高速鐵路無線網(wǎng)絡優(yōu)化實踐

張 華

（安徽省通信產(chǎn)業(yè)服務有限公司，合肥 230600）

1 引言

相比其他交通工具，高鐵具有全封閉式車廂結(jié)構(gòu)、車速快、客運量大、全天候運營、旅客層次相對較高等特點，高速移動對手機在空閑態(tài)的小區(qū)重選和業(yè)務態(tài)的切換提出較高的要求。多普勒效應，車體穿透損耗大導致切換成功率、接通率、掉話率、下載速率等指標變差，用戶體驗差，投訴大幅上升，因此網(wǎng)絡優(yōu)化成為十分重要的工作。

2 高鐵覆蓋難點

2.1 列車運行速度快

高速列車以250km/h以上速度快速運行，發(fā)射機（基站）與接收機（用戶終端）之間相互運動，接收機（用戶終端）接收到的信號頻率與發(fā)射機（基站）發(fā)射的信號頻率之間存在偏差，這種偏差叫做多普勒頻移。

圖1 多普勒頻移示意圖

頻偏會導致無線鏈路不穩(wěn)定，進而影響基站的解調(diào)性能，從而影響各項KPI指標，一般來說速度越快，頻移越大；同時用戶終端靠近和遠離基站，接收頻率會在中心頻率上下波動；頻移與掠射角成反比，掠射角越小，頻移越大。

2.2 車廂穿透損耗大

由于高速列車的車廂內(nèi)部均采用封閉式箱體設計，因此它具有密閉性好的特征，且其車型箱體內(nèi)部的材質(zhì)均采用中空鋁合金材質(zhì)和不銹鋼，其車窗則主要是采用金屬鍍膜玻璃材質(zhì)，與普通列車相比其損耗更大，典型穿透損耗值在14dB～24dB之間。常見高鐵列車廂體穿透損耗的典型值。

表1 常見高鐵列車廂體穿透損耗參考值

2.3 頻繁小區(qū)重選和切換

影響高速鐵路覆蓋的又一大因素就是頻繁切換。在切換區(qū)大小不變的情況下，用戶終端移動速度越快則穿越切換區(qū)的時間越短，當列車的運行時速達300km/h時，則小區(qū)間切換的頻率為10秒/次，同時由于LTE系統(tǒng)屬于硬切換，因此在切換的過程中不會發(fā)生有關業(yè)務，一旦小區(qū)間的切換頻率過大必然會對網(wǎng)絡的使用性能造成影響，終端吞吐量降低，引起切換失敗，甚至掉線，影響用戶體驗。

3 優(yōu)化手段

主要采用激活設備糾偏功能、補償RS信道、同PCI多小區(qū)合并、優(yōu)化切換參數(shù)、優(yōu)化天線參數(shù)、優(yōu)化天線類型、合理功率配置、規(guī)劃專用TAC等多種措施。以下詳細論述同PCI多小區(qū)合并、優(yōu)化切換參數(shù)兩種技術手段，其他優(yōu)化手段不再贅述。

3.1 同 PCI多小區(qū)合并

把多個物理小區(qū)合并成一個邏輯小區(qū)，如此能夠在一定程度上減少切換頻率，使得終端在小區(qū)內(nèi)的駐留時間有所延長，這樣一來可以實現(xiàn)同一邏輯小區(qū)內(nèi)部無需進行切換操作，有效的防止了掉話現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時小區(qū)覆蓋半徑不變，內(nèi)部小區(qū)之間覆蓋范圍的成倍擴大，簡化了鄰區(qū)關系。通過同PCI多小區(qū)合并可以使物理小區(qū)邊緣下行RSRP和上行覆蓋均得到1dB增益。

圖2 多小區(qū)合并示意圖

在使用同PCI小區(qū)合并時，應綜合考慮公網(wǎng)用戶和高鐵用戶的容量和性能，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理選擇RRU同小區(qū)方案。一般城區(qū)站距較密，用戶較多，建議根據(jù)話務情況謹慎采用；農(nóng)村區(qū)域，站間距較大，用戶較少，建議采用同PCI多小區(qū)合并，城區(qū)建議2-4個小區(qū)合并，農(nóng)村4-6個小區(qū)合并。

3.2 優(yōu)化切換參數(shù)

高速鐵路通信網(wǎng)跨省、地市的邊界切換，如邊界附近有較長隧道、狹長山谷等較窄的具有很強方向性的地形，應在隧道內(nèi)等信號易于方向性傳播的地形中采用合理的切換算法，測算合適的重疊覆蓋區(qū)域，保證切換的及時性和成功率。

重疊覆蓋距離=2*（電平遲滯時間+切換觸發(fā)時間+切換執(zhí)行時間）*車速

根據(jù)上述公式計算得出不同車速條件下重疊覆蓋距離的典型值，如下表：

表2 高鐵小區(qū)重疊覆蓋距離典型值

切換的時延也決定了小區(qū)間重疊覆蓋區(qū)的大小，通常為提供切換成功率，把切換過程分過渡區(qū)域A、切換執(zhí)行區(qū)B和保護區(qū)域C三個階段。過渡區(qū)域A即鄰區(qū)信號強度達到切換門限所需要的距離，切換執(zhí)行區(qū)B即滿足A3事件至切換完成所需要的距離，保護區(qū)域C就是切換測量開始后，防止由于信號波動需重新測量而影響切換的保留余量。

圖3 重疊覆蓋區(qū)域示意圖

通常LTE切換遲滯設置為2dB、切換時延設置為320+100＝420（用戶終端）、保留余量2dB。

4 優(yōu)化效果

通過以上多種優(yōu)化手段的組合實施，我們對合肥市境內(nèi)的某段高鐵連續(xù)一個階段的DT測試，并對測試結(jié)果進行分析。優(yōu)化后高鐵覆蓋率、RSRP、SINR、下行速率等KPI關鍵指標均有不同程度的提升，用戶體驗明顯改善，測試指標對比見下表：

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CRH2 EC3372 -96.71 8.98 85.31% 84.47% 22.78 CRH2 EC3372 -91.67 8.31 96.19% 94.70% 22.97

5 結(jié)束語

隨著高鐵的日漸普及和網(wǎng)絡的持續(xù)發(fā)展，對高鐵場景的網(wǎng)絡優(yōu)化提出更多的要求，需針對不同場景、不同廠家、不同問題采用差異化的優(yōu)化手段，同時網(wǎng)絡優(yōu)化技術在不斷推陳出新，要善于在日常網(wǎng)絡優(yōu)化中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，做好現(xiàn)有高鐵4G網(wǎng)絡的優(yōu)化同時，為后期5G網(wǎng)絡的優(yōu)化儲備經(jīng)驗。