高鐵寬帶碼分多址異頻覆蓋分析與優(yōu)化

中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司 顏蕾 谷俊江

高鐵寬帶碼分多址異頻覆蓋分析與優(yōu)化

中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司 顏蕾 谷俊江

摘要：對(duì)高速鐵路WCDMA（寬帶碼分多址）網(wǎng)絡(luò)采用異頻組網(wǎng)的必要性和異頻組網(wǎng)的實(shí)際效果進(jìn)行分析，闡述江蘇高鐵異頻網(wǎng)設(shè)置與優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方式，總結(jié)了高鐵異頻組網(wǎng)涉及的關(guān)鍵問(wèn)題的分析與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；寬帶碼分多址；異頻覆蓋；優(yōu)化

0 引言

中國(guó)高速鐵路地理環(huán)境特殊，沿線(xiàn)基本在15 m以上的高架上運(yùn)行。除高鐵覆蓋小區(qū)對(duì)高鐵的有效覆蓋外，周?chē)^遠(yuǎn)的非高鐵覆蓋小區(qū)信號(hào)也能夠較強(qiáng)地覆蓋高鐵，從而造成較強(qiáng)的干擾。

中國(guó)高速鐵路的快速性，全線(xiàn)車(chē)速基本保持在250 km/h以上。由于高鐵的快速性，基站小區(qū)變更較快，Ec/Io（每碼片能量/干擾功率譜密度）指標(biāo)非常容易發(fā)生較大波動(dòng)，如果Ec/Io處于嚴(yán)重的干擾環(huán)境下，極易產(chǎn)生異常事件。

因此，高速鐵路WCDMA（寬帶碼分多址）優(yōu)化在明確高鐵主服務(wù)小區(qū)覆蓋效果和質(zhì)量，并在嚴(yán)格控制非高鐵小區(qū)覆蓋（不影響周邊區(qū)域覆蓋的前提下）的同時(shí)，非常有必要采用異頻覆蓋方式。

1 異頻組網(wǎng)關(guān)鍵問(wèn)題分析與優(yōu)化實(shí)現(xiàn)

高速鐵路異頻組網(wǎng)需要關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題，一方面要確保列車(chē)內(nèi)用戶(hù)占用異頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信業(yè)務(wù)，另一方面要通過(guò)合理手段使異頻網(wǎng)和大網(wǎng)之間兼容共存，避免高鐵異頻網(wǎng)邊界切換問(wèn)題導(dǎo)致用戶(hù)投訴的產(chǎn)生。

2 線(xiàn)狀長(zhǎng)距離覆蓋切換的連續(xù)性措施

根據(jù)高鐵線(xiàn)狀覆蓋的需求和特點(diǎn)，每條高鐵網(wǎng)絡(luò)均包含多個(gè)RNC（無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制器）和MSC（移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心）的邊界，并被邏輯上分割成多個(gè)軟切換和硬切換區(qū)域，最終形成一個(gè)完整的線(xiàn)性覆蓋區(qū)域。因此，高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要增加配置更復(fù)雜的邏輯關(guān)系。

1）根據(jù)對(duì)WCMDA網(wǎng)原理分析，手機(jī)在呼叫過(guò)程中，不論發(fā)生多少次軟切換或硬切換，手機(jī)發(fā)起連續(xù)呼叫的第一個(gè)MSC server將一直作為本次呼叫事件的主控MSC server，中間經(jīng)過(guò)的其他MSC server只是參與切換控制的過(guò)程。

因此，要實(shí)現(xiàn)高鐵線(xiàn)路全程呼叫業(yè)務(wù)的連續(xù)性，避免全線(xiàn)或某一區(qū)域段在機(jī)制上發(fā)生切換掉話(huà)，要實(shí)現(xiàn)MSC和RNC核心層面的數(shù)據(jù)配置完善工作。

·高鐵全線(xiàn)所有RNC均需配置RNC級(jí)的相互鄰區(qū)關(guān)系（包括硬切換或軟切換形式），否則會(huì)導(dǎo)致切換掉話(huà)發(fā)生；

