4G網絡高鐵覆蓋關鍵技術與優化體系

梁曉燕

（中國電信股份有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

1 概 述

隨著高速鐵路的建成，高鐵承擔起越來越多的客流運送任務。目前，高鐵通信建設優化已經成為各運營商品牌展示和保障用戶感知的重要競爭領域。高鐵承載了大量的優質客戶，因此保證高鐵用戶正常使用通信業務顯得尤為重要。高鐵網絡質量和業務感知的好壞直接影響用戶對移動網絡的口碑，其中高鐵4G網絡的覆蓋與感知優化是重中之重。

高鐵列車密封性能好、車體穿透損耗高、運營速度快，會對列車內的移動通信質量產生較大影響。本文從高鐵關鍵技術和性能優化兩個方面進行分析，給出網絡優化方案，以提升用戶感知。

2 高鐵關鍵技術

2.1 自適應頻率補償技術

隨著高速鐵路車輛移動速度的加快，多普勒效應更加明顯，基站小區信號接收天線上產生二倍頻偏，從而影響解調性能。多普勒原理如圖1所示。

其中，v為車速；c為光速；f為系統工作頻率。

車輛速度加快主要造成了兩方面的網絡影響。一方面，根據多普勒原理，當終端朝向基站接收天線移動時頻率變高，遠離基站接收天線時頻率變低；另一方面，車速加快會引起終端在網絡間頻繁切換，用戶經過相同的覆蓋區域時的速度越高，則終端穿越覆蓋區域的時間越短，甚至會導致穿越覆蓋區的時間小于系統切換處理的最小時延，從而引起切換失敗或發生掉線。針對這個問題的應對措施是在網絡建設及優化過程中合理設置重疊區大小。

圖1 多普勒原理

采用高速頻偏估計算法，精準估算多普勒頻偏的變化趨勢，計算高精度的頻偏估計值。LTE的子載波使用15 kHz的小帶寬頻率，頻偏對接收機性能影響較大，目前采用頻率補償技術可以有效降低性能損失[1]。

2.2 小區合并技術

高鐵線路終端移動速度快以及頻繁切換與重選易導致通信中斷，降低用戶體驗。小區合并技術是將相鄰的多個物理小區合并為同一邏輯小區，減少終端在移動過程中重選和切換的次數，從而降低網絡的同頻干擾[2]。每個物理小區成為小區合并的組成部分，稱為CP（Cell Portion）。對于小區合并內部不同CP間的邊緣用戶，由多個CP聯合為該終端發射或接收信號，以提升信號質量，提升上下行鏈路性能。

小區合并將不同的RRU以相同的頻率及參數在邏輯上設置為同一小區。通過將相鄰RRU設置為同一小區，可以有效避免傳統覆蓋方案中重選與切換過于頻繁的問題，同時緩解小區間的干擾[3]。

在路段長度為60 km、車輛時速為300 km/h的情況下，2個物理小區合并時，切換頻率為12 s，切換次數為59次；4個物理小區合并時，切換頻率為24 s，切換次數為29次；6個物理小區合并時，切換頻率為36 s，切換次數為19次。可見，物理小區合并可降低切換次數，提升用戶體驗。

3 高鐵性能優化

3.1 覆蓋優化

針對高速移動場景的特點，需做好基礎網絡覆蓋優化基礎，從而提升網絡質量。通過覆蓋優化滿足列車箱體深度覆蓋要求，形成鏈型高鐵覆蓋小區鏈和長距離的主覆蓋信號，可減少頻繁重選和切換的概率。

3.1.1 覆蓋優化總體思路

高鐵覆蓋專項通過五維評估和內外兼優的優化策略提升4G網絡質量。五維評估和內外兼優優化體系如圖2所示。

圖2 五維評估和內外兼優優化體系

3.1.2 五維評估

高鐵覆蓋優化前，需要通過告警評估、干擾評估、性能評估、測試評估和參數評估5個方面以及網管KPI和DT路測手段準確定位覆蓋高鐵線路小區問題，并結合站點實際情況、后臺配置以及KPI數據確定相應的優化調整方案。重點參數規范設置如表1所示。

