利用后臺實時跟蹤及多載波解決全覆蓋高鐵網絡質量

梁松柏　魏寧　韓廣平

摘要：后臺實時跟蹤方法準確定位、分析W網完全覆蓋高鐵場景下，列車經過時載干比（Ec/Io）和寬帶接收總功率（RTWP）急劇惡化的原因，得出突發網絡負荷和干擾是影響高鐵網絡質量的關鍵因素。同時驗證了雙載波策略能快速有效解決高鐵W網突發網絡負荷及Ec/Io惡化等問題。認為雙（多）載波策略是W網高鐵建設規劃設計解決負荷、容量和質量矛盾的唯一手段。

關鍵詞： Ec/Io；實時跟蹤；網絡負荷；雙載波

Abstract： In this paper， we use background real-time tracking to determine the reason for sharp deterioration of Ec /Io and received total wideband power （RTWP） on a complete-coverage high-speed railway. Burst network load and interference are the key factors that affect the quality of high-speed railway. Due to rapidly improved network quality， double（multi） carrier will be the only way to resolve the contradiction of load， capacity and quality in W network high-speed railway construction planning and designing.

Key words： Ec/Io； real-time tracking； network load； double carrier

近年來部分路段高速鐵路已正式運營，越來越多的人選擇乘坐高鐵出行。為此，中國聯通針對高鐵進行了W網專項覆蓋。但在實際運營過程中，人們發現專項覆蓋后的網絡容量和質量仍無法滿足用戶通信需求。如何保證高鐵場景W網覆蓋區域滿足高鐵用戶的通信需求已成為目前高鐵移動網絡優化的最重要課題。由于W網容量、質量和覆蓋可替換性，載干比（Ec/Io）是當前W網絡中各類終端進行選擇、重選和切換時首選的策略標準。文章以提升Ec/Io為切入點，找出質量和容量同步提升方法，以實現高鐵內信號質量和容量滿足用戶各類業務需求。

1 下行質量問題定位

京廣高鐵河南段W網專項覆蓋在京廣高鐵全線貫通時完成，為提升專項覆蓋后W網網絡質量，經過長時間的精細化覆蓋控制，精準的切換鏈優化，小區合并技改以及同頻改異頻等方法解決了干擾，提升了Ec/Io。同時將覆蓋高鐵的所有小區的功率從20 W提升至40 W，解決覆蓋和容量不足的問題[1-3]。拉網評估取得效果如圖1所示。

圖1顯示，在現有高鐵上座率為40%～60%的情況下，40 W功率異頻組網對覆蓋沒有提升，但在負荷相當的情況下對Ec/Io > -10 dB的比例提升可以達到25%，但會時常伴隨著接入類、接續類等異常事件，同時還存在下載速率低、時延長等問題[4]。

為準確定位高鐵質量問題，進一步提升Ec/Io，徹底解決未知原因導致的異常事件，我們選取其中一段W網做試點提升[5]。

1.1 常規分析方法

主要采用專用測試軟件拉網測試和后臺網絡性能統計方法結合來定位質量問題。通過來回、多次拉網評估測試，得到表1所示結果。

我們發現在覆蓋基本達標的情況下，Ec/Io > -10 dB比例與目標值有一定的差距，結合后臺忙時性能數據分析，結果如表2所示，載頻接收功率均正常，載頻的發射功率利用率也正常，最大載頻發射功率和功率利用率在用戶集中接入時似乎也無太大異常。由此得出常規分析方法已無法準確定位高鐵質量短板問題[6]。

1.2 后臺實時跟蹤分析方法

1.2.1 理論分析

依據第三代合作伙伴計劃（3GPP）定義，對應的收發端及信道類型不同有著不同的Ec/Io計算公式：比如

[P-CCPCHEcIo] （1）

式（1）反映用戶終端接收端主公共控制信道的Ec/Io。

[P-CCPCH_EcIo] （2）

式（2）反映基站發射端主公共控制信道的Ec/Io。

[P-CPICH_Ec_sIo_total] （3）

式（3）反映用戶終端接收到的主公共導頻信道的Ec/Io。其中

P-CPICH_Ec_s為服務小區主導頻信道每碼片功率能量；Io_total表示手機當前所接收到的所有信號強度，即UE接收機在5M工作帶寬范圍內接收的總能量功率，由服務小區總功率（Io_s）和其他鄰近小區同頻干擾噪聲（Io_n）組成。在實際應用中，一般用公式（3）反映終端當前接收的導頻信號的質量水平[7-8]。

