1前言

TETRA无线数字集群通信系统主要应用于城市轨道交通，其主要业务是语音通信，通话质量是衡量系统优劣的重要指标。TETRA无线终端在其移动过程中，需要由一个基站的覆盖区进入到另一个基站的覆盖区，为确保能够实现可靠通信，也就是无论空闲状态下或是通话状态下无线信号均保持在较强的覆盖下，这就需要在移动的过程中同时进行平稳的越区切换。越区切换是指无线终端在当前的注册基站下逐步接近另一个基站的过程中开展的重新注册的过程，平稳的越区切换能够大幅提高无线通信质量水平，也是保证TETRA系统的稳定和地铁调度指挥可靠的一种技术手段。

2 越区切换的实现方法

2.1越区切换策略

TETRA无线数字集群通信系统中针对无线情况的不同，越区切换进一步划分为以下五种切换类型：

1）非宣告型切换。适用于无线终端空闲并守候在主控信道，通过不停的扫描优选新基站区域并在新基站下注册，与原基站之间没有相关信息交互。

2）非通告型切换。适用于业务期间与当前所处基站区域的连接链路发生中断，或处于半双工通信的组呼通信接听状态的无线终端，通过扫描优选新基站区域并在新基站下注册、恢复呼叫业务，与原基站之间没有相关信息交互。

3）通告型3类切换。适用于在半双工通信的组呼通信中处于发射状态或全双工通信的个呼中的无线终端，并且该无线终端不支持背景扫描。无线终端仅当要转换基站小区时才会自动通知原来的基站，通过扫描优选新基站区域并在新基站下注册、恢复呼叫业务，但在未进行优化时该类型的越区切换有可能带来短暂的语音通话中断。

4）通告型2类切换。适用于在半双工通信的组呼通信中处于发射状态或全双工通信的个呼中的无线终端，并且该无线终端支持背景扫描，并通过对多个候选的邻区信号进行背景扫描且已经选取了最佳基站信号区域，然后在原基站小区中向控制中心发送切换的相关信息。在新基站下注册后，在新基站的主控信道上开展恢复呼叫业务。

5）通告型1类切换。适用于在半双工通信的组呼通信中处于发射状态或全双工通信的个呼中的无线终端，并且该无线终端支持背景扫描。通过对多个候选的邻区信号进行背景扫描选取最佳基站信号区域，在越区切换前原基站小区向控制中心发送切换的相关信息，由控制中心通知计划切换的新基站，新基站提前为此次越区切换分配相关的业务信道，该无线终端在新基站下注册后由分配的新业务信道提供呼叫业务，该类越区切换不会产生语音通话中断现象。

由于城市轨道交通项目的实施条件等限制因素，依赖于空中接口帧同步的通告型1类切换较难获得外部时钟同步信号，因此目前广泛采用的切换类型为通告型3类切换。诸如河北五十四所、摩托罗拉、空客等市面主流品牌在系统设计时，均充分采用了优化算法来尽可能的降低和避免越区切换而带来的无线通信中断。

2.2信号强度计算

TETRA越区切换涉及到信号强度计算方法，下面将以地下区间链路无线传输信号计算为例，地下区间链路的设备配置如下图1所示：

图1 地下区间链路设备配置图

其次，整个系统损耗分为三大类，包括分布系统损耗、漏缆系统损耗和附加损耗^[1]，具体损耗如下表所示：

表1 分布系统损耗表

表2 漏缆系统损耗表

表3 附加损耗表

考虑下行链路的损耗，也就是基站到手持台。集群基站的机顶TBS功率取25W（44dBm），最终下行接收电平为：44dBm-分布系统损耗（16dB）-漏缆系统损耗（63dB+0.03*LdB）-附加损耗（7dB）。假设L取1000米，则计算得出下行接收电平为-72dBm。对比我们要求的最低接收电平-90dBm，还有电平余量18dBm。

考虑上行链路的损耗，也就是手持台到基站。手持台的发射功率取1W（30dBm），最终上行接收电平为：30dBm-附加损耗（7dB）-漏缆系统损耗（63dB+0.03*LdB）-分布系统损耗（16dB）。假设L取1000米，则计算得出上行接收电平为-86dBm。对比我们要求的最低接收电平-90dBm，还有电平余量4dBm。

2.3越区切换机制

TETRA标准协议中约定了四个关键阈值用于越区切换相关，旨在尽可能地减少和避免越区切换导致的通信损失。下图为越区切换流程图，具体流程如下：

图2 越区切换流程图

1）当无线终端沿图中移动方向到达“A”点处时，如果该终端处于空闲状态且其在A点处接收到的基站1覆盖信号强度低于预先设定的“慢切换阈值”，同时相邻基站2的覆盖信号强度比当前基站1的覆盖信号强度高出“慢切换差值”，此时该无线终端可以进行基站重选；

2）当无线终端沿图中移动方向到达“A”点处时，如果该终端处于通话状态，那么它会继续保持在基站1并且待通话结束后切换至信号覆盖较好的基站2；但如果该无线终端始终处于通话且已经到达图中“B”点处时，其接收到的基站1覆盖信号强度已经低于“快切换阈值”，同时相邻基站2的覆盖信号强度比当前基站1的覆盖信号强度高出设定的“快切换差值”，此时基站1会被判定为须立刻放弃，该无线终端须立刻重选基站并强制切换至信号覆盖较好的基站2。^[2]

从上述的流程中可以明确，如果当前基站的信号覆盖强度能够满足正常的无线通信，为避免通信终端，无线终端会尽量保持注册在原基站中，从而确保处于通话状态中的无线终端减少切换次数；但如果存在通话质量受到严重丢失的风险，无线终端会强制切换至信号覆盖较好的基站，从而保证更好的无线通信质量。针对在TETRA标准协议中约定的四个阈值电平参数，除了在前期设计阶段对其进行计算外，同时相关技术人员须在后期的现场调试过程中对其进行合理的修正，以达到TETRA系统的最优服务质量。

在重新选择基站判断的过程中，无线终端是以每秒钟取6个信号强度样本生成1个综合信号强度，同时用于切换的无线终端接收场强值取的是最后5秒内综合信号强度（5个综合信号强度）的平均值，结合参数“慢切换差值”与“快切换差值”，就可以避免由于复杂环境下无线终端接收基站场强值的波动而产生相邻基站的“乒乓”效应，导致反复切换的情况发生。TETRA正常越区切换的时间应该为5秒钟，但一般来说取10秒钟，是为了保证一次切换不成功可以立刻进行第二次切换。

越区切换的具体实施过程分为基站控制器BSC（Base Station Controller）内部的切换、移动交换中心MSC（Mobile Switching Center）内部BSC之间的切换、移动交换中心MSC与移动交换中心MSC之间的切换，具体切换过程不再详述。

3总结

TETRA无线数字集群通信系统是一种提供多用途、高性能通信服务的无线电指挥调度系统，其语音通话质量被认为是衡量系统优劣的重要标准，无线终端由一个基站的覆盖区进入另一个基站的覆盖区，平稳的越区切换能够提高通信质量水平。本文介绍了越区切换所采用的策略和机制，详细阐述了越区切换的基站选择理论依据，分析了越区切换可能造成通信损失的部分优化措施，保证了TETRA系统的稳定性和地铁调度指挥的可靠性。

参考文献

[1]周海春．地铁无线TETRA系统的覆盖与优化[J]．铁道通信信号，2014，50(11)：59-63．

[2]郭长青. 城轨专用TETRA数字集群通信系统的越区切换优化测试[A]. 第十二届中国智能交通年会大会论文集[C]. 中国智能交通协会, 2017:6 .