高速铁路宽带无线通信系统越区切换技术

高速铁路GSM-R无线通信网络的优化设计作者：段清豪来源：《中国新通信》2021年第07期【摘要】 GSM-R覆盖整体上呈现出线状，导致列车在实际行驶中经常出现频繁切换网络现象，严重影响了列车行驶速度，为了解决这一问题，现针对高速铁路无线通信网络关键问题，根据铁路数字移动通信系统GSM-专业人员网络结构及工作原理，从直放站优化方案、无线通信网络覆盖优化、越区切换优化三个方面入手，为实现对高速铁路GSM-R无线通信网络的科学设计提出具有建设性的建议。

结果表明：无线通信网络优化措施具有非常高的可行性和有效性，不仅解决了高速铁路无线通信网络小尺度衰落、越区频繁切换问题，还提高了无线通信网络性能，为乘客和司机提供了良好、稳定、可靠的无线通信网络环境，满足人们的无线通信需求。

【关键词】高速铁路 GSM-R无线通信网络优化设计随着社会经济水平的不断提高和信息时代的不断发展，高速铁路行业取得了良好的发展，而这得益于GSM-R无线通信网络的出现和应用，但是，一旦GSM-R无线通信网络没有得到科学优化和设计，将会直接影响高速铁路通信水平，给乘客或者司机与外界沟通、通信造成了很大的不便，因此，为了提高高速铁路通信水平，如何科学优化设计GSM-R无线通信网络是专业人员必须思考和解决的问题。

一、高速铁路无线通信网络关键问题1.1小尺度衰落小尺度衰落主要是指无线通信网络信号在短时间传输期间或者短距离传输期间，出现快速衰落现象，导致小尺度路径出现严重的损耗问题[1]，这种小尺度衰落出现的根本原因是统一传输信号沿着多条路径进行传输，由于受接收机信号的干涉和影响而出现的。

接收机天线根据多径波信号强弱，在尽可能缩小传输时间的基础上，实现对传播信号带宽的科学控制。

接收机载波频率偏移如表1所示。

1.2越区切换越区切换过程主要包含以下几个环节：1.触发。

触发主要是指基站通过采用检测的方式，发现移动台进入到越区切换环节中。

2.扫描。

基站根据切换相关标准和要求，将采用排队的方式，在各个小区排队等候。

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-R无线网络覆盖实现及越区切换性能研究摘要：GSM一R是铁路专用通信技术，在全球铁路业务内得到广泛应用，有力推进了世界铁路业的迅猛发展。

随着我国铁路建设的快速进展，GSM一R 无线网络通信系统在我国也开展了对应的试验。

GSM一R独有的双层网络方式使得其平台高度可靠，怎样实现GSM一R双层网络与无线双层网络中覆盖实现和越区切换是其建设中的关键问题。

本文从理论上研究了无线网络覆盖实现和越区切换等问题，期待为GSM一R无线网络建设提供依据。

关键词：GSM一R；无线网络覆盖；越区切换Abstract: the GSM a R is railway communication technology in the world, in the railway business is widely used, and effectively promote the rapid development of the railroad industry. Along with the rapid progress of China railway construction, GSM a R wireless network communication system in China on the corresponding test. GSM a unique way of double network R makes it highly reliable platform and how to realize the GSM network with a R double wireless network covering the double realization and the handoff is the construction of the key problems. The paper theoretically the wireless network covers the realization and the handoff, looking forward to a wireless network for GSM R provides the basis for the construction.Keywords: GSM a R; Wireless network coverage; handoff一、GSM一R系统概述GSM一R是针对铁路通信而专门设计的综合数字移动通信系统，其以GSM为基础设施，既保有GSM原有业务划分，又增添了铁路特定的应用，使铁路用户可在GSM一R平台上开发各种铁路相应的应用。

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。