·高鐵全線(xiàn)的MSC server均需配置所有RNC相關(guān)位置識(shí)別信息；

·高鐵全線(xiàn)所有MSC server均需配置兩兩相鄰關(guān)系。

2）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)層面線(xiàn)狀覆蓋配置措施：基于不同無(wú)線(xiàn)廠商實(shí)現(xiàn)方式的不同，無(wú)線(xiàn)層面可聯(lián)合采用以下3個(gè)方面的措施實(shí)現(xiàn)高鐵網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的連續(xù)性，主要包括Iur（RNC與RNC的接口）虛擬網(wǎng)絡(luò)連接方式，鏈?zhǔn)絀ur加軟切換靜態(tài)遷移實(shí)現(xiàn)方式，不同廠商邊界的硬切換隔離方式等。

·愛(ài)立信Iur接口虛擬網(wǎng)狀方式：主要采用配置高鐵沿線(xiàn)相鄰RNC間的鏈?zhǔn)轿锢鞩ur接口，非相鄰RNC間采用虛擬通路方式配置兩兩Iur接口（實(shí)際承載仍在鏈?zhǔn)轿锢鞩ur接口上），最終實(shí)現(xiàn)所有RNC間Iur接口的網(wǎng)狀連接方式，SRNC（服務(wù)無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)控制器）不發(fā)生變更。

·華為鏈?zhǔn)絀ur加軟切換靜態(tài)遷移實(shí)現(xiàn)方式：主要采用配置高鐵沿線(xiàn)相鄰RNC間的鏈?zhǔn)轿锢鞩ur接口，相鄰RNC開(kāi)通軟切換靜態(tài)遷移功能，UE（用戶(hù)設(shè)備）在RNC邊界成功實(shí)現(xiàn)SRNC變更，配置關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單。

基于以上兩種方式，由于不同設(shè)備廠家Iur接口實(shí)現(xiàn)方式的不同，為保障地區(qū)邊界無(wú)線(xiàn)切換的連續(xù)性，需要采用硬切換方式強(qiáng)制無(wú)線(xiàn)SRNC變更，實(shí)現(xiàn)全段呼叫業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

3 用戶(hù)正常進(jìn)入并保持在異頻網(wǎng)措施

異頻網(wǎng)建設(shè)的首要目的是使高鐵用戶(hù)能成功進(jìn)入并保持在異頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。具體實(shí)現(xiàn)上可通過(guò)車(chē)站覆蓋控制方式使用戶(hù)選入異頻網(wǎng)，同時(shí)對(duì)在列車(chē)行使過(guò)程中由于各種突發(fā)原因選出異頻網(wǎng)的用戶(hù)采用“返回帶”設(shè)置的方式，及時(shí)把用戶(hù)拉回到異頻網(wǎng)中來(lái)。下面以南京站為例進(jìn)行分析。

3.1 用戶(hù)初始接入異頻網(wǎng)——車(chē)站覆蓋方案

南京站緊臨玄武湖，總建筑面積為41 000 m2，共有8個(gè)站臺(tái)，一層主要為售票大廳及商鋪，二層為進(jìn)候車(chē)廳安檢口，三層主要為候車(chē)大廳。

車(chē)站候車(chē)室內(nèi)存在室分系統(tǒng)，將候車(chē)室作為過(guò)渡帶，使用戶(hù)能夠在候車(chē)室至站臺(tái)之間占上專(zhuān)網(wǎng)。車(chē)站覆蓋策略見(jiàn)表1。

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·配置車(chē)站候車(chē)室室分與專(zhuān)網(wǎng)鄰區(qū)，設(shè)置參數(shù)使用戶(hù)在候車(chē)室內(nèi)能夠重選至專(zhuān)網(wǎng)。

·設(shè)置切換參數(shù)，使得用戶(hù)在出候車(chē)室與進(jìn)入進(jìn)站通道時(shí)切換至專(zhuān)網(wǎng)。

·配置專(zhuān)網(wǎng)與地下通道鄰區(qū)設(shè)置參數(shù)，使得用戶(hù)進(jìn)入出站通道能夠切換或者重選至大網(wǎng)室分小區(qū)。

