鐵路LTE系統服務質量測試與網絡優化

趙麟杰

（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司，上海 200436）

近年來，第四代移動通信（LTE）技術已經在民用通信領域內獲得大規模發展，也給鐵路等軌道交通專用通信系統的寬帶化發展帶來了契機。鐵路專用化的LTE無線通信系統，與一般電信運營商的常規網絡在特殊地理區域的無線覆蓋模式、網絡服務質量指標等多個方面具有明顯的差別，尤其是鐵路專用化的高可靠性業務，如列車調度通信、無線重聯、可控列尾、高清視頻傳送等，更要保證網絡高速暢通、穩定可靠，這就對LTE網絡服務質量提出更高的要求。因此，鐵路LTE網絡服務質量測試和網絡優化工作顯得尤為重要。場強全覆蓋，區域內無其他干擾信號，保證列車高速行進過程中無線通信不中斷，跨區瞬間切換成功，從而確保承載的各項鐵路專用業務能夠正常工作。因此在網絡覆蓋方面，采用A/B雙層網絡負荷分擔方式工作，兩網同時承載業務數據，如圖2所示。

鐵路專用的LTE網絡，一般沿著鐵路沿線進行無線覆蓋，因此形成了典型的“帶狀”覆蓋，而與民用通信的“平面”覆蓋有著較大差別，朔黃鐵路LTE試驗段“帶狀覆蓋”示例，如圖3所示。

2 網絡服務質量測試技術

LTE系統的設計目標和工程質量需要實際測試結果來驗證，網絡服務質量指標就體現了工程質量情況。LTE網絡的服務質量評估技術較傳統2G/3G無線測試技術又有新的發展。首先，鐵路帶狀環境的無線場強覆蓋需滿足最小參考功率RSRP；其次，針對鐵路專用業務承載能力制定服務質量標準，主要包括吞吐量、端到端傳輸時延、切換成功率、切換中斷時間、呼叫建立時間等重要指標，較一般民用無線通信質量要求高。應用LTE寬帶移動通信測試工具和業務仿真模擬工具測試服務質量，參照列車行進速度模擬業務通信，進行網絡客觀評估，獲取關鍵服務質量數據，為后續網絡優化提供依據。

2.1 LTE系統無線場強覆蓋測試

無線場強覆蓋指標用車載終端全向接收天線接收到的最小下行參考信號功率RSRP來描述，設備的最小RSRP值一般為-105 dBm,低于該值將無法正常工作。

LTE場強覆蓋測試框如圖4所示，為模擬現網情況，測試時需對上行進行加載，下行進行加擾。上行加載采用移動端服務器通過LTE無線終端與固定端服務器進行數據交互，模擬上行用戶工作；下行加擾采用OCNG（OFDMA Channel NoiseGenerator）方式進行模擬比例加擾，加擾比例分別為0%、50%、70%。

測試過程中，通過LTE路測系統連接掃頻儀或者測試終端分別對各種加擾情況下的LTE系統的RSRP進行測試記錄，并繪制RSRP曲線。如圖5所示，為某一區段RSRP的測試結果曲線，形狀似正弦波，其信號接收強度基本處于-65 dBm和-100 dBm區間，基本能滿足通信能力需求。

2.2 LTE系統車地無線傳輸性能測試

車地無線傳輸性能是評價LTE網絡運行情況的重要指標，反映了LTE網絡所能實現的端到端性能，主要包括平均吞吐量、時延和丟包率等指標。LTE系統車地無線傳輸性能測試框如圖6所示，測試時網絡處于空載狀態。

1）平均吞吐量測試：LTE測試終端1進行上行吞吐量測試，LTE測試終端2進行下行吞吐量測試，固定端服務器進行配合測試。測試完成后繪制上行吞吐量曲線和下行吞吐量曲線，并分別計算上、下行平均吞吐量。

2）時延測試分為用戶面和控制面時延測試：

用戶面時延主要指LTE移動終端至固定端服務器的時延，采用LTE路測系統通過LTE測試終端1通過PING固定端服務器，進行用戶面時延測試，測試結束后，記錄最大時延、平均時延、最小時延和丟包率。

控制面時延是指移動終端從空閑(IDLE)狀態進入激活(Active)狀態的時延，采用LTE路測系統控制LTE測試終端2處于空閑狀態；然后從空閑狀態接入系統，進入激活狀態并進行重復測試，測試完成后，統計最大時延、平均時延和最小時延。

3）丟包率測試：在進行用戶面時延測試的同時進行丟包率測試。

以某重載鐵路LTE系統測試結果為例，如表1所示，展現了較好的寬帶通信能力和較短的傳輸時延，丟包現象不顯現，均滿足項目預期確定的雙向吞吐量≥15 Mbit/s、車→地吞吐量≥6 Mbit/s、地→車吞吐量≥8 Mbit/s的目標。

