公網覆蓋下高速公路通信質量提升的研究

高新秋，肖紹杰，冉建光

（中國移動通信集團河北有限公司保定分公司，保定 071051）

保定位于環首都經濟圈這一重要區域，各條高速穿城而過，高速里程位于全省前列，做好公網覆蓋下的高速公路通信對保定城市形象提升也將起到積極作用。

當前保定市已開通運營8條高速，分別是京港澳、京昆、榮烏、大廣、保滄、保阜、廊涿和張石高速，總里程數約1 100 km，規劃在建張涿、榮烏、京昆北段，開通高速全部由公網基站覆蓋，各基站建設初期以滿足周圍村莊覆蓋為準則，高速開通后，兼顧高速覆蓋需求。經過不同時期的不間斷建設及網絡優化調整，高速連續基礎覆蓋能夠實現且當前各項測試指標優于其他運營商，但由于采用公網覆蓋各高速存在著頻率、鄰區、夾角覆蓋等諸多問題，制約了高速公路移動通信質量的進一步提升，為滿足客戶出行需求，使高速移動通信質量更優，需要對公網小區進一步精細優化，摒棄傳統思路，結合新設備、新技術對公網的頻率、鄰區、覆蓋做更加精細的調整，使公網覆蓋下的干線通信質量得到全面提升。

1 高速全程成功率提升精細調整

覆蓋是移動網通信的基礎，是影響移動通信的首要因素，網絡測試中各類事件均可能由于覆蓋因素觸發，做好覆蓋調整，是提升高速干線各項指標的關鍵。高速的覆蓋場景為帶狀模型，高速的無線網絡覆蓋應具備主用信號突出、無縫覆蓋、主服小區站點呈“之”字行排列等特點。公網覆蓋下的高速干線，覆蓋并不專一，所有的基站在建設之初是為滿足村莊、城市需求而設計的，基站的初始站間距不定、天線方位角遵循工程設計方位：A/B/C小區對應60°/180°/270°分布，俯仰角多為0°設置，覆蓋資源短缺是公網覆蓋下高速干線的硬傷，以京昆高速為例，高速通車至今，優化人員對公網涉及基站天饋方位、俯仰進行了大量調整，因此高速的基礎覆蓋得以實現，此次精細調整主要通過長呼、短呼、掃頻測試等手段更細致的排查高速覆蓋問題。

1.1 長呼測試優化高速切換重疊覆蓋區

長呼測試主要用以解決相鄰基站間重疊覆蓋區的問題，降低高速干線掉話率。

1.1.1 相鄰基站間重疊覆蓋區

所謂站間重疊覆蓋區是指相鄰多基站無線電波重疊覆蓋區域。為保障每次通話的持續性，需要2個相鄰基站相對小區無線電波能量在一定的區域內持續存在，即滿足切換發生的必要信號場強需求。

GSM規范規定，通話模式下，MS需在5 s內解調鄰區中新小區BSIC，當MS及時上報了6個最佳小區時，基站判斷是否需要進行切換需要一定的時間，這個時間與采用切換算法相關，不同廠家由于采用算法不同，時間也不相同，一般為4 s，通過對100個切換消息的跟蹤分析，從切換請求發起到切換完成釋放源小區資源，跨MSC切換一般需要5 s，BSC內小區間切換時間為3 s，綜上所訴一次BSC內小區間切換典型值為7 s，對于跨MSC的切換，這個時間將達到9 s。

高速車輛規定行駛速度為100 km/h(27.8 m/s)，那么1個小區從進入鄰區列表解調BSIC、測量、觸發切換，到切換完成，至少需要5+4+3=12 s（BSC內切換），車輛對應移動的距離至少是333.5 m，在這段距離內，服務小區必須保證信號場強的持續性，此距離即重疊覆蓋區的距離，跨MSC切換則需要約14 s距離至少是389 m。如圖1所示。

圖1 站間重疊覆蓋區原理分析：呼叫建立+切換的情況下小區的最小覆蓋范圍

1.1.2 長呼驗證方法

通過設置長時間呼叫，驗證高速的重疊覆蓋區即通過長呼檢驗在持續呼叫中能否順利觸發切換。

測試方法為將測試軟件呼叫時間設置無限大，撥通后不掛機，直至由于外部原因導致測試中斷，以此驗證高速小區重疊覆蓋區、呼叫連續性，切換鄰區設置，切換反應時長等。

測試京昆高速覆蓋設備為中興設備，機頂發射功率20 W/43 dBm，單小區覆蓋經驗值為1.5 km，高速設置切換理論值為1次/0.5 km，如圖2所示，在2小區0.5 km的重疊覆蓋區內理論上會觸發至少1次切換。此次測試發生切換次數401次，測試里程200 km，里程切換比2次/km，符合理論設置值。

