高速鐵路LTE組網(wǎng)淺析

邵松青 陳尚京

（長訊通信服務(wù)有限公司）

高速鐵路LTE組網(wǎng)淺析

邵松青 陳尚京

（長訊通信服務(wù)有限公司）

高鐵在我國內(nèi)以及全網(wǎng)范圍內(nèi)迅速發(fā)展，伴隨著高端人群大規(guī)模、長時間乘坐高鐵頻繁流動的情況以及鐵路本身信息化建設(shè)的需求，LTE系統(tǒng)憑借帶寬大、時延短的特性，為高鐵帶寬通信提供了最佳的技術(shù)手段。由于多普勒效應(yīng)的影響，對高速鐵路的無線組網(wǎng)及參數(shù)配置提出了更高要求。

組網(wǎng)；多普勒效應(yīng)

1 高鐵場景特征及組網(wǎng)分析

高鐵不同于常規(guī)的室內(nèi)和室外通信場景，高鐵場景存在列車運行速度快、列車車體穿透損耗大、站臺客流大、站點部署困難的高架橋和較長的隧道等復(fù)雜的通信環(huán)境，多樣性通信環(huán)境給LTE優(yōu)化帶來的挑戰(zhàn)主要有：

圖1

1.1 車體穿透損耗大

高速列車采用密閉式廂體設(shè)計，增大了車體損耗，高達24dB的穿透損耗對基站和終端的發(fā)射功率和接收靈敏度提出了更高的要求。

1.2 多普勒頻偏

高速覆蓋場景對LTE系統(tǒng)性能影響最大的是多普勒效應(yīng)。接收到的信號的波長因為信號源和接收機的相對運動而產(chǎn)生變化，稱作多普勒效應(yīng)。特別是高速場景下，多普勒頻移導(dǎo)致無線鏈路性能惡化，驗證影響基站和終端的解調(diào)。

1.3 頻繁的切換和重選

高速場景下，高速移動的終端頻繁的切換會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生較大的影響，因此必須解決在高鐵通信建設(shè)中的小區(qū)切換問題。最基本的要求就是用戶通過切換區(qū)域的時間要大于切換的處理時間，否則切換流程無法完成，會造成用戶的QoS下降甚至掉話，影響用戶的正常使用。

2 高鐵專網(wǎng)基站部署原則

2.1 高速鐵路覆蓋

站點交錯部署在鐵路兩側(cè)，有利與信號的均勻分布，同時可以改善切換區(qū)域覆蓋；為減小多普勒頻移的影響以及避免“塔下黑”問題，站點離鐵路垂直距離建議在100～200m；站點選擇考慮利舊原則；盡量部署在鐵路的內(nèi)拐彎；站高建議大于30～40m，可提升基站的覆蓋距離。采用智能天線技術(shù)和選用高增益天線。

2.2 車站覆蓋

車站是人員密集的環(huán)境，話務(wù)量大，包括2G/3G，WiFi多制式網(wǎng)絡(luò)，切換頻繁，由于車廂的屏蔽左右，車廂內(nèi)外信號差別達20dB以上。車廂內(nèi)的不同制式的微小區(qū)與站點的宏小區(qū)設(shè)置雙向鄰區(qū)關(guān)系，保證切換成功，LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋車站，保證用戶上車后繼續(xù)進行相關(guān)業(yè)務(wù)。鐵路沿線所有車站小區(qū)ID設(shè)置一致，所有車廂內(nèi)微小區(qū)ID設(shè)置一致。

2.3 隧道高速覆蓋

隧道中需要RRU拉遠的解決覆蓋；隧道內(nèi)信號和隧道外同屬一個小區(qū)，減少切換帶；隧道出口的高速切換帶需要仔細規(guī)劃；隧道外基站安裝維護方便。由于隧道內(nèi)部狹長并且可能有彎道，信號入射角度小，信號不均勻，局部信號衰落快。通常無線信號基本上是沿著直線傳播的，很容易被遮擋形成陰影，反射信號也很快被吸收，因此建議采用泄露電纜的覆蓋方案。

