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(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R 負(fù)責(zé)為鐵路運(yùn)輸提供地面與列車間的業(yè)務(wù)傳送，如列車運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控、無線車次號(hào)校核、調(diào)度命令轉(zhuǎn)發(fā)及簽收確認(rèn)等信息，同時(shí)還可為線路維護(hù)人員提供基礎(chǔ)的通信服務(wù)。

GSM-R 的服務(wù)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(dòng)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(dāng)機(jī)車從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到相鄰的另一小區(qū)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)負(fù)責(zé)測(cè)量當(dāng)前無線子系統(tǒng)的下行鏈路質(zhì)量以及從鄰近小區(qū)接收電平的信號(hào)強(qiáng)度，基站監(jiān)測(cè)每個(gè)被服務(wù)移動(dòng)臺(tái)的上行接收電平和質(zhì)量，并且將測(cè)量報(bào)告上報(bào)基站控制器?；究刂破鞲鶕?jù)基站傳來的測(cè)量報(bào)告進(jìn)行切換判決，判決條件成立后，對(duì)目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行篩選，確定切換的目標(biāo)小區(qū)。在移動(dòng)終端與目標(biāo)小區(qū)之間建立新鏈路，目標(biāo)小區(qū)分配一個(gè)新的信道，并且命令移動(dòng)臺(tái)切換到新信道上繼續(xù)提供服務(wù)。用戶和舊小區(qū)之間的鏈路連接會(huì)被刪除和釋放，以保證用戶的連續(xù)通話。但是當(dāng)移動(dòng)臺(tái)所處區(qū)域有兩個(gè)及以上小區(qū)覆蓋，且小區(qū)間已作切換關(guān)系、小區(qū)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)相近，這時(shí)移動(dòng)終端不能明顯分辨出主覆蓋小區(qū)，主導(dǎo)頻就會(huì)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(yàn)極差，發(fā)生乒乓切換時(shí)，小區(qū)間網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降，掉話率增高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)中斷。

2 乒乓切換分析

GSM-R 網(wǎng)絡(luò)中，乒乓切換主要是由于區(qū)間內(nèi)天饋角度不當(dāng)、設(shè)備位置不當(dāng)、PBGT 切換參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻摹?/p>

天饋角度不當(dāng)、設(shè)備位置不當(dāng)都會(huì)導(dǎo)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(chǎn)生波動(dòng)，出現(xiàn)同頻干擾、鄰頻干擾、切換不當(dāng)，甚至掉話等問題。合理的調(diào)整天饋方位角、設(shè)置基站位置，可以將天線輻射能量集中在服務(wù)區(qū)，減小對(duì)其他小區(qū)的干擾，有效改善移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)尋找一個(gè)滿足參數(shù)要求的小區(qū)，并判斷是否需要進(jìn)行切換。主要參數(shù)包括PBGT 切換門限、PBGT 統(tǒng)計(jì)時(shí)間、PBGT 持續(xù)時(shí)間。PBGT切換門限表示服務(wù)小區(qū)路損減去鄰近小區(qū)路損大于該參數(shù)的實(shí)際取值時(shí)，才向鄰近小區(qū)進(jìn)行PBGT 切換，實(shí)際取值等于界面取值減去64。當(dāng)界面取值小于64 dB 時(shí)，可以向比服務(wù)小區(qū)路損大的鄰小區(qū)進(jìn)行切換。觸發(fā)PBGT 切換必須滿足P/N 準(zhǔn)則，N 個(gè)測(cè)量報(bào)告中有P 個(gè)測(cè)量報(bào)告滿足PBGT 切換門限，則觸發(fā)PBGT 切換。PBGT 持續(xù)時(shí)間、統(tǒng)計(jì)時(shí)間分別對(duì)應(yīng)P/N 準(zhǔn)則的P、N，單位為480 ms。P 值設(shè)置越大，越容易造成切換不及時(shí)，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(shí)，引起掉話。車載移動(dòng)臺(tái)的切換過程中，設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，才能在快速切換的同時(shí)保證良好的切換質(zhì)量。

合理設(shè)置天饋方位角，調(diào)整基站覆蓋范圍，調(diào)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(duì)解決小區(qū)間乒乓切換、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，提升整個(gè)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(dāng)