圖2 試驗高速里程切換比

通過長呼測試能夠發現公網覆蓋下的高速主服小區間重疊覆蓋區是否完善，如果重疊覆蓋區設置存在問題，在此路段將會產生由于電平快速衰落無法及時切換導致的掉話，通過驗證，京昆高速重疊覆蓋區設置合理，切換觸發及時，滿足試驗初衷。

1.2 短呼測試優化單小區接入性能

短呼測試驗證同站不同小區間夾角重疊覆蓋問題，用以解決同站間未接通問題。

1.2.1 同站相鄰小區重疊覆蓋區

公網基站主要用作對周邊城市、村莊的覆蓋，此類區域經常存在客戶覆蓋、話音類的投訴，日常投訴處理手段包含更換高增益天線、調整天線方位角，此種調整方式如果涉及高速覆蓋小區會對高速造成不利影響：現網定向天線的水平半功率角一般不超過65°，高增益天線水平半功率角一般為33°，因此當同站不同小區天線水平半功率角不同或夾角過大也會造成兩個小區的過渡區域覆蓋陰影，即同站盲區，天線水平半功率角為65°的兩天線夾角理論值不超過120°。

舉例說明：如圖3所示，同一基站A小區為水平半功率角65°的普通天線，B小區為水平半功率33°的高增益天線，A/B小區間夾角為工程標準120°，在A/B天饋夾角區域容易出現約40°扇面弱覆蓋區域。

圖3 同站相鄰小區天饋夾角弱覆蓋示意圖

通過設置短呼測試，可以驗證同站覆蓋下不同小區間是否存在覆蓋盲區，即由于同站不同小區天線方位角超出理論值導致了夾角覆蓋區域弱覆蓋，用戶一旦在此區域起呼，由于快衰落極易引起未接通事件的發生。

1.2.2 短呼驗證方法

測試方法：測試過程1次呼叫接通時間經驗值約為9 s，將測試儀表呼叫時間設置為10 s空閑10 s，充分驗證高速各小區的接入性能。

表1 短呼未接通小區發生區域

對驗證高速采用短呼測試驗證，部分同站小區存在當MS在位于兩小區夾角位置起呼后，由于電平快速衰落導致未接通的現象。

表2 短呼未接通發生小區天饋調整情況

從問題發生的位置上看，MS大多在兩個小區重疊覆蓋區邊緣起呼，兩小區天線水平半功率角均為65°，但天線夾角大于理論值120°，起呼時MSRxlev隨位移電平快速衰落，此時MS已不可能發生重選或切換，RxQual 7級后信令無法進行，最終觸發未接通事件。對問題小區天饋進行調整，如表2所示，使其滿足同站2小區天饋夾角小于120°，復測后問題恢復。

以短呼的方式驗證高速同站各小區夾角的覆蓋情況效果顯著，能夠發現由于同站天線型號不合理，天線角度設置不合理導致的問題。

1.3 掃頻測試優化不合理覆蓋小區

掃頻是通過專門的設備對高速各頻率進行掃描測試，以最根本最單純的到達覆蓋區域各頻率信號強度為依據，評估高速的覆蓋情況，在確保滿足高速覆蓋信號強度要求的同時能夠及時發現弱覆蓋、越區覆蓋、背向覆蓋、插花覆蓋等問題路段并給予調整。

2013年對保定各高速進行了兩輪的掃頻測試調整，發現了一系列覆蓋問題并進行相應調整。

1.3.1 越區小區調整

越區小區核心算法：預估覆蓋半徑大于2 500 m，越區覆蓋場強門限大于-72 dBm，越區小區點比例大于30%，越區采樣點個數大于20個，識別為越區覆蓋例：在高速掃頻過程中掃頻儀接收到淶水劉皇甫（共享電信）2小區的信號，電平強度均值-53.51 dBm，越區采樣點與小區間距離在2 500 m以上，連續覆蓋路段1 174.35 m，小區路測點92個，過覆蓋且最強信號點數18個，過覆蓋比例32.61%，判別為越區覆蓋。

1.3.2 背向覆蓋小區調整

背向覆蓋核心算法：背后覆蓋角度大于300°，場強門限大于-75 dB，背向覆蓋點多大于20個，背向覆蓋點個數比例大于30%，判別為背向覆蓋場景， 在高速掃頻測試過程中掃頻儀接收到容城小區的信號，小區路測點總數89，背向覆蓋點數28，平均電平-60.59 dBm，連續覆蓋路段長度1210.23 m，與該小區60°方向角不符合，判別為背向覆蓋。

