高速铁路宽带无线通信系统越区切换技术

高速铁路宽带无线通信系统越区切换技术刘云毅;赵军辉;王传云【摘要】我国现有的铁路移动通信系统已不能满足铁路信息化建设的要求,需要开展下一代高速铁路通信系统关键技术研究.越区切换是高速铁路宽带无线通信系统的关键技术,对保障列车的行车安全和通信可靠性具有重要意义.针对目前高速铁路通信系统中越区切换技术的研究现状和成果进行总结,分析存在的问题,并进一步探讨未来越区切换技术的发展方向.%The existing railway mobile communication system can't meet the requirements of railway information construction.Therefore,the key technology research of next generation of high-speed railway (HSR) communication system needs to be carried out.Handover is a key technology of HSR broadband wireless communication system,which has great significance to ensure the train safety and communication reliability.The research results of the harndover in HSR communication system were summarized and the existing problems were investigated.Furthermore,the development directions of handover in the future were explored.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2017(033)011【总页数】10页(P37-46)【关键词】高速铁路;越区切换;无线通信【作者】刘云毅;赵军辉;王传云【作者单位】北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;华东交通大学信息工程学院,江西南昌330013;华东交通大学信息工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TN929.5近年来，中国高速铁路（以下简称高铁）迅猛发展，高铁以其经济辐射效应极大地带动了沿线城市和地区的经济发展，形成了我国独具特色的“高铁经济”。

越区切换控制的基本方法以越区切换控制的基本方法为标题，写一篇文章。

越区切换控制是一种在无线通信系统中实现无缝切换的技术，它可以在移动设备从一个基站覆盖范围切换到另一个基站覆盖范围时保持通信的连续性。

在现代移动通信技术中，越区切换控制是非常重要的，它能够提高通信的稳定性和可靠性，同时也能够提供更好的用户体验。

越区切换控制的基本方法主要包括测量、判决和执行三个步骤。

测量是越区切换控制的第一步，它主要是通过对邻区信号的测量来获取当前基站和邻区之间的信号强度差异。

这些测量数据可以通过不同的方式获取，例如接收到的信号强度指示（RSSI）和接收到的信号质量指示（RSQI）等。

在测量完成后，判决就是根据测量结果来决定是否需要进行切换。

判决的依据通常是一个预定义的阈值，当测量结果超过或低于该阈值时，就会触发切换动作。

判决的目的是为了保证在切换时选择到更好的基站，以提供更好的通信质量。

执行是越区切换控制的最后一步，它是根据判决结果来执行实际的切换操作。

执行过程中，需要与当前基站和目标基站之间进行一系列的交互，以确保切换的顺利进行。

同时，还需要对切换过程中可能出现的问题进行处理，例如干扰、时延等。

执行过程中需要考虑的因素较多，因此需要进行详细的计划和调度。

除了这些基本方法之外，还有一些其他的技术可以用于改进越区切换控制的性能。

例如，有时可以通过引入手动切换来提高切换的准确性和可靠性。

手动切换是指用户根据自己的需求主动选择进行切换，而不是完全依赖于系统的自动切换。

手动切换可以根据用户当前的位置、需求和网络条件等因素来进行决策，从而提供更好的用户体验。

还有一些高级的技术可以应用于越区切换控制中，例如基于优先级的切换和基于负载均衡的切换等。

基于优先级的切换可以根据不同用户的优先级来进行切换，以保证关键用户的通信质量。

基于负载均衡的切换则可以根据基站的负载情况来进行切换，以实现网络资源的合理利用和负载均衡。

总的来说，越区切换控制是一项非常重要的技术，在现代移动通信系统中起着关键的作用。

GSM一R无线网络越区切换过程分为四阶段：测量，触发，选择与执行。

整个GSM一R 无线网络的切换过程由MS、BSC、BTS、和MSC协同完成，MS测量无线子系统的下行链路性能与小区中接收的信号强弱;BTS监视每一个被服务之移动台上行接收的点平与质量，在空闲话务信道上进行干扰电平的监测。

