標(biāo)準(zhǔn)定義了通話中越區(qū)的主要流程，而未明確規(guī)定背景掃描的實現(xiàn)流程，各廠家有不同的越區(qū)切換方案。在PDT集群系統(tǒng)中，越區(qū)切換存在語音丟失、語音重復(fù)、切換速度慢、業(yè)務(wù)漏收的問題，特別是對快速移動過程的重大保障通信影響很大，亟需解決。 所以，本文主要從用戶改善用戶體驗出發(fā)，提出待機時越區(qū)切換和通話中接收越區(qū)優(yōu)化方案，實現(xiàn)更快速越區(qū)切換，增強集群通信的穩(wěn)定性和可靠性。

1? ?原有越區(qū)切換導(dǎo)致語音或業(yè)務(wù)丟失

1.1? 待機時越區(qū)切換

對于待機時的越區(qū)切換，PDT沒有明確規(guī)定實現(xiàn)流程。各個廠商自己實現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)大體分為兩種：

（1）技術(shù)一

當(dāng)前基站信號變?nèi)鯐r，切換到其他鄰近基站頻點下，檢測下行信號強度。并基于對多個鄰近基站信號強度排序，選擇最強基站進(jìn)行切換。技術(shù)一這種方式，對講機鎖定到鄰站進(jìn)行檢測，鄰站檢測過程會漏收當(dāng)前基站下的業(yè)務(wù)。

（2）技術(shù)二

當(dāng)前基站信號變?nèi)鯐r，PDT標(biāo)準(zhǔn)的TDMA（Time Division Multiple Access，時分多址）雙時隙技術(shù)，利用鄰時隙時間，切換到其他鄰近基站頻點檢測信號強度。

技術(shù)二有兩種方案來實現(xiàn)，這兩種方案都有不足。

1）方案一：對講機使用鄰時隙連續(xù)檢測鄰站場強，這會導(dǎo)致無法解析鄰時隙的信令，影響對講機解析鄰時隙的業(yè)務(wù)。

2）方案二：對講機將檢測兩個鄰站的時間間隔延長，以減少對于業(yè)務(wù)的影響，但是會導(dǎo)致鄰站檢測效率低，不能及時找到最優(yōu)的基站。

目前通用的待機時越區(qū)切換采用技術(shù)一來實現(xiàn)，存在切換速度慢、業(yè)務(wù)漏收的問題。對講機移動過程中，如果其所在的基站場強變?nèi)酰瑒t會啟動檢測鄰站場強的機制;對講機檢測鄰站場強時，需要切換至鄰站下行頻點檢測場強。由于對講機切換至鄰站頻點檢測，所以在切換頻點及檢測場強時間段內(nèi)將無法接收原登記基站鄰時隙的下行信令，從而影響業(yè)務(wù)。并且為了盡量減少對于業(yè)務(wù)的影響，會延長檢測鄰站的時間間隔，導(dǎo)致鄰站檢測時間過長，漏收下行信令影響業(yè)務(wù)，會導(dǎo)致對講機漏處理業(yè)務(wù)、無法及時反饋系統(tǒng)尋呼等問題。鄰站檢測時間過長會影響用戶體驗：對講機切換至鄰站過慢，由于時間過長之前檢測的場強已變化導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確等問題。

1.2? 通話中越區(qū)切換

圖1為PDT標(biāo)準(zhǔn)中典型通話中越區(qū)切換流程，表示對講機終端在組呼通話中，越區(qū)切換到參與站的流程。對講機在個呼通話中的切換流程跟組呼類似。

基站在通話業(yè)務(wù)信道下發(fā)該業(yè)務(wù)的鄰近基站的業(yè)務(wù)信道信息，有下行語音時，通過嵌入信令下發(fā)該業(yè)務(wù)的鄰近基站的業(yè)務(wù)信道信息。

