高鐵4G網絡優化及維護運營的策略

□袁 旭

目前我國高速鐵路運營里程2.9萬公里，居世界第一[1]，同時全國各地的高速鐵路網絡建設仍在高速進行中。如何利用高速鐵路網絡更快地進行人和物的流通，促進社會各領域的快速發展，成為了高鐵建設的一個“瓶頸”，隨著4G LTE網絡的試驗成功和全面鋪開運行，在高速鐵路網絡上實現4G LTE全覆蓋，能夠有效地促進人和物的快速流通。同時，為了確保高鐵4G網絡運營的穩定性，確保價值客戶的使用體驗感，高鐵4G網絡優化與運營顯得尤為重要。

一、高鐵4G網絡問題分析

(一)高鐵切換問題分析。

1.背景概述。列車的高速行駛給列車通信系統帶來了一系列關鍵問題，如越區切換、穿透損耗、多普勒頻移、切換頻繁和干擾等[2]。越區切換的可靠性不僅影響到用戶的移動通信體驗，也影響到高速列車的行駛安全，所以在高速4G網絡中要保證約區切換快速及時地完成，合理減少高鐵扇區切換次數。從而確保系統的可靠性。

2.解決策略。通過跨站小區PCI合并(如圖1所示)。小區合并功能可實現2個正常的重疊覆蓋小區(同頻)合并成為一個獨立的“supercell”，這2個小區使用同一個PCI，無論在UE側還是數據側看來就是一個單獨的小區。此策略既能減少重疊覆蓋，更能減少小區間切換，從而有效地提升了平均吞吐量，降低掉線風險。

圖1 跨站小區PCI合并示意圖

3.效果及應用。測試發現，在高鐵基站新增1與高鐵新增2之間鐵路下行速率過低，用戶感知較差。

圖2 實施測試對比圖

通過鐵路段新增1和新增2跨站小區合并后，復測后發現兩基站之切換明顯減少，SINR顯著提升，下行速率明顯提高。用戶感知改善明顯。一是實現不同站點下的相同覆蓋；二是控制同區域內參考信號數量，減少同頻干擾，提升覆蓋質量；三是降低因重建的掉線危險；四是跨站同PCI既降低重疊覆蓋又減少切換，有效應對高鐵場景下的低速及掉線問題。

(二)高鐵熱點區域4G+策略。高鐵熱點區域主要為高鐵站點候車室與高鐵月臺。為保障高熱點區域用戶感知，提出“高鐵熱點區域4G+策略”。通過高效利用載波聚合與負載均衡的手段，開啟載波聚合可保證高鐵熱點區域用戶速率大幅度提升；而開啟負載均衡功能保障高鐵熱點區域扇區話務負荷均衡，高效提升電信4G用戶感知體驗。

1.策略實施。選取熱點區域站點，設備開通頻段1.8GHz和2.1GHz，開啟載波聚合功能將離散的多載波聚合起來，作為一個較寬的頻帶使用，提高用戶的使用帶寬。同時開啟負載均衡功能，通過采用多種負載均衡參數策略，在不改變網絡環境及設備現狀的前提下，實現高負荷場景扇區間負荷分流平均，減少網絡擁塞情況。

圖3 載波聚合開啟前后指標對比圖

2.效果及應用。開啟載波聚合后，選取高鐵站不同區域進行CQT測試，發現高鐵站4G速率大幅度提升，具體測試情況如下：高鐵站為高話務區域，開啟負載均衡后，高鐵站點1.8G與2.1G PRB利用率基本均衡，有效防止了小區擁塞問題。

二、高鐵4G網絡運維方案

(一)高鐵感知優化保障體系簡介。如圖4所示。

圖4 高鐵感知優化保障體系簡易圖

(二)場景建立。通過對高鐵測試LOG與指標分析，統計出高鐵上實際占用小區，對站點信息進行統一匯總，建立高鐵站點數據庫。

(三)性能監控。

1.告警監控?；竟收稀⑿^退服等告警對網絡影響較大，因此對于高鐵基站的告警實時監控更為重要。這樣，能及時有效地幫助維護人員定位與處理故障，同時將高鐵基站告警設置為高優先級，維護人員必須優先處理高鐵基站故障，從而保障高鐵用戶感知的穩定性。