BTS把测量结果发至BSC，BSC完成最初判决。

判决从其他BSS、MSC发来信息的测量结果由MSC完成。

(二)切换掉话的性能分析GSM一R无线网络掉话现象是使用移动台过程中常见的问题，它是系统不良的综合表现，影响系统运行的质量。

掉话率是通信网络中的重要指标，掉话率的高低反映出移动网络通信质量的水平。

引起掉话原因很多，主要包括无线链路故障，越区切换失败及系统故障等因素。

越区切换的掉话问题主要是因为GSM一R系统中的越区切换是硬性切换，切换时掉话风险比较大，据不完全统计，由于切换而发生的掉话占整个网络掉话40%。

所以要针对掉话改进GSM一R无线网络的性能，尽可能减少掉话情况的发生。

(三)切换阻塞的性能分析GSM一R无线网络呼叫阻塞指由于没有空闲信道导致的呼叫阻塞性中断。

呼叫分成源发呼叫与切换呼叫，由于GSM一R无线网络与单层网络相比，其无线资源比较少，因此当呼叫和切换业务量较大的时候，极易发生切掉阻塞。

切换成功率影响系统的整体运营服务质量，因此必须重视减少发生切换阻塞。

为降低GSM一R无线网络阻塞概率，宜采用切换排队，即当小区没有空闲的信道时，切换呼叫可以排队等待，在排队的有效对应时间内，一旦有释放的信道，切换呼叫就可占用这个信道，减小切换阻塞。

四、高速铁路GSM一R越区切换高速运行的列车(25Okm/小时以上)对无线通信系统有更高要求，列车的自动控制、告警、无线通信、调车通信、铁路维护、车次号及售票系统等方面都对无线通信有不同的要求。

(一)高速铁路GSM一R越区切换存在的问题高速铁路要求GSM一R系统越区切时间要更短，切换的成功率要更高。

高速铁路宽带无线通信系统越区切换技术摘要：为了保障高速列车在移动过程中调度信息的实时传输以及为旅客提供优质的宽带通信业务，高速铁路宽带通信系统对越区切换性能提出了极高的要求。

本文对高速铁路宽带无线通信系统越区切换技术进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：高速铁路；宽带无线通信；越区切换技术一、越区切换越区切换是高速铁路无线通信系统中的关键技术，在铁路通信中占有极其重要的地位。

在列车高速通过小区重叠区时，性能良好的越区切换方案能够保障列车控制信息和旅客通信业务的可靠性、实时性和连续性。

越区切换是指当移动终端从一个服务基站的覆盖范围移动到相邻基站覆盖范围时，改变原有的通信链路，切换到其他基站上从而保持通信连续的过程。

如果切换失败，将会导致通信中断现象，严重影响用户体验，对列车安全造成不利影响。

高速列车特殊的运行环境以及较强的移动性，对切换方案的性能提出了更高的要求，然而现有切换方案在高铁场景中面临严峻挑战。

1、切换失败率高由于多普勒频移、信道快速时变、复杂地形环境以及车厢穿透损耗（CRH3列车的车厢穿透损耗高达24dB）等不利因素的影响，使得列车中用户设备的接收信号质量较差，降低切换成功概率，甚至引发“乒乓切换”效应，严重影响高铁乘客的用户体验。

2、群切换当列车进入新小区时，列车中的移动终端将同时执行切换。

“复兴号”动车组满载时约有1110名乘客，假设10％的乘客移动终端处于活动状态，应同时处理110个用户设备的切换请求，在基站控制面中产生大量的信令交互，从而引起“信令风暴”，带来巨大的系统开销。

3、QoS保证高速列车上各种移动业务的QoS由于频繁切换而降低。

例如，视频电话的分组时延应小于50ms，而切换时间通常需要100ms。

如果通信在切换期间中断，则无法满足视频电话的QoS要求。

二、越区切换问题越区切换，指移动台从一个基站或者基站覆盖区域移动到另外一个小区时，为了保持用户的正常通信，需要对信道进行切换。

高速铁路中基于分布式天线的越区切换技术研究高速铁路中基于分布式天线的越区切换技术研究随着高速铁路的快速发展，人们对于在列车行驶过程中保持良好通信质量的需求也越来越高。