在異頻組網且頻率隔離度足夠的前提條件下，依據式（3）可以得出式（4）：

[P-CPICH_Ec_sIo_s] （4）

此式基本反映了京廣高鐵河南南段當前W網異頻組網模式下僅有主服務小區、單腿軟切換、無外部信源干擾的情形。

從發射端來看，導頻信道的Ec/Io值會隨著小區下行負載的增加而變差。如果單小區額定功率為20 W（43 dBm），并以額定功率發射，且小區的導頻信道功率配置為33 dBm時，依據式（4）可知該小區的主導頻信道的Ec/Io將最多能達到-10 db（33～43 dBm）。由可推測京廣高鐵南段W網Ec/Io過低的根源只可能與高鐵用戶的業務負荷有關[9]。

從接收端來看，經過實地、多輪次測試分析，結果如表1、2統計所示，前后臺性能統計指標無異常、無法找到下行質量惡化的根本原因是高鐵列車通過單小區的時間不會超過60 s，后臺網管指標的統計粒度最小為15 min，采用常規分析方法分析高鐵小區指標時，秒級粒度的短暫突發業務被均攤到15 min甚至60 min粒度。因此無法真正反映高鐵經過時的網絡質量情況，只能通過呼叫跟蹤等后臺實時跟蹤方法，分析、查找真正影響Ec/Io的關鍵負荷因子[10]。

1.2.2 跟蹤結果分析

在單載波異頻（40 W）條件下，依據列車時刻表，該實驗段某列高鐵通過時，后臺專業網管實時跟蹤高鐵W網小區的瞬時功率利用率及發射功率情況如圖2所示。

當列車經過時，單載波異頻高鐵小區瞬時發射功率從40 dBm增強至45 dBm，比平時最高值還提升了5 dB；功率利用率從平均30%增至80%左右，比平時提升了50%，占到額定發射功率（46 dBm）的97.8%。

依據式（4）可知，部分小區下終端接收到的Ec/Io < 12 dB，已經滿足不了某些業務的質量需求[11-12]。

當列車經過時，單載波異頻高鐵小區瞬時寬帶接收總功率（RTWP）從-105.5 dBm平均提升至-87 dBm，比平時提升18.5 dB；最高可以提升至-77 dBm[13]。如圖3所示。

這種情況說明上行干擾已很嚴重，直接影響無線網絡控制器（RNC）對用戶終端的隨機接入控制、擁塞控制、接續控制和功率控制。同時說明上行方向單載波已無力承擔如此大量用戶業務需求[14]。圖4為單小區在列車經過時RTWP提升情況。

由以上信息我們可以總結出在現有單向高鐵列車（16節車廂，額度載客人數1 220人，用戶上座率40%以上），后臺實時跟蹤顯示高鐵用戶業務負荷居高不下，實時在線用戶數過多（最大H用戶數達到30人，加上普通語音用戶20人）[15]。下行方向，網絡下行功率接近滿負荷發射，體現下行功率嚴重不足，導致高速下行鏈路分組接入業務（HSDPA）調度速率降低，無法滿足突發容量需求。上行方向，終端的Tx-Power達到較高水平，RTWP惡化明顯，無法滿足W網業務質量需求[16]。

2下行質量問題的解決

根據以上分析，我們需要采取雙載波策略解決高負荷及由此引起的干擾問題。

2.1雙載波策略分析

依據以上結論，必須對現有高鐵W網進行緊急擴容。目前高鐵常用雙載波策略如表3所示。

半交互方式（雙載波單異頻）因存在基礎載波，具有可以實現用戶向大網平滑過度，基礎載波存在較大干擾等特點。完全獨立方式（雙載波雙異頻）因與大網異頻，具有無線環境好，吸收大網用戶少，負載低等特點；在部分場景需要設置過度切換帶；存在用戶掉入大網后不能及時返回專網問題，對高鐵站點維護要求高。本次試驗主要采取半交互方式（雙載波單異頻）雙載波策略，應對高鐵用戶突發業務負荷的沖擊。

2.2實施效果分析

對該段網絡實施了雙載波單異頻及隨機駐留話務均衡策略，Ec/Io得以持續提升，Ec/Io > 0 dB的比例提升至91.3%。Ec/Io > 2 dB的比例提升至96.49%。如圖5所示。

配合雙載波實施，RTWP及TX-POWER可以得到同步優化和提升，如圖6所示。高鐵列車內用戶移動終端經過高鐵覆蓋小區時TX-POWER從平均0 dBm下降至-15 dBm以下；而RTWP則會從-80 dBm改善至-100 dBm（為業務狀態的正常值）[17]。

3 結束語

基于以上分析，可以得出兩點：在高鐵全覆蓋網絡場景下的問題分析和定位辦法必須采用實時跟蹤方法，才能精準定位問題；無論從前向還是從反向來看，導致高鐵W網Ec/Io和RTWP嚴重惡化的因素為高網絡負荷及由此產生的網絡干擾。經驗證，采用雙載波話務均衡策略方式能有效解決高鐵W網絡突發業務問題。

