4G網(wǎng)絡(luò)高鐵覆蓋關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)化體系

梁曉燕

（中國(guó)電信股份有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

1 概 述

隨著高速鐵路的建成，高鐵承擔(dān)起越來(lái)越多的客流運(yùn)送任務(wù)。目前，高鐵通信建設(shè)優(yōu)化已經(jīng)成為各運(yùn)營(yíng)商品牌展示和保障用戶(hù)感知的重要競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。高鐵承載了大量的優(yōu)質(zhì)客戶(hù)，因此保證高鐵用戶(hù)正常使用通信業(yè)務(wù)顯得尤為重要。高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和業(yè)務(wù)感知的好壞直接影響用戶(hù)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的口碑，其中高鐵4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋與感知優(yōu)化是重中之重。

高鐵列車(chē)密封性能好、車(chē)體穿透損耗高、運(yùn)營(yíng)速度快，會(huì)對(duì)列車(chē)內(nèi)的移動(dòng)通信質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。本文從高鐵關(guān)鍵技術(shù)和性能優(yōu)化兩個(gè)方面進(jìn)行分析，給出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，以提升用戶(hù)感知。

2 高鐵關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自適應(yīng)頻率補(bǔ)償技術(shù)

隨著高速鐵路車(chē)輛移動(dòng)速度的加快，多普勒效應(yīng)更加明顯，基站小區(qū)信號(hào)接收天線(xiàn)上產(chǎn)生二倍頻偏，從而影響解調(diào)性能。多普勒原理如圖1所示。

其中，v為車(chē)速；c為光速；f為系統(tǒng)工作頻率。

車(chē)輛速度加快主要造成了兩方面的網(wǎng)絡(luò)影響。一方面，根據(jù)多普勒原理，當(dāng)終端朝向基站接收天線(xiàn)移動(dòng)時(shí)頻率變高，遠(yuǎn)離基站接收天線(xiàn)時(shí)頻率變低；另一方面，車(chē)速加快會(huì)引起終端在網(wǎng)絡(luò)間頻繁切換，用戶(hù)經(jīng)過(guò)相同的覆蓋區(qū)域時(shí)的速度越高，則終端穿越覆蓋區(qū)域的時(shí)間越短，甚至?xí)?dǎo)致穿越覆蓋區(qū)的時(shí)間小于系統(tǒng)切換處理的最小時(shí)延，從而引起切換失敗或發(fā)生掉線(xiàn)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施是在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及優(yōu)化過(guò)程中合理設(shè)置重疊區(qū)大小。

圖1 多普勒原理

采用高速頻偏估計(jì)算法，精準(zhǔn)估算多普勒頻偏的變化趨勢(shì)，計(jì)算高精度的頻偏估計(jì)值。LTE的子載波使用15 kHz的小帶寬頻率，頻偏對(duì)接收機(jī)性能影響較大，目前采用頻率補(bǔ)償技術(shù)可以有效降低性能損失[1]。

2.2 小區(qū)合并技術(shù)

高鐵線(xiàn)路終端移動(dòng)速度快以及頻繁切換與重選易導(dǎo)致通信中斷，降低用戶(hù)體驗(yàn)。小區(qū)合并技術(shù)是將相鄰的多個(gè)物理小區(qū)合并為同一邏輯小區(qū)，減少終端在移動(dòng)過(guò)程中重選和切換的次數(shù)，從而降低網(wǎng)絡(luò)的同頻干擾[2]。每個(gè)物理小區(qū)成為小區(qū)合并的組成部分，稱(chēng)為CP（Cell Portion）。對(duì)于小區(qū)合并內(nèi)部不同CP間的邊緣用戶(hù)，由多個(gè)CP聯(lián)合為該終端發(fā)射或接收信號(hào)，以提升信號(hào)質(zhì)量，提升上下行鏈路性能。

小區(qū)合并將不同的RRU以相同的頻率及參數(shù)在邏輯上設(shè)置為同一小區(qū)。通過(guò)將相鄰RRU設(shè)置為同一小區(qū)，可以有效避免傳統(tǒng)覆蓋方案中重選與切換過(guò)于頻繁的問(wèn)題，同時(shí)緩解小區(qū)間的干擾[3]。