火車(chē)站周邊站點(diǎn)分布較多，主要覆蓋火車(chē)站站臺(tái)的大網(wǎng)站點(diǎn)有“火車(chē)站、黃家圩、紅山動(dòng)物園、六十六中”等站點(diǎn)。異頻網(wǎng)主要由“南京站、黃家圩”兩個(gè)站點(diǎn)覆蓋火車(chē)站站臺(tái)。

優(yōu)化調(diào)整方式及效果：將火車(chē)站室分系統(tǒng)頻點(diǎn)由F1調(diào)整為F3，配置室分與高鐵同頻鄰區(qū)，使得用戶(hù)在候車(chē)室內(nèi)能夠平均占用專(zhuān)網(wǎng)和室分小區(qū)。當(dāng)用戶(hù)從候車(chē)室進(jìn)入進(jìn)站通道時(shí)，室分信號(hào)減弱，用戶(hù)可以從室分同頻切換或者重選至高鐵網(wǎng)小區(qū)。

調(diào)整六十六中2小區(qū)、火車(chē)站1小區(qū)、紅山動(dòng)物園3小區(qū)以及南京商廈2小區(qū)下傾角，使得大網(wǎng)站點(diǎn)在站臺(tái)覆蓋低于專(zhuān)網(wǎng)小區(qū)信號(hào)10～15 dBm。配置火車(chē)站站臺(tái)大網(wǎng)信號(hào)較好的2個(gè)小區(qū)與高鐵網(wǎng)的單向鄰區(qū)，使得過(guò)站用戶(hù)能夠在站臺(tái)占用上高鐵網(wǎng)小區(qū)。

配置火車(chē)站室分與周邊大網(wǎng)小區(qū)的異頻鄰區(qū)，設(shè)置切換參數(shù)（2D：－90 2F：－87），設(shè)置重選參數(shù)（空閑態(tài)異頻小區(qū)重選啟動(dòng)門(mén)限：4），使用戶(hù)在出候車(chē)室的低速環(huán)境下切換至大網(wǎng)小區(qū)時(shí)相對(duì)困難。車(chē)站覆蓋原則如圖1所示。

3.2 途中用戶(hù)拉回異頻網(wǎng)——返回帶設(shè)置

由于個(gè)別路段基站異常退服、車(chē)站手機(jī)駐留等問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致手機(jī)選擇大網(wǎng)駐留的情況，為了使得未能占上專(zhuān)網(wǎng)的用戶(hù)能夠及時(shí)迅速選擇回高鐵專(zhuān)網(wǎng)，全線(xiàn)各地市挑選一至兩個(gè)郊區(qū)且話(huà)務(wù)量較低站點(diǎn)，配置該F1站點(diǎn)與專(zhuān)網(wǎng)小區(qū)的單向鄰區(qū)，設(shè)置相應(yīng)偏置，使得未能占用上專(zhuān)網(wǎng)的用戶(hù)在這些站點(diǎn)附近能夠占用上專(zhuān)網(wǎng)。

返回帶選取的原則：每個(gè)地市設(shè)置1～2個(gè)入口點(diǎn)，保證用戶(hù)出專(zhuān)網(wǎng)之后能盡快進(jìn)入專(zhuān)網(wǎng)；返回帶需要選在話(huà)務(wù)量較低的區(qū)域，避免引起專(zhuān)網(wǎng)基站擁塞問(wèn)題；返回帶需要保證足夠長(zhǎng)的高鐵覆蓋長(zhǎng)度，滿(mǎn)足切換和重選時(shí)間要求。

根據(jù)以上原則，滬寧高鐵各個(gè)地市選取的入口點(diǎn)位置情況見(jiàn)表2。

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4 異頻網(wǎng)邊界和大網(wǎng)間兼容共存措施