1.3.3 插花覆蓋小區調整

插花覆蓋描述：當存在連續5個及以上的點是由同一小區A進行覆蓋，中間又出現其它小區（B、C、D等）覆蓋，然后又出現連續X個及以上的點由A小區進行覆蓋，此時我們認為中間（B、C、D等）小區的覆蓋屬于插花現象，應該通過天饋和參數的優化，將（B、C、D等）小區移出高速覆蓋范圍。如圖4所示。

以上4個小區信號交叉覆蓋，覆蓋比較混亂，主覆蓋小區不明顯，不符合高速覆蓋盡量擴大單個小區覆蓋范圍的原則，需對非高速主服小區作出調整進行限制。

對高速進行掃頻，發現了多處越區、背向、插花問題覆蓋區域，結合掃頻數據對發現問題點進行了及時整改，11月再次進行了掃頻驗證，上述問題點得到有效控制。

借助掃頻手段可以有效的理順高速小區覆蓋的合理性，建立準確、恰當的重選、切換序列，對規范公網高速覆蓋起到了積極作用。

2 高速話音質量提升

圖4 插花覆蓋示意圖

影響高速話音質量因素有多種大體包含以下幾個方面：弱覆蓋質差、話音編碼方式設置主要是半速率影響較大、系統內同頻干擾、系統外干擾、切換次數、主服小區硬件隱性故障、道路沿線直放站、室分泄露等。

此次高速質量提升調整的同時注重全程成功率的考核要求，主要從頻率調整，主服高質差小區整治，室分、直放站外泄信號處理3個方面展開。

2.1 高速頻率調整

FDMA系統是以頻率為基礎的通信系統，由于GSM規范的限制，雙工上下行頻帶帶寬固定，頻率的短缺成為系統發展的首要制約因素。

頻率復用作為一個雙刃劍，一方面很大程度上決定了頻分移動通信系統的容量，另一方面如果使用不當極易產生系統內的同、鄰頻干擾，影響網絡的通話質量。GSM規范對系統內同、鄰頻干擾界限有著明確的定義，同頻干擾工程值為不小于12 dB，鄰頻干擾工程值為不小于-6 dB。

高速公網主服小區必須避免同頻，一旦同頻不僅影響通話質量，而且會造成掉話、未接通、切換失敗等一系列事件，以掃頻為依托，對高速現網頻率配置進行梳理，整改不合理配置同頻小區，提升話音質量同時降低測試事件發生概率，掃頻儀設定如下：同頻干擾保護比大于12 dB，干擾點數門限大于5個。

對保定高速掃頻共發現多處存在同頻干擾地點，依據掃頻數據對同頻站點頻率進行了整改，更加有效的規范了高速小區的頻率配置。

2.2 高速主服小區高質差小區處理

當前網絡定義高質差小區標準為0～5級話質占比低于95%，高速高質差小區調整以網管后臺指標與前臺測試相結合，對影響較大站點進行集中處理，提高質量的同時提升高速測試指標，示例如下。

在測試過程，發現在占用BDZ6446_1小區時在覆蓋較好的情況下主被叫7級質差產生掉話，后臺提取網管指標發現此小區0～5級話質占比為93%，對此小區進行直放站排查、頻率修改后質差現象無改善，對此小區進行三階互調測試，發現天線1個接線端口老化，是質差造成的主要原因，對問題天線進行更換后復測恢復。

通過三階互調設備的引入，能夠有效的分析、處理系統內產生的干擾、質差，有助于高速質差小區疑難問題的定位、解決。

運用上述手段對高速主服小區進行高質差小區專項處理，重點排查處理問題站點32處，提升了通信質量。

2.3 高速沿線直放站、室分泄露排查

公網覆蓋的高速干線途經城市邊緣，平原、山區村莊，作為覆蓋補充手段的室分、直放站如果分布在高速干線四周將不可避免的被錯誤占用，此類設備一旦占用將極大的影響測試指標及話音質量，需著重處理。

經測試排查高速周邊存在室分、直放站站點，在測試過程中被占用后均產生了掉話、未接通事件，手動CQT測試占用上述站點的泄露信號時話質較差，明顯影響通話感知，對涉及站點進行整改，將無線設備全部替換為光纖數字拉遠設備，對室分設備進行功率調整，控制室分泄露情況，經復測問題恢復。

