GSM-R网络乒乓切换优化

胡田立

(大秦铁路股份有限公司，太原 030013)

1 概述

铁路综合数字移动通信系统GSM-R 负责为铁路运输提供地面与列车间的业务传送，如列车运行参数监控、无线车次号校核、调度命令转发及签收确认等信息，同时还可为线路维护人员提供基础的通信服务。

GSM-R 的服务区域由连续的小区组成，沿铁路呈线状分布，为了使列车在移动过程中呼叫不发生中断且能够始终建立在最好的小区上，GSM-R 小区间采用切换的方式，以满足车－地间信息传送的需求。当机车从一个小区移动到相邻的另一小区时，移动台负责测量当前无线子系统的下行链路质量以及从邻近小区接收电平的信号强度，基站监测每个被服务移动台的上行接收电平和质量，并且将测量报告上报基站控制器。基站控制器根据基站传来的测量报告进行切换判决，判决条件成立后，对目标小区进行筛选，确定切换的目标小区。在移动终端与目标小区之间建立新链路，目标小区分配一个新的信道，并且命令移动台切换到新信道上继续提供服务。用户和旧小区之间的链路连接会被删除和释放，以保证用户的连续通话。但是当移动台所处区域有两个及以上小区覆盖，且小区间已作切换关系、小区覆盖场强相近，这时移动终端不能明显分辨出主覆盖小区，主导频就会在两者之间来回切，形成乒乓切换。乒乓切换造成的用户体验极差，发生乒乓切换时，小区间网络质量下降，掉话率增高，严重时还会产生网络中断。

2 乒乓切换分析

GSM-R 网络中，乒乓切换主要是由于区间内天馈角度不当、设备位置不当、PBGT 切换参数设置不当等因素造成的。

天馈角度不当、设备位置不当都会导致基站覆盖面积与工程要求不符，使得小区切换带电平覆盖容易产生波动，出现同频干扰、邻频干扰、切换不当，甚至掉话等问题。合理的调整天馈方位角、设置基站位置，可以将天线辐射能量集中在服务区，减小对其他小区的干扰，有效改善移动通信网络的通信质量，达到网络优化的目的。

GSM-R 小区间主要采用PBGT 切换，该切换算法总是在实时寻找一个满足参数要求的小区，并判断是否需要进行切换。主要参数包括PBGT 切换门限、PBGT 统计时间、PBGT 持续时间。PBGT切换门限表示服务小区路损减去邻近小区路损大于该参数的实际取值时，才向邻近小区进行PBGT 切换，实际取值等于界面取值减去64。当界面取值小于64 dB 时，可以向比服务小区路损大的邻小区进行切换。触发PBGT 切换必须满足P/N 准则，N 个测量报告中有P 个测量报告满足PBGT 切换门限，则触发PBGT 切换。PBGT 持续时间、统计时间分别对应P/N 准则的P、N，单位为480 ms。P 值设置越大，越容易造成切换不及时，引起掉话。P 值越小，越容易造成不必要的切换。N 值越大，越容易造成不必要的切换。N 值过小，容易造成切换不及时，引起掉话。车载移动台的切换过程中，设置适当的参数，才能在快速切换的同时保证良好的切换质量。

合理设置天馈方位角，调整基站覆盖范围，调整发射功率，控制覆盖区域，减小切换带，在切换区域形成主覆盖小区；优化PBGT 切换参数、提高切换门限，减少频繁切换，对解决小区间乒乓切换、优化网络，提升整个无线网系统的有效性和可靠性有很大作用。

3 乒乓切换优化案例

3.1 天馈角度不当

机车行驶至HTB-FS02、HTB-FS03 两小区间切换带位置，频繁出现乒乓切换的情况。现场测试核查，HTB-FS02、HTB-FS03 间是25 m 高架桥，HTB-FS02 基站天线塔高35 m，下行方向天线俯仰角5°；HTB-FS03 基站天线塔高35 m，上行方向天线俯仰角12°；HTB-FS02、HTB-FS03 俯仰角过大，导致在桥上切换带附近电平较弱，存在下行质差和乒乓切换。结合现场勘测情况及工程设计，将HTB-FS02 下行方向天线俯仰角调至2°，HTBFS03 上行方向天线俯仰角调至2°。天线调整后，跟踪后续列车网络占用情况，发现下行质差及乒乓切换现象消除,如图1 所示。

