高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)射頻優(yōu)化實(shí)踐

席素偉

摘要：高鐵場景LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋受到車體損耗、多普勒效應(yīng)、車速過快等影響，以致組網(wǎng)信號(hào)覆蓋及網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化處理較為復(fù)雜。文章針對(duì)無線環(huán)境變化、站點(diǎn)地理分布、天線安裝質(zhì)量等因素導(dǎo)致的高鐵質(zhì)差路段，綜合小區(qū)有效覆蓋距離和重疊覆蓋度分析研究成果，指導(dǎo)高鐵沿線站點(diǎn)的射頻優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：高鐵；有效覆蓋距離；重疊覆蓋度；射頻優(yōu)化

1內(nèi)容概述

隨著無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至4G時(shí)代，高鐵4G也面臨著許多問題：

（1）新型全封閉高速列車帶來的高穿透損耗；（2）多普勒頻偏帶來的接收機(jī)解調(diào)性能惡化；（3）超高速移動(dòng)帶來的重疊覆蓋不足及頻繁切換。

針對(duì)無線LTE網(wǎng)絡(luò)中無線環(huán)境變化、站點(diǎn)地理分布、天線安裝質(zhì)量等因素導(dǎo)致的質(zhì)差問題路段，開展系統(tǒng)的分析優(yōu)化，總結(jié)射頻優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)和方法，提升高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和改善用戶感知體驗(yàn)，本文是針對(duì)某某高鐵XX段進(jìn)行研究。

2高鐵網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

2.1高鐵站點(diǎn)規(guī)模

高鐵站點(diǎn)在初期建站時(shí)采用的多是與移動(dòng)和聯(lián)通共站，因此從現(xiàn)網(wǎng)的運(yùn)營商的建站規(guī)模分析，3家運(yùn)營商基本一致。

統(tǒng)計(jì)高鐵沿線站點(diǎn)，其中移動(dòng)站點(diǎn)87個(gè)，小區(qū)數(shù)目220個(gè)（F&D疊加組網(wǎng)/20 M）；聯(lián)通基站73個(gè)，小區(qū)數(shù)目165個(gè)（1.8G/20 M）；電信基站85個(gè)，小區(qū)數(shù)目159個(gè)（1.8 G/15 M），如圖1所示。

2.2站點(diǎn)分布分析

建議高鐵兩邊站點(diǎn)均勻分布，避免長距離高鐵在鐵軌的最側(cè)。

某某高鐵XX境內(nèi)，全長約85km，沿線近側(cè)站點(diǎn)數(shù)85個(gè)，主服務(wù)小區(qū)按行駛的南北方向分布統(tǒng)計(jì)如表1所示。

××段高鐵站點(diǎn)主要分布在北側(cè)，故位置靠北信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較好，如圖2所示。

2.3站間距分析

站間距分布合理，避免過大或過小造成切換不及時(shí)或頻繁切換，影響高鐵性能；

某高鐵××段高鐵小區(qū)整體站間距情況如圖3所示。通過數(shù)據(jù)可知：600～900 m，900～1200 m，1200～1500 m為主要站間距范圍，存在1個(gè)站點(diǎn)與周圍高鐵站點(diǎn)距離較近，主要是問題路段弱覆蓋導(dǎo)致過遠(yuǎn)覆蓋。

2.4站軌距分析

縱觀整體某某高鐵XX段，站規(guī)距普遍在200 m以內(nèi)，因此在優(yōu)化過程中要重點(diǎn)關(guān)注小區(qū)方位角和下傾角，避免入射角過小穿透損耗加大，從而影響了高鐵覆蓋性能。

某某高鐵XX段高鐵小區(qū)整體站軌距情況如圖4所示。

2.5天線夾角分析

采用背靠背兩扇區(qū)覆蓋高鐵場景，天線夾角應(yīng)盡量要求小于160°，避免覆蓋出現(xiàn)空洞。

某某高鐵XX段高鐵小區(qū)整體天線夾角情況如圖5所示。

2.6相對(duì)高度分析

天線相對(duì)高度不足，容易天線覆蓋下降，影響小區(qū)中遠(yuǎn)點(diǎn)信號(hào)覆蓋性能。

某某高鐵XX段高鐵小區(qū)天線相對(duì)高度情況如圖6所示。

2.7高鐵網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)