機(jī)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?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(dǎo)致在橋上切換帶附近電平較弱，存在下行質(zhì)差和乒乓切換。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況及工程設(shè)計(jì)，將HTB-FS02 下行方向天線俯仰角調(diào)至2°，HTBFS03 上行方向天線俯仰角調(diào)至2°。天線調(diào)整后，跟蹤后續(xù)列車網(wǎng)絡(luò)占用情況，發(fā)現(xiàn)下行質(zhì)差及乒乓切換現(xiàn)象消除,如圖1 所示。

3.2 設(shè)備位置不當(dāng)

機(jī)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(jié)合設(shè)計(jì)圖紙發(fā)現(xiàn)LJP-MM01 的R1 覆蓋樊家溝1 號(hào)隧道（198 m），LJP-MM02 的R1 覆蓋樊家溝2 號(hào)隧道（127 m），接口檢測(cè)顯示這兩個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)都能將對(duì)方所在隧道全部覆蓋，且電平較強(qiáng)。LJP-MM02 的R2 天線覆蓋1.4 km 彎道，進(jìn)入樊家溝2 號(hào)隧道前存在電平弱場(chǎng)。

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(jié)合切換帶地形及地理位置，關(guān)閉LJP-MM02 的R1 設(shè)備，樊家溝2 號(hào)隧道內(nèi)GSM-R 信號(hào)由LJP-MM01 的R1 覆蓋。乘坐檢測(cè)車現(xiàn)場(chǎng)效果驗(yàn)證，經(jīng)接口數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉LJPMM02 的R1 后，乒乓切換問題解決，如圖3 所示。

3.3 參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

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(jī)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(shí)，出現(xiàn)下行質(zhì)差。結(jié)合Abis 網(wǎng)管接口數(shù)據(jù)及該時(shí)段的測(cè)量報(bào)告，發(fā)現(xiàn)機(jī)車移動(dòng)臺(tái)占用BW-LXB01 切換到LinXianBei 后，又回切，產(chǎn)生乒乓切換，如圖4 所示。

結(jié)合列車運(yùn)行徑路及工程圖，該路段位于BW-LXB01下掛的直放站遠(yuǎn)端機(jī)R4 與LinXianBei 下掛直放站遠(yuǎn)端機(jī)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(shí)段的實(shí)時(shí)電平數(shù)據(jù)，機(jī)車行駛至兩小區(qū)切換帶，BW-LXB01 與LinXianBei 信號(hào)都很強(qiáng)，電平存在波動(dòng)。服務(wù)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(shí)長(zhǎng)4×480 ms），信號(hào)在空間傳播過程中的波動(dòng)產(chǎn)生切換，導(dǎo)致乒乓切換?？梢酝ㄟ^適當(dāng)增大切換設(shè)置，降低電平波動(dòng)引起的乒乓切換。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及經(jīng)驗(yàn)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(diào)為72 dB，PBGT 統(tǒng)計(jì)時(shí)間由6（時(shí)長(zhǎng)6×480 ms）調(diào)為8（時(shí)長(zhǎng)8×480 ms），PBGT 持續(xù)時(shí)間由4（時(shí)長(zhǎng)4×480 ms）調(diào)為6（時(shí)長(zhǎng)6×480 ms）。

調(diào)整參數(shù)后，檢測(cè)車監(jiān)測(cè)該區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用情況，發(fā)現(xiàn)乒乓切換現(xiàn)象消失，如圖5 所示。

4 結(jié)語

對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)中存在乒乓切換的鐵路線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前，首先從網(wǎng)管告警處理、硬件故障排查、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)修改和信令跟蹤與分析等方面進(jìn)行分析。對(duì)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(jié)合檢測(cè)車數(shù)據(jù)分析原因。分析該區(qū)段測(cè)量報(bào)告，通過分析越區(qū)切換的測(cè)試數(shù)據(jù)，直觀檢查越區(qū)切換發(fā)生時(shí)最小接入電平、切換門限等參數(shù)設(shè)置是否合理。進(jìn)而根據(jù)具體情況，找到問題原因，通過網(wǎng)管側(cè)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)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(luò)優(yōu)化技術(shù)手段可以使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)，使網(wǎng)絡(luò)資源得到最合理的利用。因此，監(jiān)測(cè)移動(dòng)臺(tái)和基站發(fā)來的關(guān)于切換請(qǐng)求以及切換參數(shù)的報(bào)告，通過接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)況特性以及網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備情況，對(duì)確定越區(qū)切換失敗的原因，制定相應(yīng)的解決切換中問題，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行情況，保障鐵路運(yùn)輸安全，完成貨運(yùn)增量極其重要。