（1）終端處于接收狀態(tài)。

（2）當(dāng)終端的信號質(zhì)量惡化，達(dá)到小區(qū)重選條件。

（3）終端對相鄰基站進(jìn)行背景監(jiān)視。

（4）相鄰基站滿足越區(qū)條件，終端自行切換到這個相鄰基站。

（5）越區(qū)后繼續(xù)接收語音。

從PDT標(biāo)準(zhǔn)中接收越區(qū)切換流程中可以看出，標(biāo)準(zhǔn)未定義越區(qū)切換的處理細(xì)節(jié)，在語音接收中當(dāng)檢測到滿足越區(qū)切換條件后，則可以進(jìn)行越區(qū)流程和信道切換。然而信道切換完成有多個步驟，需要進(jìn)行同步字檢測，時隙校準(zhǔn)鎖定。鎖定完成后，才能繼續(xù)接收語音并播放。在語音通話中，每個語音超幀包含A、B、C、D、E、F六個語音幀，每個語音超幀中只有A幀有幀同步字，因此在最惡劣情況下，至少丟失720 ms語音。而且在加密語音情況下，越區(qū)切換后，需要重新接收嵌入式PI頭加密信息，對加密參數(shù)進(jìn)行初始化，嵌入式加密PI頭720 ms才有一個，因此加密語音接收越區(qū)掉字都在1 s以上。同時基站間存在網(wǎng)絡(luò)抖動延時，會增加語音丟失，或語音重復(fù)情況。

由上可知，越區(qū)切換主要缺點就是，切換過程時間長，語音丟失多，造成用戶通話內(nèi)容丟失，用戶體驗不好。

2? ?以盡量減少業(yè)務(wù)中斷為目標(biāo)的優(yōu)化思路

2.1? 待機時越區(qū)切換

對于非通話時的越區(qū)切換，考慮對技術(shù)二的兩種方案進(jìn)行結(jié)合來進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化思路為：根據(jù)鄰時隙的業(yè)務(wù)情況采用相應(yīng)的鄰站檢測機制，兼顧當(dāng)前基站業(yè)務(wù)不受影響，又能夠更快地進(jìn)行更好信號強度的基站搜索，盡快切換到信號好的基站上。

2.2? 通話中越區(qū)切換

對于通話中越區(qū)，優(yōu)化思路如下：

在數(shù)字專網(wǎng)TDMA系統(tǒng)中通話越區(qū)，需執(zhí)行信道切換、同步檢測、時隙鎖定、語音同步等多個過程，這些過程需要消耗時間，因此存在語音丟失的情況。要減少通話越區(qū)切換過程中語音的丟失，需要從信道切換速度、同步檢測速度、時隙鎖定速度、語音信息同步策略、語音丟失恢復(fù)等多個方面著手，減少語音的丟失，提升用戶通話的平滑性，提升用戶體驗。

（1）快速鎖定空口：采用兩個時隙均檢測同步，減少信道時隙鎖定時間，更快速完成越區(qū)切換。

（2）確定最佳切換點：在特定的語音幀位置進(jìn)行切換，確保切換后更快接收到語音幀。

（3）丟失語音恢復(fù)：利用聲碼器恢復(fù)丟失的語音幀。

（4）重復(fù)語音幀過濾：增加重復(fù)幀過濾策略，避免網(wǎng)絡(luò)延時導(dǎo)致的語音重復(fù)播放問題。

（5）預(yù)測語音關(guān)聯(lián)性：預(yù)測越區(qū)前后語音的關(guān)聯(lián)性，保證越區(qū)前后語音的連續(xù)性。

3? ?符合優(yōu)化思路的技術(shù)實現(xiàn)手段

3.1? 待機時越區(qū)切換

為了避免在鄰時隙完全進(jìn)行鄰站場強檢測而漏收鄰時隙的業(yè)務(wù)，新方案會依據(jù)鄰站業(yè)務(wù)的相關(guān)性而采用相應(yīng)的鄰站場強檢測策略。

對講機根據(jù)記錄的所在基站鄰時隙下行業(yè)務(wù)情況，將鄰時隙下行業(yè)務(wù)分為：本對講機關(guān)注的周期性業(yè)務(wù)、本對講機不關(guān)注的業(yè)務(wù)、本對講機無法判定周期的業(yè)務(wù)。對講機檢測到當(dāng)前所在基站的下行信息已經(jīng)不符合停留條件，則啟動鄰時隙檢測鄰站信息機制，依據(jù)鄰時隙業(yè)務(wù)的情況采用不同的檢測機制。