綜合現(xiàn)網(wǎng)高鐵網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)基礎(chǔ)信息、前期測試數(shù)據(jù)和現(xiàn)場勘查情況，目前某某XX段高鐵主要的難點(diǎn)如下：

（1）高鐵小區(qū)站點(diǎn)間距存在不合理，部分不同基站小區(qū)切換帶信號(hào)干擾嚴(yán)重。（2）小區(qū)的天線相對(duì)鐵軌高度與高鐵線路基本持平，入射角過小，穿透損耗較大。（3）部分高鐵小區(qū)站軌距在100 m以外，在小區(qū)射頻優(yōu)化時(shí)需兼顧非高鐵場景下信號(hào)的覆蓋和用戶的使用，調(diào)整不當(dāng)易導(dǎo)致非高鐵場景覆蓋空洞。

3射頻優(yōu)化實(shí)踐

針對(duì)高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，為了進(jìn)一步改善高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，現(xiàn)場聯(lián)合優(yōu)化團(tuán)隊(duì)通過大量的路測數(shù)據(jù)分析，針對(duì)高鐵質(zhì)差路段，兼顧高鐵和非高鐵用戶，開展射頻優(yōu)化實(shí)踐摸索，提出了高鐵小區(qū)“有效覆蓋距離”和“重疊覆蓋度”概念，總結(jié)了一套現(xiàn)場射頻優(yōu)化調(diào)整方法論。

3.1有效覆蓋距離

有效覆蓋距離，是主服務(wù)小區(qū)連續(xù)覆蓋的參考范圍。

控制小區(qū)有效覆蓋距離避免覆蓋不合理導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)同頻干擾，通過梳理現(xiàn)網(wǎng)分布較為理想站點(diǎn)的信息，分析不同小區(qū)在不同站軌距和天線相對(duì)高度的有效覆蓋距離，同時(shí)推導(dǎo)誤差合理范圍內(nèi)的修正值，指導(dǎo)高鐵沿線小區(qū)的覆蓋控制。

（1）有效覆蓋距離。有效覆蓋距離定義：指結(jié)合優(yōu)化后的路測數(shù)據(jù)小區(qū)作為主服務(wù)連續(xù)覆蓋高鐵線路的距離。

（2）分析優(yōu)化思路。有效覆蓋距離指小區(qū)作為主服務(wù)連續(xù)覆蓋的距離，結(jié)合不同站軌距和相對(duì)天線高度的測試數(shù)據(jù)分析，同時(shí)推導(dǎo)修正值。

推導(dǎo)過程：（1）以站軌距和天線相對(duì)高度為參考維度，開展有效距離推導(dǎo)；（2）結(jié)合路測數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)小區(qū)在高鐵場景下的實(shí)際覆蓋距離；（3）使用工具計(jì)算每個(gè)小區(qū)的理論覆蓋距離做參考；（4）通過兩者覆蓋差異，推導(dǎo)出修正范圍，引導(dǎo)后續(xù)高鐵優(yōu)化。

3.2現(xiàn)網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)推廣

總結(jié)實(shí)際優(yōu)化的測試結(jié)果，推導(dǎo)有效覆蓋距離和修正值，對(duì)后續(xù)高鐵提供優(yōu)化指導(dǎo)，基于XX現(xiàn)網(wǎng)高鐵實(shí)際情況，統(tǒng)計(jì)匯總?cè)绫?所示。

高鐵的各自特性致使高鐵站點(diǎn)優(yōu)化與普通射頻優(yōu)化有著很大的不同，總結(jié)實(shí)際優(yōu)化過程中修正值推導(dǎo)過程，得出以下不同站軌距下修正值，對(duì)后期高鐵優(yōu)化有著極大的指導(dǎo)意義。