4.1 默認(rèn)設(shè)置的存在問(wèn)題

默認(rèn)設(shè)置的異頻網(wǎng)和兩側(cè)大網(wǎng)間不切換、不重選機(jī)制，會(huì)導(dǎo)致如下方面嚴(yán)重的負(fù)面問(wèn)題：

1）異頻基站覆蓋范圍大，極易導(dǎo)致大量高鐵基站擁塞問(wèn)題。由于鐵路異頻信號(hào)干凈，在同樣鏈路損耗的情況下，異頻Ec/Io覆蓋較遠(yuǎn)。

2）導(dǎo)致鐵路異頻網(wǎng)和兩側(cè)大網(wǎng)間切換失敗較多，高鐵基站和附近大網(wǎng)基站掉話(huà)率較高，導(dǎo)致用戶(hù)投訴上升。

3）高鐵附近用戶(hù)特別是密級(jí)住宅區(qū)、工廠辦公區(qū)等用戶(hù)密級(jí)區(qū)域，用戶(hù)占用高鐵異頻網(wǎng)后無(wú)法切出，導(dǎo)致掉話(huà)和用戶(hù)投訴產(chǎn)生。

4）將鐵路站點(diǎn)調(diào)整配置為異頻后，如果不和兩側(cè)大網(wǎng)設(shè)置互操作關(guān)系，高鐵附近區(qū)域容易產(chǎn)生覆蓋空洞。

因此，如果同時(shí)要保障“高鐵用戶(hù)”和“鐵路兩側(cè)非高鐵用戶(hù)”的使用感受，降低高鐵異頻網(wǎng)絡(luò)掉話(huà)率及大網(wǎng)在高鐵附近的掉話(huà)率，使異頻網(wǎng)和大網(wǎng)處于良好兼容共存的狀態(tài)，需要考慮打開(kāi)異頻網(wǎng)和大網(wǎng)間的互操作關(guān)系。

4.2 “異頻－大網(wǎng)”鄰區(qū)配置原則策略

同站點(diǎn)同覆蓋區(qū)域鄰區(qū)不配置：由于站點(diǎn)共站址，覆蓋區(qū)域近乎一致，專(zhuān)網(wǎng)信號(hào)覆蓋電平由用戶(hù)位置和終端所決定，如果配置異頻鄰區(qū)且觸發(fā)2D事件（當(dāng)前使用頻率的評(píng)估質(zhì)量低于某一門(mén)限值），信號(hào)有可能切至異頻，容易發(fā)生乒乓切換，影響用戶(hù)感知。為保證用戶(hù)穩(wěn)定的占用專(zhuān)網(wǎng)，建議不配置共站共覆蓋異頻小區(qū)鄰區(qū)。

第一層背對(duì)鐵路小區(qū)可添加鄰區(qū)：背對(duì)鐵路小區(qū)對(duì)高鐵覆蓋影響較小，不易導(dǎo)致高鐵異常事件產(chǎn)生。對(duì)于大網(wǎng)用戶(hù)在遠(yuǎn)離高鐵移動(dòng)時(shí)，可作為正常切換關(guān)系。

用戶(hù)密集區(qū)域主要道路保障：針對(duì)市區(qū)主要交通道路進(jìn)行用戶(hù)分布以及電平分布分析，交通要道切換需求較多，需要針對(duì)該區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)保障。根據(jù)以上兩條不添加高鐵旁第一層或者第二層站點(diǎn)正對(duì)鐵路覆蓋的小區(qū)為鄰區(qū)的原則，可通過(guò)添加周?chē)^(qū)完善。

4.3 “異頻－大網(wǎng)”切換參數(shù)優(yōu)化策略

高鐵2D事件只采用RSCP（接收信號(hào)碼功率）作為判決條件：

由于高鐵移動(dòng)速度較快（最快平均87 m/s），測(cè)試中發(fā)現(xiàn)Ec/Io容易出現(xiàn)較大波動(dòng)，如果采用和大網(wǎng)一樣的RSCP和Ec/Io聯(lián)合判決，Ec/Io波動(dòng)時(shí)很容易啟動(dòng)2D事件。