在路段長(zhǎng)度為60 km、車(chē)輛時(shí)速為300 km/h的情況下，2個(gè)物理小區(qū)合并時(shí)，切換頻率為12 s，切換次數(shù)為59次；4個(gè)物理小區(qū)合并時(shí)，切換頻率為24 s，切換次數(shù)為29次；6個(gè)物理小區(qū)合并時(shí)，切換頻率為36 s，切換次數(shù)為19次。可見(jiàn)，物理小區(qū)合并可降低切換次數(shù)，提升用戶(hù)體驗(yàn)。

3 高鐵性能優(yōu)化

3.1 覆蓋優(yōu)化

針對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景的特點(diǎn)，需做好基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化基礎(chǔ)，從而提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。通過(guò)覆蓋優(yōu)化滿(mǎn)足列車(chē)箱體深度覆蓋要求，形成鏈型高鐵覆蓋小區(qū)鏈和長(zhǎng)距離的主覆蓋信號(hào)，可減少頻繁重選和切換的概率。

3.1.1 覆蓋優(yōu)化總體思路

高鐵覆蓋專(zhuān)項(xiàng)通過(guò)五維評(píng)估和內(nèi)外兼優(yōu)的優(yōu)化策略提升4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。五維評(píng)估和內(nèi)外兼優(yōu)優(yōu)化體系如圖2所示。

圖2 五維評(píng)估和內(nèi)外兼優(yōu)優(yōu)化體系

3.1.2 五維評(píng)估

高鐵覆蓋優(yōu)化前，需要通過(guò)告警評(píng)估、干擾評(píng)估、性能評(píng)估、測(cè)試評(píng)估和參數(shù)評(píng)估5個(gè)方面以及網(wǎng)管KPI和DT路測(cè)手段準(zhǔn)確定位覆蓋高鐵線(xiàn)路小區(qū)問(wèn)題，并結(jié)合站點(diǎn)實(shí)際情況、后臺(tái)配置以及KPI數(shù)據(jù)確定相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整方案。重點(diǎn)參數(shù)規(guī)范設(shè)置如表1所示。

3.1.3 外場(chǎng)優(yōu)化

外場(chǎng)優(yōu)化主要針對(duì)RF優(yōu)化，主要解決網(wǎng)絡(luò)中的弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、重疊覆蓋、模三干擾、質(zhì)差以及導(dǎo)頻污染和切換等問(wèn)題。通過(guò)天饋調(diào)整、功率調(diào)整、鄰區(qū)優(yōu)化、PCI優(yōu)化以及參數(shù)優(yōu)化等手段，改善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和質(zhì)量，提升網(wǎng)絡(luò)性能。鄰區(qū)優(yōu)化需要考慮各小區(qū)的覆蓋范圍、站間距、方位角以及接收功率等信息，目的在于保證在小區(qū)服務(wù)邊界的手機(jī)能及時(shí)切換到信號(hào)最佳的鄰區(qū)，以保證通話(huà)質(zhì)量和整網(wǎng)的性能。高鐵線(xiàn)路的鄰區(qū)優(yōu)化至關(guān)重要，通過(guò)刪除冗余鄰區(qū)和添加漏配鄰區(qū)，可保證在高速行駛的場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)仍正常連續(xù)覆蓋。

表1 重點(diǎn)參數(shù)優(yōu)化規(guī)范設(shè)置

3.1.4 內(nèi)場(chǎng)優(yōu)化

（1）TOP小區(qū)優(yōu)化。針對(duì)高鐵線(xiàn)路TOP小區(qū)問(wèn)題，主要通過(guò)故障處理、鄰區(qū)優(yōu)化、參數(shù)調(diào)整以及RF優(yōu)化予以解決。

（2）規(guī)劃類(lèi)參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)PCI優(yōu)化和TAC優(yōu)化兩方面核查高鐵線(xiàn)路小區(qū)，調(diào)整PCI復(fù)用和MOD3、MOD30以及TAC插花問(wèn)題。