（1）如圖2所示，如果鄰時隙業(yè)務(wù)為無法判斷周期的業(yè)務(wù)，則根據(jù)用戶配置以1：N的時間間隔檢測鄰站信息。

對講機待機在控制信道，當(dāng)前基站場強達(dá)到后臺掃描啟動門限時，開始啟動鄰站場強檢測;對講機根據(jù)監(jiān)測控制信道鄰時隙下行信令無法確定鄰時隙支持的業(yè)務(wù)情況時，則使用系統(tǒng)規(guī)劃時配置的檢測周期進(jìn)行鄰時隙檢測鄰站場強;如：在不確定鄰時隙業(yè)務(wù)的情況下，按照1：N的方式，即每使用鄰時隙檢測完鄰站場強，在對講機制定的固定間隔時間后再次使用鄰時隙檢測下一個鄰站的場強，減少鄰時隙丟失信令的概率。

1：N由用戶配置的鄰站掃描間隔時間決定，最快可以配置為1：1，即鄰站掃描間隔時間為180 ms。

（1）如圖3所示，如果鄰時隙業(yè)務(wù)為本對講機關(guān)注的下行周期性業(yè)務(wù)，則對講機需要記錄鄰時隙業(yè)務(wù)周期;對講機在需要使用鄰時隙檢測鄰站場強時，如果當(dāng)前處于關(guān)注的業(yè)務(wù)周期中，則優(yōu)先處理周期業(yè)務(wù)，暫不執(zhí)行鄰站場強檢測;如果當(dāng)前不是處于關(guān)注業(yè)務(wù)周期中，則可以使用鄰時隙連續(xù)檢測鄰站場強。

對講機待機在控制信道，當(dāng)前基站場強達(dá)到后臺掃描啟動門限時，開始啟動鄰站場強檢測。對講機根據(jù)監(jiān)測控制信道鄰時隙下行信令為本對講機關(guān)注的周期性業(yè)務(wù)，位置信息輔控上拉等，則記錄相關(guān)業(yè)務(wù)周期，本對講機在處理鄰時隙周期業(yè)務(wù)的時間點，鄰時隙不做鄰站場強檢測處理。其他時間，本對講機使用鄰時隙檢測鄰站場強。

（2）如圖4所示，如果鄰時隙業(yè)務(wù)為非本對講機關(guān)注的業(yè)務(wù)，則對講機可以使用鄰時隙連續(xù)檢測鄰站信息。

對講機待機在控制信道，當(dāng)前基站場強達(dá)到后臺掃描啟動門限時，開始啟動鄰站場強檢測。對講機根據(jù)監(jiān)測控制信道鄰時隙下行信令為非本對講機關(guān)注業(yè)務(wù)，則認(rèn)定當(dāng)前基站環(huán)境，本對講機的業(yè)務(wù)不需要鄰時隙下發(fā)信令觸發(fā)，則全部鄰時隙可以用于鄰站場強檢測。

上述流程極大限度地利用了鄰時隙，在不影響自身業(yè)務(wù)的情況下，盡量連續(xù)地使用鄰時隙檢測鄰站信息，大大地縮減了兩個鄰站間的檢測間隔。

3.2? 通話中越區(qū)優(yōu)化

以減少通話中越區(qū)切換時間和語音恢復(fù)與去重為思路，通過5大手段聯(lián)手來優(yōu)化通話中越區(qū)切換流程。

（1）快速鎖定空口

如圖5所示，TDMA系統(tǒng)中，首先需要進(jìn)行時隙鎖定，才能進(jìn)行后續(xù)信號的接收解碼。新方案在越區(qū)信道切換后使用檢測到的同步信號的前后兩個時隙的CACH進(jìn)行時隙鎖定，可以減少信道時隙鎖定時間，從而加快越區(qū)切換速度。

1）TC：1 bit，0和1兩個值可以分別指示空口時隙1和時隙2。

2）如圖6所示。優(yōu)化前，只在檢測到同步的時隙上報數(shù)據(jù)，上報兩幀數(shù)據(jù)完成鎖定最少需要90 ms;如果需要換時隙，則需要再加60 ms，總共需要150 ms。優(yōu)化后，在檢測到同步后，兩個時隙都上報數(shù)據(jù)，上報兩幀數(shù)據(jù)就可完成鎖定，只需要60 ms。