2.指標跟蹤。日常提取高鐵相關小區指標數據。包含如下幾大類：接入性指標、保持性指標、移動性指標、業務量指標、產品運行類指標、系統可用性指標和網絡資源利用率指標。通過對高鐵指標的監測，可以達到：識別突發問題、風險提前預警、話統KPI的穩定與提升。

(四)射頻優化。周期性高鐵摸測，通過對測試數據的評估與分析，輸出優化方案。充分運用優化手段，解決切換帶質差路段，規劃偏差等產生的覆蓋問題，不斷提高高鐵覆蓋質量，從而提升高鐵用戶感知。

高鐵覆蓋網絡有穿透損耗大、終端移動速度快、單方向線性運行的特點，優化思路如下：第一，信號強度及切換點調整，加快切換/重選的速度，設置高鐵專門的TAC區，避免高鐵覆蓋網絡與大網的相互影響上來處理。第二，電磁波信號傳播時不同的入射角對應的穿透損耗不同，當信號垂直入射時的穿透損耗最小。當基站的垂直位置距離鐵道較近時，小區邊緣信號進入車廂的入射角較小，穿透損耗較大。實際測試表明當信號入射角小于9度時穿透損耗將會快速增加。

圖5 高鐵射頻優化特性圖

(五)參數設置。

1.高鐵參數研究。高鐵覆蓋場景特殊，高鐵參數優化主要分為接入重建相關、切換重選相關、吞吐量相關三大類。

(1)接入重建類參數。主要包括前導初始接收目標功率值、RS功率、各類接入或重建定時器。其中參數ulpcIniPrePwr即Preambleinitialreceivedtargetpower(隨機接入前導碼的初始功率)。將高鐵扇區的該項參數由-104dBm修改為-96dBm，對用戶隨機接入RSRP強度要求更高，以保證高鐵用戶接入成功率，同時減少高鐵站點對于周邊非高鐵用戶話務吸收。

4G LTE使用20Mhz的頻帶，但由于每個子載波均使用15Khz小帶寬頻率，高速場景下，多普勒效應導致的頻偏對接收機性能影響較大。參數prachHSFlag即PRACHhighspeedflag(高速小區標識)。該參數開關打開時，高速場景會采用循環移位生成前導，小區需要的根序列數較少，能較好地解決頻率偏移問題。

圖6 多普勒示意圖

(2)切換重選類參數。主要有同頻切換的A3偏置、A3遲滯、測量報告上報間隔等參數。a3ReportInterval即A3reportinterval，A3上報時間間隔。高鐵線部分路段車速超過250Km/h，以50米切換重疊覆蓋帶為準，切換從準備到完成總時長不超過500ms，對于切換時延要求極高?，F網A3的上報間隔為640ms，間隔過長已無法滿足需求，高鐵沿線扇區，A3間隔全部修改為240ms，以滿足連續覆蓋。

圖7 高鐵重疊覆蓋帶示意圖

(3)吞吐量類參數。主要為上行功控參數。PUCCH和PUSCH的P0值，及路徑損耗因子參數。通過上行功控，以實現上行用戶數最大化，進而提升小區的吞吐量。如將P0NominalPUSCH設置較大，PassLossCoeff設置較小，以獲得較高的扇區吞吐量。

圖8 高鐵故障處理時長對比圖

2.高鐵參數設置。為保證小區對快速移動的用戶提供更優性能，需要對沿線的高鐵小區進行以上三大類參數的個性化設置，按照以上的參數研究的結果配置完成后，并制定每日參數核查規定，保證高鐵小區參數固定性。

(六)應用效果。針對高鐵小區進行了性能監控，射頻優化和個性參數設置后，高鐵專項優化保障體系建立完成，高鐵告警故障處理時延相比傳統故障手段大幅度降低，由原先平均4小時處理時長，縮短至平均2.6小時左右，用戶投訴率持續下降，高鐵網絡覆蓋質量明顯改善，用戶使用感知不斷提升。

三、結語

高鐵4G網絡的全覆蓋，是數字鐵路的一大進步。綜合優化后，鐵路網絡質量迅速提升，用戶流量有進一步的增加。為4G用戶提供了“雙飛”的良好體驗，即用戶享受高鐵飛一般的車速，更能享受飛一般的網速，實現了經濟效益與社會效益雙豐收。