在以后的高鐵網絡建設規劃設計中，除考慮W網全覆蓋外，還需考慮雙向高鐵列車交匯時的用戶業務需求。因此要徹底解決W網網絡干擾和負荷問題，在建設階段可直接采用雙載波策略。隨著高鐵用戶量的持續提升，高鐵在線用戶數對W網負荷、容量和質量是一大挑戰，三載波甚至更多載波將是未來應對網絡負荷不斷增加等的不二選擇。

參考文獻

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[12]麥羅拉著.蜂窩移動通信工程設計[M].聶濤等譯.北京：人民郵電出版社， 1997.

[13]張平等.WCDMA移動通信系統[M]. 北京：人民郵電出版社， 2004.

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[16] 郭東亮等.WCDMA規劃設計手冊[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[17] 孫記明，張惠謙，李廣彬。WCDMA網絡無線行業應用信息安全分析[J]、郵電設計技術. 2012，（2）： 13-16

1.2.2 跟蹤結果分析

在單載波異頻（40 W）條件下，依據列車時刻表，該實驗段某列高鐵通過時，后臺專業網管實時跟蹤高鐵W網小區的瞬時功率利用率及發射功率情況如圖2所示。

當列車經過時，單載波異頻高鐵小區瞬時發射功率從40 dBm增強至45 dBm，比平時最高值還提升了5 dB；功率利用率從平均30%增至80%左右，比平時提升了50%，占到額定發射功率（46 dBm）的97.8%。

依據式（4）可知，部分小區下終端接收到的Ec/Io < 12 dB，已經滿足不了某些業務的質量需求[11-12]。

當列車經過時，單載波異頻高鐵小區瞬時寬帶接收總功率（RTWP）從-105.5 dBm平均提升至-87 dBm，比平時提升18.5 dB；最高可以提升至-77 dBm[13]。如圖3所示。

這種情況說明上行干擾已很嚴重，直接影響無線網絡控制器（RNC）對用戶終端的隨機接入控制、擁塞控制、接續控制和功率控制。同時說明上行方向單載波已無力承擔如此大量用戶業務需求[14]。圖4為單小區在列車經過時RTWP提升情況。

由以上信息我們可以總結出在現有單向高鐵列車（16節車廂，額度載客人數1 220人，用戶上座率40%以上），后臺實時跟蹤顯示高鐵用戶業務負荷居高不下，實時在線用戶數過多（最大H用戶數達到30人，加上普通語音用戶20人）[15]。下行方向，網絡下行功率接近滿負荷發射，體現下行功率嚴重不足，導致高速下行鏈路分組接入業務（HSDPA）調度速率降低，無法滿足突發容量需求。上行方向，終端的Tx-Power達到較高水平，RTWP惡化明顯，無法滿足W網業務質量需求[16]。

2下行質量問題的解決

根據以上分析，我們需要采取雙載波策略解決高負荷及由此引起的干擾問題。

2.1雙載波策略分析

依據以上結論，必須對現有高鐵W網進行緊急擴容。目前高鐵常用雙載波策略如表3所示。

半交互方式（雙載波單異頻）因存在基礎載波，具有可以實現用戶向大網平滑過度，基礎載波存在較大干擾等特點。完全獨立方式（雙載波雙異頻）因與大網異頻，具有無線環境好，吸收大網用戶少，負載低等特點；在部分場景需要設置過度切換帶；存在用戶掉入大網后不能及時返回專網問題，對高鐵站點維護要求高。本次試驗主要采取半交互方式（雙載波單異頻）雙載波策略，應對高鐵用戶突發業務負荷的沖擊。

2.2實施效果分析

對該段網絡實施了雙載波單異頻及隨機駐留話務均衡策略，Ec/Io得以持續提升，Ec/Io > 0 dB的比例提升至91.3%。Ec/Io > 2 dB的比例提升至96.49%。如圖5所示。

配合雙載波實施，RTWP及TX-POWER可以得到同步優化和提升，如圖6所示。高鐵列車內用戶移動終端經過高鐵覆蓋小區時TX-POWER從平均0 dBm下降至-15 dBm以下；而RTWP則會從-80 dBm改善至-100 dBm（為業務狀態的正常值）[17]。

3 結束語

基于以上分析，可以得出兩點：在高鐵全覆蓋網絡場景下的問題分析和定位辦法必須采用實時跟蹤方法，才能精準定位問題；無論從前向還是從反向來看，導致高鐵W網Ec/Io和RTWP嚴重惡化的因素為高網絡負荷及由此產生的網絡干擾。經驗證，采用雙載波話務均衡策略方式能有效解決高鐵W網絡突發業務問題。