（3）功控參數(shù)優(yōu)化。提升RS功率和整體下行覆蓋水平，將增加下行指標(biāo)的穩(wěn)定性，但不建議將提升整體RS功率作為提升速率的優(yōu)化手段。針對(duì)城區(qū)環(huán)境，RS功率不一定要滿(mǎn)功率配置，可以考慮預(yù)留2～3 dB作為覆蓋控制的輔助手段?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整RS功率突出主服務(wù)小區(qū)，從而降低鄰區(qū)干擾，降低MOD3干擾。此外，針對(duì)弱覆蓋區(qū)域，可以通過(guò)提升RS功率解決下行覆蓋，但要考慮上下行鏈路平衡。

（4）切換重選門(mén)限優(yōu)化。高鐵車(chē)速較快，為了能順利完成小區(qū)間的切換重選，需進(jìn)行合理的重疊覆蓋區(qū)域優(yōu)化，這是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)連續(xù)的基礎(chǔ)。通過(guò)調(diào)整切換重選門(mén)限和時(shí)延等參數(shù)，可改善高鐵線(xiàn)路切換重選性能，使UE快速駐留到信號(hào)質(zhì)量更好的小區(qū)。重選門(mén)限設(shè)置如表2所示，切換門(mén)限設(shè)置如表3所示。

表2 重選門(mén)限設(shè)置

表3 切換門(mén)限設(shè)置

（5）VoLTE呼叫時(shí)延優(yōu)化。從語(yǔ)音業(yè)務(wù)延遲去激活、DRX尋呼周期、DRX開(kāi)關(guān)以及PRACH功控4個(gè)特性?xún)?yōu)化VoLTE呼叫時(shí)延。語(yǔ)音業(yè)務(wù)延遲去激活是指當(dāng)VoLTE語(yǔ)音通話(huà)結(jié)束、QCI1承載釋放后，延遲主被叫進(jìn)入空閑態(tài)的feature，使主被叫在下一次起呼時(shí)處于激活態(tài)，從而減少RRC和承載的建立時(shí)延和尋呼時(shí)延。為減少呼叫建立時(shí)延，只需將控制面user-inactivity定時(shí)器設(shè)置大于通話(huà)間隔時(shí)長(zhǎng)，保證每次呼叫主被叫都處在激活態(tài)。目前，現(xiàn)網(wǎng)UE監(jiān)聽(tīng)尋呼場(chǎng)合的DRX循環(huán)周期為128 sf，極端情況下可認(rèn)為被叫最長(zhǎng)等待監(jiān)聽(tīng)尋呼消息間隔為128 sf，即128 ms。針對(duì)該過(guò)程，優(yōu)化措施為減小UE監(jiān)聽(tīng)尋呼場(chǎng)合的DRX循環(huán)周期，使被叫可更快速地監(jiān)聽(tīng)尋呼消息。DRX應(yīng)用激活期和休眠期間隔的工作模式，在激活期UE僅打開(kāi)接收機(jī)接收下行數(shù)據(jù)和信令，在休眠期關(guān)閉接收機(jī)停止接收下行數(shù)據(jù)和信令，從而使UE進(jìn)入節(jié)電的工作模式。DRX工作模式下，UE不需要連續(xù)偵聽(tīng)PDCCH（Physical Downlink ControlChannel）信道，節(jié)省了UE的電力消耗，延長(zhǎng)了UE的使用時(shí)間。關(guān)閉高鐵沿線(xiàn)站點(diǎn)的DRX功能，可減少終端從休眠態(tài)到激活態(tài)的時(shí)延。PRACH功控優(yōu)化時(shí)，通過(guò)優(yōu)化PRACH功控參數(shù)，可提升高速場(chǎng)景下隨機(jī)接入時(shí)的可靠性，減少不必要的重發(fā)，降低時(shí)延。VoLTE呼叫時(shí)延優(yōu)化如表3所示。

表3 VoLTE呼叫時(shí)延優(yōu)化

4 結(jié) 論

從高鐵關(guān)鍵技術(shù)和性能優(yōu)化兩個(gè)方面出發(fā)，分析自適應(yīng)頻率補(bǔ)償技術(shù)和超級(jí)小區(qū)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)，并確定了五維評(píng)估和內(nèi)外兼優(yōu)的優(yōu)化體系，以全面提高高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力、網(wǎng)絡(luò)性能及用戶(hù)感知。