2.4 長隧道泄漏電纜覆蓋布放

由于隧道內(nèi)部狹長并且可能有彎道，信號入射角度小，信號不均勻，局部信號衰落快。通常無線信號基本上是沿著直線傳播的，很容易被遮擋形成陰影，反射信號也很快被吸收，因此建議采用泄露電纜的覆蓋方案：基于單通道小區(qū)的長隧道泄露電纜覆蓋和基于雙通道小區(qū)的長隧道泄露電纜覆蓋。

3 LTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化

針對高鐵覆蓋所面臨的損耗、大頻偏、頻繁切換等問題，提出了一系列LTE高鐵優(yōu)化建議。

3.1 單小區(qū)多RRU級聯(lián)技術(shù)

從LTE高鐵覆蓋特點來看，為保證小區(qū)間可靠切換，需增加小區(qū)的覆蓋范圍，減少小區(qū)切換次數(shù)。建議單小區(qū)多RRU級聯(lián)方案，設(shè)備體積小、重量輕，功耗低，環(huán)境適應(yīng)能力強，應(yīng)用BBU+RRU技術(shù)，可以將多個RRU組網(wǎng)，利用基帶合并技術(shù)組合到一個小區(qū)內(nèi)。當屬于同一邏輯小區(qū)的多個RRU覆蓋區(qū)域部分重疊連環(huán)相連之后，構(gòu)成一個狹長地帶的高信號強度的適合鐵路沿線的小區(qū)覆蓋方案，有利于增加覆蓋信號強度。

3.2 公網(wǎng)與專網(wǎng)組網(wǎng)選擇

公網(wǎng)和專網(wǎng)的切換原則：要重點考慮公網(wǎng)和專網(wǎng)的切換原則和對應(yīng)關(guān)系，保證公網(wǎng)用戶順利切入高鐵專網(wǎng)，并保證離開站臺時，避免發(fā)生乒乓位置更新。高鐵覆蓋專網(wǎng)專用，在站點和候車室設(shè)置專網(wǎng)與公網(wǎng)過渡的隔離，相互設(shè)置鄰區(qū)，同時列車進行中專網(wǎng)小區(qū)和公網(wǎng)小區(qū)不設(shè)置為鄰區(qū)，用戶不允許切換到公網(wǎng)，公網(wǎng)用戶也不能占用專網(wǎng)資源。

表1

3.3 優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)保障切換和重選

圖2

3.3.1 區(qū)間的切換區(qū)域劃分

切換過渡區(qū)：指兩個小區(qū)間切換遲滯的1dB的物理過渡區(qū)域。切換測量區(qū)：指切換的測量上報區(qū)域。切換執(zhí)行區(qū)：從物理信道重配指令下發(fā)到完成的區(qū)域（如圖3）。

圖3

3.3.2 切換、重選參數(shù)優(yōu)化

切換：TimeToTriger=320ms，Hyst=2dB；重選：Threselection，Qhys。

表2

3.4 專網(wǎng)入口優(yōu)化

3.4.1 車站

車站專網(wǎng)入口設(shè)置是高鐵優(yōu)化重要的一環(huán)，必須保證用戶車站上車順利進入專網(wǎng)策略：根據(jù)車站的大小，制定差異化的專網(wǎng)入口方案。