3.2 设备位置不当

机车行驶至LJP-MM01、LJP-MM02 间切换带位置，频繁出现乒乓切换情况。结合设计图纸发现LJP-MM01 的R1 覆盖樊家沟1 号隧道（198 m），LJP-MM02 的R1 覆盖樊家沟2 号隧道（127 m），接口检测显示这两个远端机都能将对方所在隧道全部覆盖，且电平较强。LJP-MM02 的R2 天线覆盖1.4 km 弯道，进入樊家沟2 号隧道前存在电平弱场。

图1 HTB-FS02、HTB-FS03切换带小区间正常切换Fig.1 Normal switching with cell between HTB-FS02 and HTB-FS03

图2 LJP-MM01、LJP-MM02切换带地形及地理位置Fig.2 Switching with topography and geographical location between LJP-MM01 and LJP-MM02

如图2 所示，结合切换带地形及地理位置，关闭LJP-MM02 的R1 设备，樊家沟2 号隧道内GSM-R 信号由LJP-MM01 的R1 覆盖。乘坐检测车现场效果验证，经接口数据监测发现，关闭LJPMM02 的R1 后，乒乓切换问题解决，如图3 所示。

3.3 参数设置不当

图3 LJP-MM01、LJP-MM02切换带小区正常切换Fig.3 Normal switching with cell between LJP-MM01 and LJP-MM02

机车下行至BW-LXB01 小区覆盖范围，向LinXianBei 小区覆盖范围切换时，出现下行质差。结合Abis 网管接口数据及该时段的测量报告，发现机车移动台占用BW-LXB01 切换到LinXianBei 后，又回切，产生乒乓切换，如图4 所示。

结合列车运行径路及工程图，该路段位于BW-LXB01下挂的直放站远端机R4 与LinXianBei 下挂直放站远端机R1 重叠覆盖区域。

图4 切换带乒乓切换Fig.4 Switching with Ping-pong switching

分析该时段的实时电平数据，机车行驶至两小区切换带，BW-LXB01 与LinXianBei 信号都很强，电平存在波动。服务小区与邻区电平差值在5 dB 左右，相邻小区切换迟滞值为4（切换时长4×480 ms），信号在空间传播过程中的波动产生切换，导致乒乓切换。可以通过适当增大切换设置，降低电平波动引起的乒乓切换。

结合现场情况及经验值，将BW-LXB01 与LinXianBei 双向的小区间切换迟滞和PBGT 切换门限分别由68 dB 调为72 dB，PBGT 统计时间由6（时长6×480 ms）调为8（时长8×480 ms），PBGT 持续时间由4（时长4×480 ms）调为6（时长6×480 ms）。

调整参数后，检测车监测该区段的网络运用情况，发现乒乓切换现象消失，如图5 所示。

4 结语

对GSM-R 网络中存在乒乓切换的铁路线进行网络优化前，首先从网管告警处理、硬件故障排查、网络参数修改和信令跟踪与分析等方面进行分析。对于处理告警、排查硬件故障后仍不能消除的乒乓切换区段，可结合检测车数据分析原因。分析该区段测量报告，通过分析越区切换的测试数据，直观检查越区切换发生时最小接入电平、切换门限等参数设置是否合理。进而根据具体情况，找到问题原因，通过网管侧、现场调试解决。

图5 BW-LXB01与LinXianBei切换带小区间正常切换Fig.5 Normal switching with cell between BW-LXB01 and LinXianBei

提高网络优化技术手段可以使网络服务质量达到最佳状态，使网络资源得到最合理的利用。因此，监测移动台和基站发来的关于切换请求以及切换参数的报告，通过接口监测数据实时的监测网络实况特性以及网络中的硬件设备情况，对确定越区切换失败的原因，制定相应的解决切换中问题，优化网络参数，提高设备运行情况，保障铁路运输安全，完成货运增量极其重要。