異頻網(wǎng)2D啟動(dòng)門(mén)限為－102 dBm，覆蓋鐵路兩側(cè)距離約為700～800 m，郊區(qū)區(qū)域距離約為900 m左右，且主瓣信號(hào)集中覆蓋鐵路沿線(xiàn)。

1）提高異頻網(wǎng)最小接入電平值。

設(shè)置QRXLEVMIN從－58修改為－51，這預(yù)示著只有UE測(cè)得的CPICH（公共導(dǎo)頻信道）RSCP大于－101 dBm時(shí)，UE才有可能駐留到該小區(qū)。當(dāng)用戶(hù)在空閑態(tài)時(shí)，UE信號(hào)電平強(qiáng)度小區(qū)該閥值時(shí)，UE將脫網(wǎng)并重新搜索小區(qū)。通話(huà)狀態(tài)UE可以在電平強(qiáng)度低于－101 dBm時(shí)繼續(xù)通話(huà)直至啟動(dòng)異頻切換進(jìn)入大網(wǎng)或掛機(jī)后啟動(dòng)重選。

2）加大2D事件觸發(fā)時(shí)延。

為應(yīng)對(duì)個(gè)別站點(diǎn)故障或無(wú)線(xiàn)環(huán)境突變導(dǎo)致的局部弱覆蓋問(wèn)題等。2D觸發(fā)時(shí)延由1 280 ms調(diào)整為最大值5 000 ms。

優(yōu)化效果分析：通過(guò)對(duì)南京段調(diào)整分析，KPI（關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)）統(tǒng)計(jì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)一天平均掉話(huà)率從2.3%降低到1.2%，RNC忙時(shí)話(huà)務(wù)量基本保持在24 Erl。全天異頻切出次數(shù)（10 663→10 713）8 300次左右少量增加到8 900次左右，效果良好。

降低高鐵異頻網(wǎng)切換事件次數(shù)的措施：

在高鐵快速移動(dòng)環(huán)境下，與大網(wǎng)相比單位時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的信令事件，在增加系統(tǒng)、UE終端工作負(fù)荷的同時(shí)，極易發(fā)生異常事件。有效擴(kuò)大單邏輯小區(qū)覆蓋范圍，減少覆蓋碎片產(chǎn)生將有助于減少異常事件的概率。

前期主要采用兩小區(qū)0.5+0.5數(shù)字合并、兩小區(qū)功分合并等方式，華為R13版本引入新的“獨(dú)立解調(diào)多小區(qū)級(jí)聯(lián)”功能，多RRU（射頻遠(yuǎn)端單元）共小區(qū)組網(wǎng)，大幅減少切換，并且無(wú)底噪抬升。在上行鏈路，將多個(gè)RRU的信號(hào)送到基帶后獨(dú)立進(jìn)行解調(diào)，然后合并處理，多個(gè)RRU歸屬同一個(gè)小區(qū)，共同完成UE信號(hào)的接收和調(diào)度，無(wú)底噪抬升，不影響上行。

5 兩條高鐵交叉路段覆蓋實(shí)現(xiàn)

如圖2所示，京滬高鐵線(xiàn)和滬寧城際在鎮(zhèn)江境內(nèi)存在并軌路段，在鐵路交叉路段同時(shí)存在兩條高鐵的F3導(dǎo)頻信號(hào)。

因此在交叉路段在小區(qū)覆蓋控制的前提下，需要合理設(shè)置兩條線(xiàn)的鄰區(qū)關(guān)系，使各條線(xiàn)按設(shè)置進(jìn)行有方向性的切換實(shí)現(xiàn)解決兩條異頻高鐵交叉問(wèn)題。

5.1 設(shè)置鄰區(qū)優(yōu)先級(jí)

根據(jù)高鐵列車(chē)的行進(jìn)路徑，按每條高鐵順序列出主導(dǎo)小區(qū)列表。將鄰區(qū)優(yōu)先級(jí)標(biāo)志設(shè)置為true，并將鄰區(qū)優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1。

