高速公路鱼骨型切换模型研究

刘洁 葛俊

1 湖南工程学院设计艺术学院 湖南 411104

2 中国移动通信集团湖南有限公司湘潭分公司 湖南 411100

0 引言

随着高速公路基站及高速公路周边基站建设进度不断加大，原本切换关系较为简单的高速公路切换链因为小区的不断增加而变得越来越复杂和紊乱，这种状况带来的后果是高速公路DT测试时候，网内小区容易切换到较远的网外小区，切换频繁，MOS值急剧下降，里程掉话比和接通率指标都有一定程度的恶化。

同时，从用户感知的角度分析，高速公路因为切换次数较多，频繁切换到网外较远的基站，用户也经常投诉通话质量不好，容易掉话等现象。为了更好的改善高速公路话音和覆盖质量，提高用户满意度。本文通过研究高速公路切换，形成鱼骨型切换链模型来解决一些高速公路网内网外小区的切换问题。

1 小区切换原理

在GSM这样的蜂窝小区系统中，充分采用了频率复用的概念，使一个区域是由多个小区来共同完成覆盖的。这样就出现了一个小区自动切换的概念，一个简单的例子，当一个移动用户正在通话的时候，从某小区的覆盖范围移动到另一个小区的覆盖范围时，为使通话不被中断需要自动切换信道。这个过程应在用户察觉不到的情况下进行，也不需要用户介入(图1)。

判定移动台是否需要小区切换有三种准则：

(1) 依靠接收信号载波电平判定。当信号载波电平低于门限电平(例如－100dBm)，则进行切换。

(2) 依接收信号载干比判定。当载干比低于给定值时，则进行切换。

(3) 依移动台到基站的距离判定。当距离大于给定值时，则进行切换。

实际上，在通话过程中测量接收信号载/干比有一定的困难；而用距离判定时，则距精度有时很难保证。所以，一般常用的是第一种。

图1 小区切换原理图

2 高速公路鱼骨型切换模型的建立

高速公路是属于网络优化工作中一个比较特殊的优化场景，主要体现在高速、地形复杂、网络环境变化较快上面，根据测算，按高速公路车辆平均100公里/小时的时速，高速公路专网小区每小区平均覆盖范围1.5公里，那么在每54秒就会发生一次切换，按照湘潭境内往返高速公路220公里的里程来看，如果保持匀速100公里/小时进行DT测试，那么在整个测试过程中需要发生146次切换，但分析了10次高速测试数据，发现在220公里的测试过程中，平均发生了320左右的切换，除去车速以及其他因素的影响，切换次数也明显高于预计值，同时还在路测数据中发现，大量的切换是不合理的，主要体现在频繁与高速公路网外小区切换，高速公路网内小区乒乓切换，很多的掉话也随之产生，并且MOS值和话音质量均受到了严重的影响，基于这种现状，提出了高速公路鱼骨型切换链的思路，该思路主要体现在网内小区尽量简化切换关系，只做前后网内小区的切换关系，而网外小区只做网内小区的单边切换(出口处需要做双边切换)，图2可以很明显的看出这种切换链的设置方式。

图2 切换链的设置方式

由图2可以看到，定义的鱼骨型切换链分两个场景，一个是高速公路内路段，一个是高速公路出口路段(也包括与公路、铁路的交叉路口)，对于第一个场景，采取的切换方式是本小区的邻区控制在10个小区以内，以SITE3为例，它的小区切换前向需要做SITE4所有小区的切换以及前面的SITE5对向小区的切换，SITE3的背向小区则需要做后向基站的小区邻区，而网外小区则按照正常方向制作切换关系。而对于高速出口路段场景，则需要在覆盖出口处的高速公路基站添加与之临近的外网小区来确保切换正常。

另外值得说明的是，类似这种鱼骨型的切换链，最合理的是在高速公路基站内开通保护带小区，简单的说就是在高速公路基站上开通一部分小区用作高速公路网内小区和网外小区切换的跳板，网内小区如果要切向网外小区则通过这种保护带小区来进行切换。目前我们有部分小区具备此项功能。关于保护带小区的概念见图3。