（2）確定最佳切換點

選定最佳切換點，可讓終端越區(qū)切換后以最短的時間鎖定目標(biāo)時隙并進(jìn)行信號接收解碼。

在選擇最佳切換點時需要考慮網(wǎng)絡(luò)延時情況、時隙鎖定速度和語音超幀特性。在PDT專網(wǎng)系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)延時預(yù)計在120 ms以內(nèi)，對講機采用空口快速鎖定技術(shù)最快只需60 ms。語音超幀包含6幀，其中A幀是超幀起點且有同步信息，可采用在收完語音D幀后進(jìn)行越區(qū)切換，這樣確保越區(qū)切換后能盡快收到語音幀。

圖7為兩信道同步無網(wǎng)絡(luò)延時且通過A幀進(jìn)行時隙鎖定的越區(qū)切換場景。終端在D幀進(jìn)行信道切換，越區(qū)切換后終端需要等待自身時隙的A幀同步進(jìn)行時隙鎖定，這個等待過程為120 ms。所以，就算考慮網(wǎng)絡(luò)延時的情況，終端鎖定目標(biāo)時隙的等待時間也不會超過1個超幀時間。

圖8為兩信道同步無網(wǎng)絡(luò)延時且通過鄰時隙同步幀進(jìn)行時隙鎖定的越區(qū)切換場景。終端在D幀進(jìn)行信道切換，越區(qū)切換后，收到鄰時隙同步的情況下，越區(qū)后可以馬上收到語音F幀，而不需要考慮網(wǎng)絡(luò)延時。

（3）丟失語音恢復(fù)

如圖9所示，信道切換、同步檢測、時隙鎖定，需要耗時，期間會造成語音幀的丟失。當(dāng)越區(qū)切換過程中有語音幀丟失時，則利用聲碼器丟幀恢復(fù)處理，可以恢復(fù)丟失的語音，實現(xiàn)信道切換后聲音平滑過渡。

（4）重復(fù)語音幀過濾

如圖10所示，由于基站網(wǎng)絡(luò)鏈路會存在抖動，語音數(shù)據(jù)在基站間傳輸會有時延，時延有正延時和負(fù)延時，所以需要可能存在越區(qū)切換后收到重復(fù)語音數(shù)據(jù)，因此要消除網(wǎng)絡(luò)抖動的影響。為了避免因為網(wǎng)絡(luò)延時導(dǎo)致的越區(qū)后語音重復(fù)播放問題，增加重復(fù)幀過濾策略。越區(qū)切換前保存最近收到的三個語音幀，越區(qū)切換后，將第一次收到的語音幀與備份的語音幀進(jìn)行對比判斷（加入一定容錯率），如果是重復(fù)的語音幀則丟棄該語音幀。

（5）預(yù)測語音關(guān)聯(lián)性

PDT語音幀編號為ABCDEF六個幀，六個幀為一個超幀，超幀中嵌入有控制信息，或加密信息。因此越區(qū)前收到的幀編號和越區(qū)后收到的幀編號做到連續(xù)性后，能夠?qū)崿F(xiàn)語音處理過渡更平滑。

根據(jù)越區(qū)切換時間點（如在語音幀D幀進(jìn)行切換）、語音超幀特性（語音超幀包含ABCDEF語音幀，每幀60 ms）和LCSS（Link Control Start/Stop，鏈路控制標(biāo)識位）的指示，可以預(yù)測越區(qū)后收到的語音幀與越區(qū)前的語音幀的關(guān)系，從而可以確保越區(qū)切換時不停止語音接收，同時對于加密呼叫，也不需要重新進(jìn)行加密相關(guān)信息同步，從而保證越區(qū)前后語音的連續(xù)性。