5.2 根據(jù)CIO方向性設(shè)置鄰區(qū)關(guān)系

小區(qū)CIO（小區(qū)個(gè)性偏移）在切換算法中起到移動(dòng)小區(qū)邊界的作用，與調(diào)整切換相對(duì)門(mén)限的方法相比，調(diào)整CIO因?yàn)槭轻槍?duì)特定鄰區(qū)配置，方向性更強(qiáng)，對(duì)軟切換比例的影響較?。徊⑶?/p>

根據(jù)高鐵的特性，設(shè)置CIO后出現(xiàn)乒乓切換的可能性很小。

6 控制異頻網(wǎng)和GSM間系統(tǒng)互操作

目前GSM（全球移動(dòng)通信）網(wǎng)絡(luò)支持兩種向WCDMA網(wǎng)絡(luò)的重選功能：普通重選功能和快速回落功能。其中快速回落功能是指通過(guò)呼叫釋放后優(yōu)先駐留3G小區(qū)功能，UE在GSM網(wǎng)絡(luò)通話(huà)結(jié)束前，BSS（基站子系統(tǒng)）會(huì)根據(jù)WCDMA鄰區(qū)的測(cè)量消息，計(jì)算出一個(gè)最優(yōu)的WCDMA鄰區(qū)，并將這個(gè)小區(qū)的頻點(diǎn)信息通過(guò)channel release消息發(fā)送給UE，指定通話(huà)結(jié)束后UE的駐留WCDMA小區(qū)信息。通話(huà)結(jié)束后，UE無(wú)需進(jìn)行小區(qū)重選計(jì)算，即可根據(jù)之前的測(cè)量消息優(yōu)先選擇合適的WCDMA小區(qū)駐留，加快了小區(qū)重選的速度。因此異頻網(wǎng)和GSM網(wǎng)互操作的總體原則是，關(guān)閉WCDMA到GSM網(wǎng)的切換和重選功能，并開(kāi)通GSM網(wǎng)向WCDMA網(wǎng)的快速重選功能。

兩種重選方式效果對(duì)比：

普通2G到3G的重選過(guò)程時(shí)間基本在5～6 s左右，按列車(chē)300 km/h行使時(shí)83 m/s速度計(jì)算，整個(gè)重選過(guò)程完成需要500 m左右。因此需要單小區(qū)覆蓋范圍至少在500 m以上。

快速回落2G到3G的重選，部分商用雙模終端（R6版本及以上）支持該功能，并且Iphone4手機(jī)全部支持，根據(jù)相關(guān)對(duì)Iphone4的快速回落測(cè)試統(tǒng)計(jì)情況，Iphone 4從2G通話(huà)后重新回到3G用時(shí)明顯減少，用時(shí)1～5 s的比例從1.13%提升到39.34%，提升幅度達(dá)38.21%。

7 結(jié)論

覆蓋效果對(duì)比如圖3所示。

江蘇高鐵WCDMA網(wǎng)絡(luò)采用異頻覆蓋和優(yōu)化方式取得了良好的覆蓋效果。滬寧高鐵WCDMA異頻網(wǎng)實(shí)施后，全線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量有較大提升，綜合下行覆蓋率由90.37%提升至95.33%，提升5個(gè)百分點(diǎn)，“Ec/Io”大于等于－12 dB的比例由原來(lái)91.6%提升到95.52%，覆蓋質(zhì)量得到有效提升，全線(xiàn)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)掉話(huà)發(fā)生。

通過(guò)實(shí)現(xiàn)異頻網(wǎng)與大網(wǎng)間兼容覆蓋措施，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和健壯性增強(qiáng)，高鐵兩側(cè)沿線(xiàn)異頻網(wǎng)與大網(wǎng)間聯(lián)合覆蓋能力提高，有效避免周?chē)脩?hù)投訴的產(chǎn)生，達(dá)到良好的覆蓋效果，對(duì)于改善聯(lián)通Iphone等高端客戶(hù)的用戶(hù)體驗(yàn)和樹(shù)立聯(lián)通3G的優(yōu)勢(shì)品牌有較大促進(jìn)作用?！?/p>