图3 保护带小区的概念图

2.1 鱼骨型切换链小区的覆盖说明

严格的控制高速公路小区的覆盖距离，是确保鱼骨型切换链能正常工作的前提，一旦发生距离较远的越区覆盖，那么就必然会导致高速公路上的MS出现质差和掉话，另外由于高速上车速较快，虽然鱼骨型切换链减少了小区邻区的设置和测量数目，但仍有可能因为两小区之间的重叠区域不够而导致手机不能正常发起切换和重选，所在设置鱼骨型切换链的同时，通过收集到的高速公路基站的工程信息来计算高速公路小区的覆盖范围和重叠区域所需要的天线俯仰角和方位角。

2.2 高速小区覆盖半径计算

覆盖距离：D(米)

俯仰角A

站高为H

A=arctg(H /( D/2))

如果在忽略一些修正因子和功率损耗的情况下，可以采取这个公式来计算小区的实际覆盖范围，根据这些基站的工程参数，计算高速公路小区的目前的覆盖距离，对一部分存在越区覆盖的高速公路基站进行俯仰角的调整。

2.3 高速小区重叠覆盖区域计算

在GSM通信事件中，小区重选与小区切换需要一定的时间来完成接续工作。其中小区重选规则中，当手机测量到邻小区C2高于服务小区C2值且维持5秒钟，手机将发起小区重选，若在跨位置区处，则邻小区C2必须高于服务小区C2与CRH设置值的和且维持5秒钟，手机发起小区重选和位置更新。而在小区切换过程中，通常测量报告在经过设定的SACCH窗口值平滑后，经BSC判断，将发起小区切换，而整个切换的时间取决于SACCH的设置值，该值通常设为8。以图4为例。

图4 专网小区重叠覆盖示意图

在研究专网小区重叠覆盖区域的同时，假定重叠区域覆盖是均匀的。在图4中，点A、C和点B、D分别是两个小区的边界，E点为两小区RxLev等值点。BC段为两小区重叠覆盖距离。取小区重选与小区切换较长的时间(5秒钟)作为计算基础，若汽车在高速上由小区1行驶至小区2，则车上的用户在EC段之内必须完成小区重选或小区切换，因此重叠覆盖距离BC段的列车行驶时间为10秒钟，按照高速公路100公里/小时的时速，则在两个小区间设置至少277米的重叠覆盖区域。

目前鱼骨型切换链的切换模式主要采用的PBGT的切换模式，在触发PBGT切换后的候选小区排序中，在删除了C2值小于0的邻区后，所有剩余邻区按照PBGT排序。如果服务小区的信号弱于邻小区，且达到切换门限，则发生切换(如图5所示)。

图5 鱼骨型切换链的切换模式

其中在ho_margin的设置中，高速公路所有基站网内小区都设置为5，而外网小区向内网小区切换关系中，ho_margin设置为8，保护带内小区切换均设置为5，这样的设置能确保高速公路小区内网和外网切换正常。

3 总结

通过对高速公路鱼骨型切换链的修改工作的执行，湘潭区域内的高速公路的切换关系已经较以前有较大幅度的提高，具体对比情况如表1。其中高速公路切换的尝试次数由原来的327次下降到了目前的227次，掉话次数减为0次，覆盖率也由原来的99.37%提升到99.56%，因为切换次数减少的原因，MOS值也由原来的3.412提升到了3.513，此模型适用高速公路及铁路的切换链关系设置，并为高速公路和铁路的基站建设提供相关的参考依据，这种切换链模式有效的解决了高速公路专网和外网小区频繁切换的问题，提高了高速公路测试的各项指标，同时也解决了优化人员制作高速公路小区切换数据不规范的问题。

表1 对比情况表

[1] Theodore S. Rappaport. Wireless Communications： Principles and Practice, Second Edition , Prentice Hall PTR.2006.

[2] 张威.GSM网络优化——原理与工程[M].北京：人民邮电出版社.2003.

[3] 李威,杨和平.高速公路场景下的GSM小区重选优化浅析.移动通信.2011.