舉例：LF_H_XX大橋高地上_49扇區(qū)，站規(guī)矩為110 m，該扇區(qū)的最遠(yuǎn)覆蓋距離如圖7所示。

則該扇區(qū)有效覆蓋距離為：516 m，該扇區(qū)天線相對(duì)鐵軌掛高10 m，垂直波瓣角5°，下傾角6°，根據(jù)工具計(jì)算得到覆蓋為286 m，如圖8所示?？赏扑愠鲂拚禐椋?16-286=230 m左右。

LF_H_XX大橋高地上_50扇區(qū)，站規(guī)矩為110 m，該扇區(qū)的最遠(yuǎn)覆蓋距離如圖9所示。

則該扇區(qū)有效覆蓋距離為：787 m，該扇區(qū)天線相對(duì)鐵軌掛高10 m，垂直波瓣角6°，下傾角4°，根據(jù)工具計(jì)算得到覆蓋為573 m，如圖10所示?？赏扑愠鲂拚禐椋?87-573=214 m左右。

3.3應(yīng)用案例

3.3.1問題描述

UE在某某高鐵由北向南行駛，經(jīng)過LF_H_XX里洋橋南側(cè)路段時(shí)，UE占用LF_H_XX里洋橋50扇區(qū)信號(hào)覆蓋存在弱覆蓋問題，由非高鐵站點(diǎn)LF_H_XX大橋北覆蓋，LF_H_XX大橋高地上站點(diǎn)未開通，該扇區(qū)覆蓋如圖11所示。

3.3.2問題分析

調(diào)整前該扇區(qū)工參數(shù)配置如下：

如圖12所示，天線相對(duì)掛高10 m，屬于10～15區(qū)間，站軌距為50 m，屬于50～100區(qū)間，垂直半波瓣角6°，下傾角12°，根據(jù)工具計(jì)算出理論半功率點(diǎn)為60 m，明顯存在覆蓋不足問題。

按照該扇區(qū)與周邊站點(diǎn)開通情況所得實(shí)際覆蓋需求距離為0.3 km左右來計(jì)算下傾角，得到下傾角應(yīng)調(diào)整為7°，如圖13所示。

結(jié)合不同場景RF調(diào)整補(bǔ)償值的經(jīng)驗(yàn)，該地點(diǎn)位于高速，按照補(bǔ)償200～300m重新計(jì)算，即按照實(shí)際覆蓋需求為350m計(jì)算得到下傾角設(shè)置為9°，如圖14所示。

3.3.3效果評(píng)估

按照下傾角9。進(jìn)行調(diào)整后，復(fù)測覆蓋圖來看與預(yù)想結(jié)果吻合、效果較好，覆蓋如圖15所示。

3.4小區(qū)重疊覆蓋度

重疊覆蓋度，衡量的是鄰區(qū)干擾主服務(wù)小區(qū)的強(qiáng)度。

鄰區(qū)探測的強(qiáng)干擾小區(qū)造成嚴(yán)重的下行干擾，通過路測數(shù)據(jù)和MR測量上報(bào)，評(píng)估小區(qū)的重疊覆蓋度，梳理TOP小區(qū)針對(duì)性地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，驗(yàn)證優(yōu)化效果，指導(dǎo)后續(xù)高鐵小區(qū)的干擾優(yōu)化。

3.4.1小區(qū)重疊覆蓋度

重疊度蓋度定義：在主服電平須大于一定門限值時(shí)，若實(shí)測數(shù)據(jù)樣本在大于等于Threshold=主服電平一定門限值的范圍內(nèi)，若存在大于等于3個(gè)鄰區(qū)的接收信號(hào)，則認(rèn)為該樣本為重疊覆蓋樣本。區(qū)域或小區(qū)的重疊覆蓋次數(shù)越多，重疊覆蓋越嚴(yán)重。

小區(qū)干擾貢獻(xiàn)度的廣度體現(xiàn)在計(jì)算干擾的總次數(shù)多少，深度體現(xiàn)作為干擾信號(hào)的強(qiáng)弱，此指標(biāo)越大，說明該評(píng)估小區(qū)對(duì)整體區(qū)域的干擾貢獻(xiàn)越大。