在以后的高鐵網絡建設規劃設計中，除考慮W網全覆蓋外，還需考慮雙向高鐵列車交匯時的用戶業務需求。因此要徹底解決W網網絡干擾和負荷問題，在建設階段可直接采用雙載波策略。隨著高鐵用戶量的持續提升，高鐵在線用戶數對W網負荷、容量和質量是一大挑戰，三載波甚至更多載波將是未來應對網絡負荷不斷增加等的不二選擇。

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1.2.2 跟蹤結果分析

在單載波異頻（40 W）條件下，依據列車時刻表，該實驗段某列高鐵通過時，后臺專業網管實時跟蹤高鐵W網小區的瞬時功率利用率及發射功率情況如圖2所示。

當列車經過時，單載波異頻高鐵小區瞬時發射功率從40 dBm增強至45 dBm，比平時最高值還提升了5 dB；功率利用率從平均30%增至80%左右，比平時提升了50%，占到額定發射功率（46 dBm）的97.8%。

依據式（4）可知，部分小區下終端接收到的Ec/Io < 12 dB，已經滿足不了某些業務的質量需求[11-12]。

當列車經過時，單載波異頻高鐵小區瞬時寬帶接收總功率（RTWP）從-105.5 dBm平均提升至-87 dBm，比平時提升18.5 dB；最高可以提升至-77 dBm[13]。如圖3所示。

這種情況說明上行干擾已很嚴重，直接影響無線網絡控制器（RNC）對用戶終端的隨機接入控制、擁塞控制、接續控制和功率控制。同時說明上行方向單載波已無力承擔如此大量用戶業務需求[14]。圖4為單小區在列車經過時RTWP提升情況。

由以上信息我們可以總結出在現有單向高鐵列車（16節車廂，額度載客人數1 220人，用戶上座率40%以上），后臺實時跟蹤顯示高鐵用戶業務負荷居高不下，實時在線用戶數過多（最大H用戶數達到30人，加上普通語音用戶20人）[15]。下行方向，網絡下行功率接近滿負荷發射，體現下行功率嚴重不足，導致高速下行鏈路分組接入業務（HSDPA）調度速率降低，無法滿足突發容量需求。上行方向，終端的Tx-Power達到較高水平，RTWP惡化明顯，無法滿足W網業務質量需求[16]。

2下行質量問題的解決

根據以上分析，我們需要采取雙載波策略解決高負荷及由此引起的干擾問題。

2.1雙載波策略分析

依據以上結論，必須對現有高鐵W網進行緊急擴容。目前高鐵常用雙載波策略如表3所示。

半交互方式（雙載波單異頻）因存在基礎載波，具有可以實現用戶向大網平滑過度，基礎載波存在較大干擾等特點。完全獨立方式（雙載波雙異頻）因與大網異頻，具有無線環境好，吸收大網用戶少，負載低等特點；在部分場景需要設置過度切換帶；存在用戶掉入大網后不能及時返回專網問題，對高鐵站點維護要求高。本次試驗主要采取半交互方式（雙載波單異頻）雙載波策略，應對高鐵用戶突發業務負荷的沖擊。

2.2實施效果分析

對該段網絡實施了雙載波單異頻及隨機駐留話務均衡策略，Ec/Io得以持續提升，Ec/Io > 0 dB的比例提升至91.3%。Ec/Io > 2 dB的比例提升至96.49%。如圖5所示。

配合雙載波實施，RTWP及TX-POWER可以得到同步優化和提升，如圖6所示。高鐵列車內用戶移動終端經過高鐵覆蓋小區時TX-POWER從平均0 dBm下降至-15 dBm以下；而RTWP則會從-80 dBm改善至-100 dBm（為業務狀態的正常值）[17]。

3 結束語

基于以上分析，可以得出兩點：在高鐵全覆蓋網絡場景下的問題分析和定位辦法必須采用實時跟蹤方法，才能精準定位問題；無論從前向還是從反向來看，導致高鐵W網Ec/Io和RTWP嚴重惡化的因素為高網絡負荷及由此產生的網絡干擾。經驗證，采用雙載波話務均衡策略方式能有效解決高鐵W網絡突發業務問題。

在以后的高鐵網絡建設規劃設計中，除考慮W網全覆蓋外，還需考慮雙向高鐵列車交匯時的用戶業務需求。因此要徹底解決W網網絡干擾和負荷問題，在建設階段可直接采用雙載波策略。隨著高鐵用戶量的持續提升，高鐵在線用戶數對W網負荷、容量和質量是一大挑戰，三載波甚至更多載波將是未來應對網絡負荷不斷增加等的不二選擇。

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