3.1.3 外場優化

外場優化主要針對RF優化，主要解決網絡中的弱覆蓋、越區覆蓋、重疊覆蓋、模三干擾、質差以及導頻污染和切換等問題。通過天饋調整、功率調整、鄰區優化、PCI優化以及參數優化等手段，改善網絡的覆蓋和質量，提升網絡性能。鄰區優化需要考慮各小區的覆蓋范圍、站間距、方位角以及接收功率等信息，目的在于保證在小區服務邊界的手機能及時切換到信號最佳的鄰區，以保證通話質量和整網的性能。高鐵線路的鄰區優化至關重要，通過刪除冗余鄰區和添加漏配鄰區，可保證在高速行駛的場景下，網絡仍正常連續覆蓋。

表1 重點參數優化規范設置

3.1.4 內場優化

（1）TOP小區優化。針對高鐵線路TOP小區問題，主要通過故障處理、鄰區優化、參數調整以及RF優化予以解決。

（2）規劃類參數優化。通過PCI優化和TAC優化兩方面核查高鐵線路小區，調整PCI復用和MOD3、MOD30以及TAC插花問題。

（3）功控參數優化。提升RS功率和整體下行覆蓋水平，將增加下行指標的穩定性，但不建議將提升整體RS功率作為提升速率的優化手段。針對城區環境，RS功率不一定要滿功率配置，可以考慮預留2～3 dB作為覆蓋控制的輔助手段。可以通過調整RS功率突出主服務小區，從而降低鄰區干擾，降低MOD3干擾。此外，針對弱覆蓋區域，可以通過提升RS功率解決下行覆蓋，但要考慮上下行鏈路平衡。

（4）切換重選門限優化。高鐵車速較快，為了能順利完成小區間的切換重選，需進行合理的重疊覆蓋區域優化，這是實現業務連續的基礎。通過調整切換重選門限和時延等參數，可改善高鐵線路切換重選性能，使UE快速駐留到信號質量更好的小區。重選門限設置如表2所示，切換門限設置如表3所示。

表2 重選門限設置

表3 切換門限設置

（5）VoLTE呼叫時延優化。從語音業務延遲去激活、DRX尋呼周期、DRX開關以及PRACH功控4個特性優化VoLTE呼叫時延。語音業務延遲去激活是指當VoLTE語音通話結束、QCI1承載釋放后，延遲主被叫進入空閑態的feature，使主被叫在下一次起呼時處于激活態，從而減少RRC和承載的建立時延和尋呼時延。為減少呼叫建立時延，只需將控制面user-inactivity定時器設置大于通話間隔時長，保證每次呼叫主被叫都處在激活態。目前，現網UE監聽尋呼場合的DRX循環周期為128 sf，極端情況下可認為被叫最長等待監聽尋呼消息間隔為128 sf，即128 ms。針對該過程，優化措施為減小UE監聽尋呼場合的DRX循環周期，使被叫可更快速地監聽尋呼消息。DRX應用激活期和休眠期間隔的工作模式，在激活期UE僅打開接收機接收下行數據和信令，在休眠期關閉接收機停止接收下行數據和信令，從而使UE進入節電的工作模式。DRX工作模式下，UE不需要連續偵聽PDCCH（Physical Downlink ControlChannel）信道，節省了UE的電力消耗，延長了UE的使用時間。關閉高鐵沿線站點的DRX功能，可減少終端從休眠態到激活態的時延。PRACH功控優化時，通過優化PRACH功控參數，可提升高速場景下隨機接入時的可靠性，減少不必要的重發，降低時延。VoLTE呼叫時延優化如表3所示。

表3 VoLTE呼叫時延優化

4 結 論

從高鐵關鍵技術和性能優化兩個方面出發，分析自適應頻率補償技術和超級小區技術關鍵技術，并確定了五維評估和內外兼優的優化體系，以全面提高高鐵網絡覆蓋能力、網絡性能及用戶感知。