因此在分析重疊覆蓋度時(shí)，結(jié)合重疊覆蓋度和干擾貢獻(xiàn)度綜合。

3.4.2重疊覆蓋分析方法論

（1）基于路測的重疊覆蓋分析。

由于高鐵屬于特殊場景，路測數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)柵格反映路線覆蓋較為真實(shí)。

優(yōu)點(diǎn)：采樣數(shù)據(jù)比較真實(shí)，更能體現(xiàn)高鐵用戶真實(shí)情況。

缺點(diǎn)：采樣數(shù)比較小，分析不全面。

在使用測試軟件時(shí)，我們通過定義過濾器的公式篩選重疊覆蓋點(diǎn)位，以CDS的測試軟件為例，定義表達(dá)式過濾器，參考如圖16所示。

3.4.3基于MR的重疊覆蓋分析

通過訂閱、采集MR數(shù)據(jù)，經(jīng)后臺(tái)OMstar工具統(tǒng)計(jì)重疊覆蓋度方法。通過對(duì)某個(gè)覆蓋區(qū)域、某個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)所有的在線用戶，提取MR文件，獲取每個(gè)UE的主服務(wù)小區(qū)、鄰區(qū)以及經(jīng)緯度等信息，從而統(tǒng)計(jì)小區(qū)級(jí)、柵格級(jí)重疊覆蓋度以及小區(qū)干擾貢獻(xiàn)度。

優(yōu)點(diǎn)：采樣范圍廣、深度覆蓋分析比較全面；

缺點(diǎn)：用戶場景復(fù)雜，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性欠佳。

OMStar工具使用步驟：

（1）新建工程，如圖17所示。

（2）導(dǎo)入數(shù)據(jù)（工程參數(shù)、基站配置數(shù)據(jù)和MR數(shù)據(jù)如圖18所示）。

（3）數(shù)據(jù)分析，如圖19所示。

（4）數(shù)據(jù)輸出。

輸出的重疊覆蓋內(nèi)容應(yīng)包含excel“被動(dòng)干擾評(píng)估1825 MR”與“主動(dòng)干擾評(píng)估MR”。其中“被動(dòng)干擾評(píng)估1825 MR”中包含小區(qū)級(jí)重疊覆蓋度及TOP干擾小區(qū)、棚格重疊覆蓋度等幾個(gè)部分?！爸鲃?dòng)干擾評(píng)估MR”包含小區(qū)干擾貢獻(xiàn)度。MR數(shù)據(jù)的輸出項(xiàng)能很好實(shí)現(xiàn)重疊覆蓋呈現(xiàn)、指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

3.4.4分析優(yōu)化思路

分析思路：

（1）以路測數(shù)據(jù)的重疊覆蓋分析篩選問題區(qū)域；（2）結(jié)合MR數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊覆蓋參考，確認(rèn)重疊覆蓋區(qū)域和干擾小區(qū)；（3）結(jié)合MR的干擾小區(qū)貢獻(xiàn)度，開展射頻和參數(shù)優(yōu)化。

針對(duì)干擾小區(qū)是否高鐵小區(qū)給出不同的優(yōu)化方案：

非高鐵小區(qū)：通過射頻調(diào)整和功率參數(shù)優(yōu)化控制信號(hào)覆蓋范圍，避免影響高鐵性能；

高鐵小區(qū)：（1）通過射頻調(diào)整和參數(shù)優(yōu)化控制主服務(wù)小區(qū)的有效覆蓋距離；（2）通過切換參數(shù)優(yōu)化控制切換重疊區(qū)，避免頻繁切換；（3）通過超級(jí)小區(qū)合并SFN和PCI重規(guī)劃消除站內(nèi)及站間小區(qū)的同頻干擾。

3.4.5現(xiàn)網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)推廣

某某高鐵XX段開展重疊覆蓋度優(yōu)化，通過路測數(shù)據(jù)前后對(duì)比指標(biāo)有較為明顯改善，如表3所示。某某高鐵重疊覆蓋率對(duì)比，如圖21所示。某某高鐵重疊覆蓋采樣點(diǎn)對(duì)比，如圖22所示。通過MR重疊覆蓋度評(píng)估對(duì)比可以看出，重疊覆蓋的小區(qū)數(shù)目減少，重疊覆蓋小區(qū)占比減少，由MR數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)定位問題點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)化后的效果較明顯，干擾小區(qū)干擾總得分明顯下降，并且干擾小區(qū)的數(shù)目也明顯減少，如表4所示。