如表3所示，通過同頻的整改、高質差小區的處理、問題直放站、室分的控制，公網覆蓋下的高速小區語音通話質量得到了提升。

表3 高速沿線直放站室分統計情況

3 高速鄰區調整

由于當前高速干線主要由公網小區進行覆蓋，鄰區配置也是尊重公網需求進行設置，為照顧公網小區覆蓋下的村莊、城市通信需求，鄰區設置數量較多，各相鄰小區間切換參數設置雜亂，無統一規則，切換判決相應緩慢，然而高速移動中通信無線信號衰落較快，容易導致頻繁的重選及切換，需要鄰區參數設置以快速響應為原則，這與公網鄰區參數配置互相矛盾，高速虛專網理念是在現有的覆蓋基礎上，通過對相關鄰區、接入參數、切換參數的調整，設置專門的重選鏈、切換鏈使用戶在高速移動過程中能夠駐留固定的小區，通話過程中能夠切換至期望小區，避免頻繁重選、切換，以提高通信質量。

3.1 高速一、二層鄰區設置調整

對高速干線鄰區進行梳理，一層鄰區以首要重選、切換序列為準，二層鄰區為補充覆蓋小區，結合實際測試情況及話統切換測量，對切換次數低于10次，且在干線覆蓋之外的鄰區進行刪除，使移動臺可以更快地同步鄰區BCCH，更加準確地獲得鄰區電平值，對部分距離較遠的補充覆蓋二層鄰區設置為單向鄰區（只允許切入主服小區），避免主服小區切換到此類二層鄰區后由于外部原因導致的混亂切換。

3.2 高速中興設備鄰區切換參數設置調整

中興切換分為預處理、測量、平均、判決、篩選、排序、執行7個部分，高速切換調整以加快切換速度為原則，避免由于高速移動引起的切換不及時導致測試事件生成。理論上一次切換完成周期大概為12 s，其中BSIC解碼5 s，切換執行3 s均無法改變，能夠調整的就是切換中測量、平均、判決這一過程的耗時。通過改變切換窗口，N/P值設置減少切換判決時間，提升切換速度。由此制定高速參數調整原則，如表4所示。

通過以上參數設定，切換判決時長可由之前的約4.32 s減少至約1.92 s，整體切換周期降至約10 s。

3.3 高速鄰區同頻排查

測試手機在接收某小區A（這個小區可以是服務小區或者相鄰小區）的BCCH后，進行BSIC解碼，解出后將記錄在手機上，這個信息一直將保持到在鄰區或主服務小區內不再出現這個BCCH后釋放，如果在BSIC仍舊保持記憶的過程中，檢測到其它小區的相同BCCH，在解出正確BSIC前，將直接采用先前的BSIC，在30s內如果解出的BSIC數值和先前的不一致，則更新BSIC。這導致了在未解出正確BSIC前，會因為BSIC記憶效應導致對應小區錯誤，進而引起切換和重選過程的錯誤，導致質量惡化。

表4 高速主服小區切換參數調整

鄰區同頻調整是為避免重選、切換過程中由于BISC記憶效應占用錯誤的鄰區，與話音質量中同頻排查是不同的，二者的區別在于，鄰區同頻有可能距離主服基站較遠符合頻率復用規劃原則，話音質量同頻均是分布在主服基站1 km范圍內，不符合頻率復用規劃原則。

高速移動由于BISC記憶效應造成的切換失敗，示例如下。

MS由北向南行駛，切換占用BDZ8766_2出現連續質差，切換多次失敗。BDZ8766_2為工程新開站，核查此路段BDZ8766_1小區72號頻點與BDZ4728_0 72頻點同頻，二者均為BDZ8766_2小區鄰區，BDZ8766_2在高速上收到BDZ4728_0頻點信號后，誤解碼為同站B小區，導致了多次切換失敗，頻率更改后恢復。

為消除BSIC記憶效應，高速每個主服小區的鄰區不允許存在同BCCH站點。對5條高速同BCCH鄰區進行核查并整改，共調整78個同頻鄰區頻點。

4 總結

保定主要高速經過上述調整全程成功率由97.07%穩步提升至99.01，提升近2個百分點，話音質量穩定在98%之上，效果比較明顯。

公網高速干線的提升過程中要注重從基礎做起，注重整體思路的制定，建立完備的數據庫資料，積極運用新技術，新的測試設備，豐富調整分析手段，克服外部環境的不利影響。同時在公網覆蓋下高速干線全程成功率、話音質量的提升是相輔相成的，不能單純的從任一角度出發做單一的調整，覆蓋影響質量，質量影響全程成功率，全程成功率的提升必然會帶動話音質量相應的變優，話音質量的提升，也會促進全程成功率的提高。通過多手段聯合調整，相輔相成，各種調整達到最好，能夠在滿足農村、城市覆蓋需求下，公網覆蓋的高速干線通信質量也得到最大提升。

[1]張威. GSM網絡優化[M]. 北京：人民郵電出版社，2010.

[2]田桂賓，許勇，石朗昱. 高鐵無線網絡特殊場景覆蓋解決方案[J]. 電信工程技術與標準化. 2011(7).