表1 車地無線傳輸性能測試結果

2.3 切換性能測試

切換性能測試反映LTE網絡所能實現的移動終端從一個小區切換到另外一個小區的性能。切換性能測試主要包括切換成功率測試和切換時延測試。切換成功率是指切換成功次數/切換嘗試次數，切換嘗試指在預期的切換區（如從小區A覆蓋區向小區B覆蓋區移動）預期發生的切換；切換成功以信令交互完成為指標（LTE測試終端向源小區發送測量報告信令后，LTE測試終端收到切換指令“RRC連接重配置”信令，隨后測試終端向目標小區發送“RRC連接重配置完成”信令）。

切換時延通過信令來統計，從測量報告后的第一個“RRC連接重配置”信令（包含源小區向測試終端發送的切換命令內容）到“RRC連接重配置完成”信令（包含測試終端向目標小區發送的切換完成內容）之間的時間差。

切換性能測試可與平均吞吐量測試一并進行。以某重載鐵路LTE系統切換性能測試結果為例，如表2所示，展現了較好的切換成功率，滿足時延＜200 ms成功率≥99.5%的預期指標。

表2 切換性能測試結果

2.4 其他服務質量測試內容

除此之外，服務質量指標包括網絡注冊時延、連接建立時延、連接建立失敗率等一些靜態測試指標。鐵路調度通信所涉及的內容包括單呼、組呼、廣播、優先級呼叫等，其中端到端呼叫建立時間和呼叫成功率等以某重載鐵路LTE系統呼叫測試測試結果為例，如表3所示，均滿足項目預期確定的呼叫建立時間＜3 s、呼叫成功率＞99%的目標。

表3 呼叫建立測試結果

3 LTE無線網絡優化

網絡優化是系統正常開通和后續保障的一項重要工作，實際業務系統運行后，原先未能及時發現或預料不到的問題將會顯現出來，尤其是鐵路沿線的地形復雜，氣象環境變化、以及外部信號干擾等均會影響網絡質量，需要對網絡進行優化調試，通過對基站天線角度調整優化覆蓋、系統參數調優等一系列措施對突出問題進行重點優化，以解決最終實際業務應用情況下的網絡質量問題，保證系統整體的可用性和實際業務的運行效果。LTE無線網絡調試流程如圖7所示。

3.1 問題定位

1）工作準備階段主要完成測試工具準備、優化計劃制定、網絡信息收集等工作，其中網絡信息收集主要包括工程規劃參數收集、基站配置信息收集等，可為后續工作提供數據輸入；

2）單站問題定位主要完成單基站故障等問題的處理，如基站告警、單基站無法接入用戶等；

3）話統分析主要對基站收集到的各種網絡相關的數據信息進行分析，并結合現場測試對發現的網絡問題進行定位；

4）網絡服務質量測試主要用來發現覆蓋、接入、切換等問題，并結合話統分析數據對出現的弱覆蓋、過覆蓋、接入失敗、切換不合理等網絡問題進行定位和處理。

3.2 優化分析

收集完成各種測試項目所采集的數據后，對數據進行相應的回放及后處理，主要對如下幾個方面進行分析：

1） 覆 蓋：如 RSRP、SINR、RSRQ、PCI分布、各扇區PCI覆蓋圖等，這是整體衡量空口質量的重要方面，某重載鐵路LTE通信系統試驗段工程加擾覆蓋分析如圖8所示。

2）KPI：是衡量網絡質量和用戶感知的重要指標，常用分析指標包括FTP下載速率。

3）DT（DRIVE TEST）測試與分析優化：主要包括覆蓋分析、干擾分析、切換分析、掉話分析、未接通分析、射頻優化調整、頻率及參數調整等。

3.3 優化調試

1）解決場強覆蓋問題操作要點

a.調整天饋參數，調整天線下傾角和方位角；

b.調整覆蓋小區的發射功率，控制覆蓋范圍；

c.調整網絡切換參數，讓終端在弱覆蓋小區內盡快切出；

d更換天線，根據問題更換高增益或者低增益的天線；

e若覆蓋有較大盲區，應在相鄰基站中間新增加基站。

2）解決切換問題操作要點

a.鄰區漏配，導致無法找到目標小區而導致切換失敗；

b.切換不及時可通過調整切換相關參數：切換門限、遲滯、切換延遲觸發時間、CIO等來控制切換時機；

c.覆蓋不合理（弱覆蓋、越區覆蓋等）易導致切換失敗或者掉話，需要通過天線調整、功率調整等手段來控制信號覆蓋范圍。

3）解決干擾問題操作要點

a.排除硬件故障，如天線故障、饋線損壞、進水等；

b.GPS不同步；

c.天線高度、方向角、下傾角的調整；

d.優化導頻功率、PCI規劃等；

e.應對帶狀覆蓋，使用窄波束天線；f.排除設備內部互調干擾；

e.排除外界無線信號干擾。

4 結束語

LTE網絡服務質量測試和網絡優化方法，已經在國內某重載鐵路LTE系統上進行應用。綜上所述，通過對無線場強覆蓋、車地通道性能以及切換性能等關鍵參數的測試，客觀評估列車高速移動狀態下的網絡性能指標，也為無線網絡優化提供可信數據依據，使鐵路專用的LTE無線寬帶通信系統的工程質量得到有效保障。

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