（1）大型車站

特點：候車室有多個4G室分小區(qū)，部分室分小區(qū)與高鐵專網(wǎng)覆蓋不能正常銜接。

方案：站臺設(shè)置4G過渡小區(qū)，上車的用戶從候車室先進入過渡小區(qū)，再進入高鐵4G專網(wǎng)。

（2）小型車站

特點：候車室僅1～2個室分小區(qū)，且均可以與高鐵專網(wǎng)正常銜接。

方案：候車室室分直接與高鐵專網(wǎng)添加鄰區(qū)，上車的用戶從室分直接進入專網(wǎng)。

3.4.2 后備入口

高鐵用戶不可避免的會因為偶發(fā)原因掉出專網(wǎng)，設(shè)置后備入口可以使用戶再返回專網(wǎng)，保障后續(xù)通信感知：

（1）后備入口位置：一般挑選在高鐵沿線4G用戶較少的地市邊界，減少入口對非高鐵用戶的影響。

（2）公網(wǎng)小區(qū)挑選：通過掃頻數(shù)據(jù)盡量選取在高鐵上測量到的電平較強，且能穩(wěn)定占用3～4s的公網(wǎng)小區(qū)。

（3）公網(wǎng)至專網(wǎng)重選/切換策略

鄰區(qū)：公網(wǎng)小區(qū)添加至專網(wǎng)小區(qū)單向鄰區(qū)；重選：專網(wǎng)重選優(yōu)先級高于公網(wǎng)；

切換：采用A2+A4算法，更易向?qū)＞W(wǎng)切換。

3.5 高鐵組網(wǎng)注意事項

（1）小區(qū)級規(guī)劃：同小區(qū)內(nèi)RRU覆蓋距離，不同小區(qū)RRU重疊覆蓋距離；單小區(qū)覆蓋距離計算。RRU鐵塔選擇距離鐵路直線距離在200m以內(nèi)為宜，天線掛高可在35～45m。根據(jù)RRU鐵塔與鐵路的垂直距離長短，應(yīng)采用高增益天線。站臺小區(qū)采用小增益八木天線或者吸頂天線。

（2）覆蓋規(guī)劃：針對不同覆蓋場景定制傳播模型。做好重疊切換區(qū)域規(guī)劃。做好公網(wǎng)與專網(wǎng)交疊覆蓋覆蓋。根據(jù)不同長度隧道選擇不同的覆蓋方案，短距離隧道采用隧道外天線直接覆蓋方式，中距離隧道采用隧道內(nèi)RRU+功分器+泄纜方式覆蓋，長距離隧道采用隧道外RRU+功分器+泄纜方式覆蓋。

3.6 優(yōu)化案例

首要原則參數(shù)優(yōu)化：空閑態(tài)易出4G專網(wǎng)分析。

在測試優(yōu)化過程中，我們發(fā)現(xiàn)4G終端在空閑態(tài)易出專網(wǎng)，借助測試軟件，定位80%出專網(wǎng)為終端重選失敗觸發(fā)小區(qū)搜網(wǎng)，具體流程如圖4。

圖4

重選發(fā)生時目標小區(qū)電平較服務(wù)小區(qū)高10dB以上，即重選滯后較嚴重，需要優(yōu)化參數(shù)加快重選，調(diào)整后空閑態(tài)出專網(wǎng)次數(shù)下降50%（如表3）。

表3

4 小結(jié)

高鐵對LTE組網(wǎng)覆蓋有其自身的特點，在實際建設(shè)中需充分考慮高鐵組網(wǎng)下的覆蓋、切換等性能，通過高增益、載波瓣天線、大功率雙通道RRU的配合，通過合理的站點規(guī)劃、組網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)備選型，并結(jié)合高鐵特有的優(yōu)化方法和參數(shù)設(shè)置，通過多種手段達到高鐵場景下LTE組網(wǎng)的最佳性能。

陳尚京，就職于長訊通信服務(wù)有限公司網(wǎng)優(yōu)中心，主要從事LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作。

TN929.5

A

1004-7344（2016）10-0274-02

2016-3-20

邵松青（1982-），男，中級工程師，2007年畢業(yè)于上海海事大學(xué)，碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于長訊通信服務(wù)有限公司網(wǎng)優(yōu)中心，主要從事LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究工作。