TD-LTE高鐵F20+10擴(kuò)容規(guī)劃分析

黃凱　郭建光

摘要：高鐵覆蓋作為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要場景，是4G網(wǎng)絡(luò)的重要形象體現(xiàn)。現(xiàn)階段全國共計開通、在建、規(guī)劃高鐵線路80多條，其中“四橫四縱”30多條，總里程數(shù)達(dá)到3萬多公里。伴隨著高鐵事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高鐵的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋已從“無到有”的需求，逐步過渡到“有且精”的階段。不僅要考慮高鐵的VoLTE語音質(zhì)量，伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)用戶高價值使用行為的建立，以及VoLTE用戶的高清語音承載，需要重點(diǎn)考慮高鐵的容量覆蓋規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：TD-LTE 高鐵 F20+10 擴(kuò)容

作者簡介：黃凱（1981-），男，北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位，中級工程師，研究方向：TD-LTE/LTE FDD/NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化，以及移動通信工程全過程造價咨詢。

作者簡介：郭建光（1984），男，北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位，研究方向：TD-LTE/LTE FDD/NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化，目前主要研究5G方向。

2 高鐵TD-LTE覆蓋概述

高鐵覆蓋作為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要場景，是4G網(wǎng)絡(luò)的重要形象體現(xiàn)。現(xiàn)階段全國共計開通、在建、規(guī)劃高鐵線路80多條，其中“四橫四縱”30多條，總里程數(shù)達(dá)到3萬多公里。伴隨著高鐵事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高鐵的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋已從“無到有”的需求，逐步過渡到“有且精”的階段。不僅要考慮高鐵的VoLTE語音質(zhì)量，伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)用戶高價值使用行為的建立，以及VoLTE用戶的高清語音承載，需要重點(diǎn)考慮高鐵的容量覆蓋規(guī)劃[1]。

F頻段（1880-1920MHz）相較于D頻段（2575-2635MHz）頻段有著路損小，覆蓋廣的有點(diǎn)，更適合于高鐵的高穿損覆蓋場景。本文主要從容量承載以及建設(shè)方面對F頻段擴(kuò)容方案進(jìn)行規(guī)劃分析。

F頻段20M+10M組網(wǎng)是指使用F頻段前20M（1885-1905）和后10M（1905-1915）的兩個頻點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，具體頻段信息如下：

F頻段20M+10M組網(wǎng)可以實現(xiàn)兩個頻點(diǎn)共覆蓋，通過總共30M帶寬的容量來應(yīng)對高鐵用戶規(guī)模發(fā)展后的容量不足的問題。

2 VoLTE承載用戶理論計算

2.1 標(biāo)清（12.2k，語音包間隔20ms）

在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)帶寬為20MHz，子幀配比為3：1，特殊時隙配比為9：3：2的場景下，VoLTE承載容量受限的信道主要有PDCCH、PDSCH、PHICH、PUCCH、PUSCH，但主要受限信道為PUSCH信道：12.2k標(biāo)清理論用戶數(shù)受限于上行PUSCH，最大用戶數(shù)為180。

2.2 高清（23.85k，語音包間隔20ms）

在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)帶寬為20MHz，子幀配比為3：1，特殊時隙配比為9：3：2的場景下，下行采用MCS28，1RB對應(yīng)的塊為712，MIMO空分復(fù)用后對應(yīng)1424bit，1個23.85k 高清用戶仍需1個RB，20ms最大用戶數(shù)400X4=1600（PBCH塊暫忽略不計）;

上行采用最高M(jìn)CS為24，對應(yīng)1RB的數(shù)據(jù)塊為520bit，1個高清仍需要2個RB，則20ms對應(yīng)用戶數(shù)為90/2X4=180個。

小結(jié)：23.85k 高清理論用戶數(shù)受限于上行PUSCH，最大用戶數(shù)為180。

2.3 總結(jié)

12.2k標(biāo)清理論用戶數(shù)受限于上行PUSCH，最大用戶數(shù)為180，23.85k 高清理論用戶數(shù)受限于上行PUSCH，最大用戶數(shù)為180;

若采用RoHC功能可將標(biāo)情用戶數(shù)由180提升到360，高清用戶數(shù)仍為180;

若采用SID功能，仍為上行PUSCH受限，標(biāo)清最大用戶數(shù)360*1.6=576，高清最大用戶數(shù)288;

若采用F20+10，則標(biāo)清最大用戶數(shù)為270，23.85k高清用戶數(shù)為270。

3 高鐵擴(kuò)容評估

高鐵場景較公網(wǎng)場景有著自身的特點(diǎn)，因而高鐵專網(wǎng)的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)不能完全套用大網(wǎng)的擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)。

高鐵首先用戶時間集中度高，每個小區(qū)只在過車的時間有用戶，其他時間基本無用戶;其次高鐵用戶空間集中度高，車內(nèi)所有用戶同時駐留在同一個小區(qū);高鐵的網(wǎng)絡(luò)干擾更小，網(wǎng)絡(luò)利用率更高，小包業(yè)務(wù)比例更高。

3.1 根據(jù)用戶模型進(jìn)行的理論評估

根據(jù)第二章的理論分析部分，LTE基站單載波最大可承載180戶VOLTE用戶同時在線使用。常使用的CRH380AL動車組列車，共16節(jié)車廂，定員1061人：其中1、16號車廂為商務(wù)艙/一等車，2、3車為一等座車，9號車廂為餐車，其余均為二等座車。