（6）優(yōu)化后的通話中越區(qū)流程

優(yōu)化后的通話中接收越區(qū)流程下：

1）開始接收越區(qū)前，先進(jìn)行越區(qū)前參與準(zhǔn)備工作（備份等）。

2）在收到D幀語音幀后，進(jìn)行信道切換。

3）信道切換后，進(jìn)行時隙鎖定。

4）判斷是否發(fā)生語音幀丟失，是：對丟失語音幀進(jìn)行語音幀恢復(fù);否：進(jìn)入下一步。

5）判斷接收過程中收到的是否是重復(fù)語音幀，是：丟棄;否：進(jìn)入下一步。

6）正常播放語音，接收越區(qū)流程結(jié)束。

4? ?應(yīng)用效果

（1）待機時越區(qū)切換

優(yōu)化后的待機時越區(qū)切換可在不影響當(dāng)前站業(yè)務(wù)漏收的情況下，更快速完成鄰站掃描檢測，快速切換到最優(yōu)的站點，具體如下。

1）不影響當(dāng)前時隙業(yè)務(wù)。原有方案從當(dāng)前基站切換到鄰站檢測場強，存在漏收當(dāng)前基站控制信道信令的風(fēng)險。新方案只在控制信道鄰時隙檢測鄰站場強，能保證當(dāng)前時隙的可靠接收，不會影響當(dāng)前時隙業(yè)務(wù)。

2）不影響鄰時隙業(yè)務(wù)。原有方案從當(dāng)前基站鄰時隙切換到鄰站檢測場強，存在漏收當(dāng)前基站鄰時隙信令的風(fēng)險。新方案采用自適應(yīng)鄰近站檢測策略，可以動態(tài)地根據(jù)鄰時隙業(yè)務(wù)類型調(diào)整鄰時隙檢測鄰站的周期，幾乎不存在漏收鄰時隙信令的風(fēng)險，降低鄰站檢測對于鄰時隙業(yè)務(wù)的影響。

3）鄰站場強檢測間隔更短，可更快速檢測到最優(yōu)鄰站。原有方案兩個鄰站檢測時間間隔較長，默認(rèn)檢測間隔為3 s。新方案兩個鄰站檢測時間間隔短，最短間隔只需要120 ms。鄰站掃描速度最大可提升24倍（此處的最短間隔時間是指鄰時隙無本對講機關(guān)注業(yè)務(wù)時，使用鄰時隙連續(xù)掃描鄰站）。按照14個鄰站全部檢測完計算，原有方案按照默認(rèn)值需要42 s，新方案最快只需要1.68 s。

4）檢測到最優(yōu)鄰站的準(zhǔn)確性更高。原有方案檢測完全部鄰站時間長，已檢測的場強可能已經(jīng)變化了，檢測結(jié)果存在不準(zhǔn)確風(fēng)險。新方案檢測完全部鄰站時間短，已檢測的場強實時性高，檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

（2）通話中越區(qū)切換

優(yōu)化后的接收越切方案，加密呼叫掉字明顯減少，非加密呼叫也有一定改善。在產(chǎn)品中應(yīng)用測試數(shù)據(jù)如表1所示。在用戶系統(tǒng)環(huán)境下，通過對講機測試線，連接示波器，獲取對講喇叭輸出波形，計算示波器越區(qū)前和越區(qū)后的聲音輸出波形差值，等到語音丟失（掉字）時長。以下測試數(shù)據(jù)為10次測試的平均值。

5? ?結(jié)束語

該方案在廣東省深圳市南山區(qū)某PDT集群系統(tǒng)下，經(jīng)城市道路區(qū)域和地鐵沿線車廂里使用，在快速連續(xù)切換基站和多重疊覆蓋區(qū)，都具有很好的效果。同時，在地下、地面移動，也能夠快速無縫進(jìn)行切換，通話中能夠有效減少語音丟失，提升用戶的使用體驗。經(jīng)測試，待機時越區(qū)速度提升達(dá)24倍，通話中越區(qū)掉字率減少高達(dá)85%。

對講機越區(qū)切換也是一個長期的持續(xù)優(yōu)化的專題，目前技術(shù)還未能做到真正的零掉字，未來還需要更多的技術(shù)攻關(guān)和突破來實現(xiàn)進(jìn)一步的突破和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[2]? ?中華人民共和國公安部. 警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范-空中接口呼叫控制層——修訂-R2_20191107a[R]. 2019-11-07.