然而，高速铁路环境的复杂性常常导致信号覆盖不稳定，特别是在越区切换时。

因此，基于分布式天线的越区切换技术成为解决这一难题的有效手段。

分布式天线技术是一种将传统集中天线转化为多个分散放置的天线，并通过信号处理算法进行协同工作的技术。

在高速铁路中，由于列车速度快且运行过程中地理环境的不断变化，传统的单一天线覆盖很难满足连接要求。

而采用分布式天线技术可以将多个天线分散放置在车厢上，通过分布式天线选择算法，将信号传输在不同的天线之间进行切换，以保持稳定的通信质量。

该技术的主要优势体现在以下几个方面。

首先，基于分布式天线的越区切换技术能够提供更为稳定的信号覆盖。

高速铁路列车在行驶过程中，往往要穿越不同区域，地理环境和基站布局都会对信号质量产生影响。

利用分布式天线技术，可以通过实时监测和分析不同天线的信号质量，及时切换到质量更好的天线上，从而保持连续的通信质量。

其次，基于分布式天线的越区切换技术能够提供更高的通信容量。

通过将多个天线分布在车厢上，可以减少各个天线之间的干扰，提高信号的传输速率和容量。

同时，该技术还能够利用多天线进行波束赋形，增加信号覆盖范围和传输距离。

第三，基于分布式天线的越区切换技术能够提高系统的可靠性和鲁棒性。

在高速铁路环境下，列车经常出现信号传输中断或不稳定的情况，这会严重影响通信质量和用户体验。

采用分布式天线技术后，信号传输可以在多个天线之间进行切换，即使其中一个天线出现问题，系统仍然能够保持通信连接，提高系统的鲁棒性。

此外，基于分布式天线的越区切换技术也可以结合其他技术手段进行优化，如多输入多输出（MIMO）技术、无线电资源管理和功率控制等，以进一步提升高速铁路通信系统的性能。

总之，基于分布式天线的越区切换技术是解决高速铁路通信问题的有效途径。

13Internet Communication互联网+通信引言随着我国高速铁路的快速发展，为我国现代化交通运输事业带来了极大便利，带动了沿线城市和区域经济快速发展。

由于我国高铁时速超过300公里/时，随之而来的是高速铁路无线通信信号切换的问题，无法为用户提供稳定、无缝、高速的无线信号接入，因此探寻适合高铁场景下的无线通信接入方案已经成为亟需解决的问题。

如何在高速运行的时速下，提高无线通信网络服务的质量，成为三大运营商普遍关注的问题。

一、高速铁路无线通信的难点问题高速铁路无线通信环境下，无线网络接入存在多径损耗、多普勒频移、信号频繁切换等问题，与社会公众移动通信技术相比，高速铁路无线通信技术更为复杂，多普勒频移和信号的快速衰落，使得用户终端无法长期获得稳定的信号，导致高速列车无线通信连接速率极差，网络切换困难时常发生。

同时由于列车损耗和多径损耗，频繁的区域信号切换，造成车体内部形成弱信号区域，接收信号极容易产生干扰，使得通信误码率增加，通信质量下降。

1.1 多普勒频移因终端接收器快速移动产生的信号频移称为多普勒频移。

高铁列车行驶发生的多普勒频移和列车的运行速度以及基站信号方向的夹角成正比。

高铁列车在高速行驶过程中，致使无线信道环境发生变化，对无线通信系统数据传输的误码率、突发帧错误平均长度等造成极大影响，对终端设备提取载波频率提高了难度。

1.2 穿透损耗高速铁路影响无线通信接入的另一个原因是，高速行驶的列车车厢使得信号造成穿透损耗。

目前，我国高速铁路基本采用全封闭的金属车身，整体结构稳定、密封性极强，而且列车玻璃大多数采用单层或多层的金属镀膜玻璃，对信号的衰减影响很大。

尤其是随着无线通信信号频率的增加，信号遇到高速行驶的列车衰减更多，并且由于信号射入角度较少，信号的穿透损耗越大，所承受的车体损耗也越大。

因此，在通信基站的建设过程中，必须要考虑基站与铁路的距离，最好使天线的主瓣方向入射角大于10°，才能保证信号的有效传输。

浅谈GSM-R系统越区切换技术佚名【摘要】本文从分析越区切换的流程出发，阐述了GSM-R越区切换异常的原因，并提出一系列的优化解决措施。

【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2013(000)013【总页数】2页(P30-30,32)【关键词】GSM-R系统;越区切换;通信系统【正文语种】中文GSM-R属于专用移动通信的一种，专用铁路的日常运营管理以及处理一些紧急或突发事件，是重要调度指挥通信工具。