3.5應(yīng)用案例

UE在某某高鐵由北向南行駛，經(jīng)過LF_H_XX惠民張匯村南側(cè)路段時(shí)，UE占用LF_H_XX惠民張匯村_51扇區(qū)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域存在重疊覆蓋問題，如圖23所示。

通過后臺(tái)MR取重疊覆蓋指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域確實(shí)存在重疊覆蓋，主要是周邊站點(diǎn)LF_H_XX王棣村_51、LF_H_嘉馬家浜_49和LF_H_XX惠民陸家沃_50對(duì)LF_H_XX惠民張匯村_51小區(qū)有重疊覆蓋。MR數(shù)據(jù)如表5所示。

MR柵格重疊覆蓋如圖24所示。

3.6問題分析

UE在該問題區(qū)域占用LF_H_XX惠民張匯村51（PCI221）扇區(qū)信號(hào)，RSRP在-100dBm左右，SINR在4dB左右，速率在12Mbps左右，鄰區(qū)列表中存在LF_H_XXSE棣村51（PCI 254）信號(hào)，RSRP在-105dBm左右，兩小區(qū)在問題區(qū)域存在重疊覆蓋，并且在兩小區(qū)存在MOD3干擾，如圖25所示。

LF_H_XXSE棣村站點(diǎn)非高鐵主導(dǎo)站點(diǎn)，主要覆蓋周邊村莊，因此將LF_H_XX王棣村_51（PCI 254）扇區(qū)下傾角增大，消除在問題區(qū)域的重疊覆蓋。

3.6.1優(yōu)化方案

建議將LF_H_XX王棣村_51（PCI 254）電子下傾角有3°～9°。

3.6.2優(yōu)化效果

通過將LF_H_XX王棣村_51（PCI 254）電子下傾角調(diào)至9°后，經(jīng)過復(fù)測在該區(qū)域的重疊覆蓋已消除，如圖26所示。

在后臺(tái)取出的MR重疊覆蓋指標(biāo)中，該主覆蓋小區(qū)的重疊覆蓋度有較為明顯的改善，如表5所示。

由MR柵格重疊覆蓋度圖可以看出該問題區(qū)域的重疊覆蓋有明顯的優(yōu)化，如圖27所示。

輸出的RSRP圖對(duì)比，RSRP無明顯變化，問題區(qū)域周邊非高鐵用戶基本無影響，如圖28所示。

3.6.3優(yōu)化成果

結(jié)合現(xiàn)場射頻優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)方法論，現(xiàn)場開展了3輪系統(tǒng)射頻優(yōu)化，在無站點(diǎn)規(guī)模變化的情況，高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量有較為明顯的改善，如表6所示。

同時(shí)在優(yōu)化過程中，由于考慮到非高鐵用戶場景下的覆蓋范圍控制及射頻優(yōu)化，因此對(duì)比射頻優(yōu)化調(diào)整期間的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)監(jiān)控來看，如圖29—32所示，高鐵小區(qū)的LTE網(wǎng)絡(luò)掉線率略有下降，其他各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)都波動(dòng)正常，且未受到非高鐵用戶的相關(guān)投訴。

4結(jié)語

高鐵場景覆蓋復(fù)雜，在站點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中都存在不少的困難，因此控制小區(qū)的有效覆蓋，減少重疊覆蓋度，是高鐵無線側(cè)優(yōu)化的重中之重。XX無線網(wǎng)優(yōu)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過高鐵優(yōu)化科學(xué)分析梳理測試數(shù)據(jù)，直面網(wǎng)絡(luò)根因，科學(xué)運(yùn)用優(yōu)化手段，減輕網(wǎng)絡(luò)干擾。在優(yōu)化過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，高效支撐高鐵優(yōu)化，保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提升用戶感知。