根據(jù)相關(guān)運(yùn)營數(shù)據(jù)，運(yùn)營商1的4G用戶數(shù)為3.6037億，用戶總數(shù)為8.3126億，運(yùn)營商2的2月份運(yùn)營數(shù)據(jù)顯示，截至到2月份，4G用戶總數(shù)5480.2萬，滲透率為21.3%，運(yùn)營商3截至到2月份，4G用戶數(shù)6356萬，滲透率為31.9%。根據(jù)如上數(shù)據(jù) 整理三大運(yùn)營商數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)三大運(yùn)營商的運(yùn)營數(shù)據(jù)，可以計算出運(yùn)營商1用戶在三大運(yùn)營商的總用戶占比為64.5%，其4G用戶滲透率為43.3%。

高鐵小區(qū)覆蓋最多覆蓋相向行駛的兩列列車，單趟列車最大載員1061人，則高鐵小區(qū)內(nèi)的最大用戶數(shù)為2122人（2*1061），根據(jù)前文計算的運(yùn)營商1用戶數(shù)占比64.5%，及4G用戶滲透率43.3%，則其4G用戶最大為593戶。

據(jù)統(tǒng)計高鐵小區(qū)日均小區(qū)內(nèi)的最大用戶數(shù)在400戶，由此可以推出高鐵RRC激活用戶占比為67.5%。其中VoLTE用戶的占比，由于受制于VoLTE終端的普及程度及更迭周期，目前VOLTE用戶在4G用戶的占比不會超過10%，依照10%的比例開展估算，則高鐵小區(qū)承載的VOLTE最大用戶數(shù)在40戶作用，由于單載波小區(qū)可承載的VOLTE同時在線用戶數(shù)為180戶，由此可以得出，高鐵單小區(qū)單載頻在用戶數(shù)層面可以滿足VoLTE用戶數(shù)的需求。

結(jié)合所有4G用戶的行為分析，由上分析，高鐵單小區(qū)4G最大激活用戶數(shù)為400戶，其中40戶VoLTE高清語音用戶同時在線，由此進(jìn)行單扇區(qū)流量容量估算。參考基站利用率明細(xì)，高鐵單小區(qū)需承載的最大下行吞吐量為2.884Mbps，最大上行吞吐量為1.492Mbps，根據(jù)單小區(qū)的小區(qū)平均吞吐量能力需求，3：1時隙配比下，單小區(qū)可承載的下行吞吐量為20Mbps，可承載的上行吞吐量為8Mbps，由此可以得出，高鐵單小區(qū)單載頻在流量層面可承載最大用戶數(shù)的流量需求。

具體基于用戶理論模型的評估過程如下表：

3.2 基于資源利用率進(jìn)行的評估分析

統(tǒng)計某高鐵站點(diǎn)207個，小包業(yè)務(wù)站點(diǎn)數(shù)量198個，中包8個，大包1個，共計207個，統(tǒng)計分析如下表。

高鐵需要擴(kuò)容的站點(diǎn)數(shù)量為18個邏輯站，按照大網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)來說需要升級的站點(diǎn)數(shù)量18個，比例不算太高，主要受限因素在單小區(qū)下行流量。單以RRC有效連接用戶數(shù)統(tǒng)計大于50的站點(diǎn)數(shù)量為173，比例達(dá)83.6%，單小區(qū)承載的有效連接用戶數(shù)過高;下行利用率大于40%的站點(diǎn)數(shù)量為179個，比例達(dá)86.5%，下行的PRB利用率過高[2]。小區(qū)的下行流量不高，用戶數(shù)高，PRB利用率高，初步分析應(yīng)當(dāng)為高鐵的無線環(huán)境導(dǎo)致，根據(jù)單小區(qū)承載的用戶數(shù)以及PRB利用率， F20+10升級具有一定優(yōu)勢，另外仍需參考實際測試情況（速率或KPI） 、競爭情況、用戶滲透率、投資效益、用戶投訴、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容難度等因素來綜合評定。

4 高鐵擴(kuò)容F20+10所需設(shè)備

高鐵擴(kuò)容F20+10為在F頻段20MHz的基礎(chǔ)上進(jìn)行10MHz的升級，涉及到的硬件主要有新增基帶板、新增基帶載波license，新增RRU載波license，以及常用的軟件，如CSFB、小區(qū)合并、高速移動、下行載波聚合等功能。高鐵擴(kuò)容F20+10的工程建設(shè)方面更多的涉及到的為軟件擴(kuò)容，所以在實際操作及安裝層面更易于進(jìn)行質(zhì)量控制和管理[3]。

5 總結(jié)

本文從理論分析了高鐵上的F頻段的應(yīng)用情況，并且從容量層面、建設(shè)工程層面對于高鐵的擴(kuò)容需求進(jìn)行了量化分析，旨在對于高鐵的擴(kuò)容方法提供相關(guān)的借鑒，更好的提高我國的高鐵網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣遠(yuǎn)，湯利民.TD-LTE原理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計. [M].北京：人民郵電出版社，2012.10

[2]張崴.第四代移動通信技術(shù)的發(fā)展觀望. [J].城市建設(shè)理論研究，2013，5（3）： 99-100

[3] TD-LTE中VoLTE的理論極限容量. [DB/OL].?http：//wenku.baidu.com，2015-01-15/2016-09-11

Abstract：?As an important scenario of TD-LTE network coverage， high-speed rail coverage is an important image of 4G network. At present， more than 80 high-speed railway lines have been opened， with a total mileage of more than 30，000 kilometers. With the vigorous development of high-speed rail， the high-speed rail's 4G network coverage has gradually transited to very important stage. Considering not only the VoLTE voice quality of high-speed rail， but also the high-value use behavior of users in 4G network and the high-definition voice carrying capacity of VoLTE users， the capacity coverage planning of high-speed rail needs to be considered

Keywords：TD-LTE High-speed rail F20+10