为更好地满足国际铁路联盟所提出对于专用调度通信系统的要求，GSM-R又在移动通信网络系统的基础上增加了调度通信系统和高速环境下使用的诸多功能。

越区切换就是俗称的漫游，铁路在建设的过程中每个基站建设时的控制范围是有限的并且高速列车的运行速度要远远高于基站间距，此时越区切换变为高速列车运行的必然事件。

故必须对GSM-R系统的无线网络进行合理的规划，保障铁路的正常运行。

1 GSM-R网络的越区切换过程GSM-R的越区切换大体上来说是由测量报告预处理、惩罚处理、小区基本排序和网络特征调整、切换判决、切换执行来组成的，并且这五个过程是相互配合来完成的。

工作流程：首先为切实的做好准备工作，移动台会分批次对全部的邻小区进行采样，并记录采样结果后取它们的平均值，接着移动台还要将在大约每480ms中平均信号排在前6名的邻小区上报给基站的BSS，进一步进行测量，然后根据测量的结果来完成预处理的工作。

同时还要进行强度惩罚工作，其工作对象为满足条件的所有小区，接着再根据处理完的电平值，并详细的结合网络的体征进行排序，这样完成一系列的程序之后，就可交给后续的切换判决过程。

切换判决的程序算法是在每隔480ms内开启一尺判决的过程的。

另外，在每一次的判决之前还要进行是否已进设置好紧急切换允许的工作。

如已经达到了切换的门限，可直接进行TA、BQ和干扰的紧急切换过程。

在没有能够触发紧急切换的时候，要完成正常的切换判决过程。

同样，如果在规定的时限内没能触发边缘切换门限，就会自动的启动边缘切换；如果还没有进行边缘切换，那就要接着进行层间的切换了，所谓的层间切换判决就是在不同的层，或者是在优先级比较高的小区可以达到层间切换的标准门限后就可以进行的切换。

论文导读:：铁路的提速对移动通信系统产生一定的影响，尤其是对系统切换性能提出更高的要求，本文针对高速环境下CDMA系统中切换掉话的原因从理论进行了分析，并通过实际案例对切换掉话问题的优化方案进行了分析与说明。

论文关键词：CDMA，高速铁路，越区切换一、引言铁路新型列车CRH（China RailwayHigh-speed）具有车体密封性好，穿透损耗高（一般达到20dB）、运行速度快等特点，同时列车经过的地形地貌复杂多样，这些对铁路沿线无线网络提出更高的移动通信要求。

为确保系统能快速、全面提升网络质量和用户感知度，高铁环境下无线网络系统优化工作尤其突出。

通常无线网络优化的主要性能指标有网络覆盖率、接续成功率、掉话率、切换成功率等，在以上主要数据指标中，掉话率是影响网络整体性能和用户感知度的一个重要指标。

本文针对高速环境下CDMA系统中切换过程中发生掉话问题进行了分析，并通过实际案例对切换掉话问题提出了相应的优化方案。

二、高速运动对切换性能的影响（一）现网组网方式现网的铁路沿线移动通信蜂窝小区呈线状覆盖且大多采用城乡基站兼顾铁路覆盖的方式，在列车低速运行情况下是可以满足覆盖要求的。

但当运行速度提到200km/h以上，原有的组网方式基本上不能满足覆盖要求，主要表现为一是信号覆盖深度不够，无法达到小区切换边缘信号强度的要求；二是部分地区基站站址分布密集，周边信号杂乱无章，干扰电平较高；有的地区基站天馈系统分布不合理，容易发生无主导频小区问题等等。

这些特征使得终端容易发生快速切换和频繁切换，进而降低系统效率，增加了掉话的可能性。

高铁经过的地形复杂多样，桥梁，隧道等占有一定的比例，无线电波在特殊场景如隧道中传播时，由于隧道壁的吸收及电波的干涉作用而受到较大的衰耗，隧道区域存在弱覆盖问题甚至盲区，并且因切换区域设置不当容易发生切换掉话问题。

同时不同行政区的不同设备厂家之间的高速运动下的同频硬切换问题；以及专网与非专网之间的切换问题[1]。

高速铁路中LTE-R越区切换算法研究高速铁路中LTE-R越区切换算法研究1. 引言随着高速铁路的迅速发展，高铁成为人们出行的首选交通工具。

在高铁运输中，保持稳定的通信链路对于列车运行的安全和顺畅至关重要。

其中，LTE-R作为一种专门为高铁通信设计的无线通信技术，具有覆盖范围广、速率高、可靠性强等特点，成为高铁通信的主要选择。

然而，随着列车快速移动，需要进行越区切换以实现通信网络的连续性。

因此，研究高速铁路中LTE-R的越区切换算法，对于提高通信质量和保障列车运输安全具有重要意义。

2. 高速铁路中的LTE-R越区切换需求在高速铁路通信中，列车往往以极高的速度运行。

由于LTE-R的覆盖范围不具备无缝地覆盖高铁线路的能力，因此需要进行越区切换以保持通信连接。

越区切换是指当列车从一个LTE-R覆盖区域进入另一个覆盖区域时，切换到新覆盖区域的通信过程。

越区切换需要满足以下需求：- 快速性：由于列车高速行驶，切换过程需要在极短的时间内完成，以确保通信的连续性。

- 可靠性：切换过程不能出现中断或丢包等现象，以保证通信链路的稳定性。

- 数据传输的连续性：切换过程中，正在进行的数据传输需要在切换后能够无缝地继续进行。

3. 高速铁路中LTE-R越区切换算法针对高速铁路中的LTE-R越区切换需求，研究人员提出了一种优化的切换算法，该算法基于以下原则：- 预测切换时机：根据列车的运行速度和当前位置，预测下一个切换时机，以提前开始切换过程。

这样可以减少切换的总时间，并确保切换的实时性。

- 信号强度阈值：设定一个合适的信号强度阈值，当列车进入新的覆盖区域并且信号强度超过该阈值时，触发切换过程。

这样可以确保切换成功的概率较高。

- 网络负载考虑：考虑到高铁线路上可能出现的网络负载情况，当在某一覆盖区域的网络负载超过一定阈值时，不进行切换，以避免切换过程中出现的网络拥堵。

4. 研究结果与分析通过实验证明，提出的切换算法相较于传统的切换算法，在高速铁路通信中具有更好的性能：- 切换成功率更高：由于提前预测切换时机和设定合适的信号强度阈值，使得切换过程更加稳定和快速，从而提高了切换成功率。

浅析高速铁路GSM-R覆盖与切换【摘要】本文介绍了高速铁路GSM-R的覆盖方式，分析了GSM-R越区切换的优化方法。

【关键词】高速铁路GSM-R 覆盖方式越区切换前言：近年来随着铁路运输的发展，高速铁路的运营，大大提升了铁路的运行速度。

高速铁路运行过程中，采用专用的移动通信GSM-R，以GSM Phanse2+为协议标准，承担调度、指挥任务，目的在于保证列车安全运行。

一、高速铁路GSM-R覆盖方式1.1单基站覆盖GSM-R系统中，包含多种覆盖方式，其中最为基本的即为单基站覆盖，在铁路沿线设置基站，安装定向天线时，与铁路线方向相同，沿着铁路线，形成椭圆形小区，实际的使用需求应能够满足无线场强充分覆盖，一个GSM-R小区包含一个基站，每个基站上安装的定向天线数量为2根，经功率合成器，合成2根定向天线，之后与基站内部的收发信机相连接，保证列控通信业务的顺利开展[1]。

1.2冗余覆盖冗余覆盖也是GSM-R无线覆盖中常用的方式，分为两种：一种为同站址冗余覆盖。

在同一站点上并列设置两个基站，这两个基站完全相同，覆盖的地理区域也相同，形成两个一模一样的GSM-R无线网络。

设置单个基站时，方法相同于单基站覆盖。

对于同站址冗余覆盖来说，互为冗余形成的两个GSM-R无线网络，当其中一个网络出现故障导致通信无法进行时，移动台即可开展网络切换操作，启用另一个相同的网络，保证通话及数据传输的正常进行[2]；另一种为交织站址冗余覆盖，在同站址冗余覆盖方式中，容灾问题并未考虑，?榱私饩稣庖晃侍猓?组建出交织站址形式，设置冗余基站时，以原有相邻基站为基础，在其中间部位设置，相当于交织的无线网络设计了两套，而且两套相互独立，业务可由双层网络同时分担，执行通信时，可在一层网络中锁定，避免GSM-R 停止通信的问题。

1.3频率分配冗余覆盖中，方案不同，频率分配也存在差异。

频率分配效果良好，能提升网络质量。

GSM-R网络中，工作频段为900MHz，上行频段为885～889MHz，下行频段为930～934MH，频率带宽4MHz。