曾鳴

（湖南中移通信技術(shù)工程有限公司，長沙 410003）

高鐵4G專網(wǎng)質(zhì)量提升研究

曾鳴

（湖南中移通信技術(shù)工程有限公司，長沙 410003）

高鐵專網(wǎng)覆蓋是4G信號網(wǎng)覆蓋的一個難點；目前高鐵專網(wǎng)受限于傳統(tǒng)覆蓋手段單一，受限于鐵路站址建設難度，覆蓋質(zhì)量較公網(wǎng)更差，更不穩(wěn)定，缺乏行之有效的覆蓋手段，本文主要介紹了如何立足現(xiàn)網(wǎng)的基礎上提升專網(wǎng)質(zhì)量，如何通過功能特性研究以及對于不同場景的優(yōu)化，多維度探索網(wǎng)絡性能提升方法，創(chuàng)新的開創(chuàng)有效、實用的專網(wǎng)覆蓋手段，解決目前高鐵專網(wǎng)覆蓋手段瓶頸，突破業(yè)界的覆蓋難點。

下行預糾偏；4T4R增強覆蓋；混合天線增強覆蓋

1 引言

中國成為高鐵大國，高鐵里程占全球60%，已正式步入高鐵時代，高鐵成為中國人生活的一部分，保障高鐵通信需求的重要性不言而喻，然而高鐵專網(wǎng)覆蓋是4G網(wǎng)覆蓋的一個難點；目前高鐵專網(wǎng)受限于傳統(tǒng)覆蓋手段單一，受限于鐵路站址建設難度，覆蓋質(zhì)量較公網(wǎng)更差，更不穩(wěn)定，缺乏行之有效的覆蓋手段。

高鐵沿線環(huán)境復雜，地形復雜，丘陵多、平原少、隧道長、架橋高、里程遠，在實際4G網(wǎng)絡規(guī)劃建設中存在以下難點和挑戰(zhàn)。

（1）高鐵4G與2G共享站點，站間距過大。

（2）VoLTE高清話音/視頻對覆蓋更高要求。

（3）全國提速，全封閉高速列車帶來的高穿透損耗。

（4）超高速度，無線空口頻繁切換，多普勒效應。

（5） 公專網(wǎng)用戶駐留無法保證，專網(wǎng)資源被額外消耗。

（6）高鐵專網(wǎng)與共網(wǎng)間干擾，公專網(wǎng)性能均影響。

（7）高鐵密集用戶，容量受限。

為解決高鐵專網(wǎng)覆蓋手段瓶頸，突破業(yè)界的覆蓋難點，我們在現(xiàn)網(wǎng)的基礎上進行專網(wǎng)質(zhì)量提升研究，通過功能特性研究以及對于不同場景的優(yōu)化，多維度探索網(wǎng)絡性能提升方法。

2 為提升專網(wǎng)質(zhì)量手段研究

2.1 采用下行預糾偏技術(shù)效果研究

背景：高鐵列車高速的運動，必然會帶來接收端接收信號頻率的變化（多普勒效應），且這種多普勒效應是時變的（列車進站、出站、途中調(diào)度，其運行時速都會變化），從而導致接收機的解調(diào)性能的下降；下行糾偏是由終端自主完成的，因此不同芯片在糾偏性能上存在差異，開啟下行預糾偏后在一定程度上彌補了終端糾偏解調(diào)能力，提升用戶感知。

技術(shù)原理：小區(qū)合并下，不同扇區(qū)的交疊重合區(qū)域，UE接收到的兩個扇區(qū)信號間存在一正一反兩較大頻偏，影響終端解調(diào)，性能下降，基站根據(jù)小區(qū)上行頻偏量，對兩相鄰扇區(qū)下行數(shù)據(jù)分別進行一定程度的預糾偏，從而減少抱桿間用戶的頻偏量，進而提升這類用戶的下行速率和用戶體驗。

我們通過滬昆高鐵杭長段進行測試，測試結(jié)果顯示：開啟下行糾偏后，在RSRP沒有提升的情況下，SINR提升2.47 dB、下載速率提升18.29%，64QAM占比提升7.11%，KPI指標提升明顯。

我們通過多次試驗證明在列車速度大于120 km/h，非隧道、非急轉(zhuǎn)彎、非交叉口的專網(wǎng)小區(qū)應用該項技術(shù)，有較為明顯的效果。

2.2 采用低速用戶遷移技術(shù)效果研究

背景：現(xiàn)網(wǎng)持續(xù)增長的高鐵用戶數(shù)已經(jīng)影響了單用戶感知，對高鐵專網(wǎng)小區(qū)進行公專網(wǎng)用戶分析，部分高鐵專網(wǎng)存在公網(wǎng)用戶侵入情況，我們擬通過開啟低速用戶遷出功能，減少入侵專網(wǎng)公網(wǎng)用戶數(shù)目，在一定程度上緩解了專網(wǎng)的容量壓力。

技術(shù)原理：通過頻偏判決高低速用戶屬性，利用高鐵用戶與非高鐵用戶收到頻偏值不同，將地面用戶遷出專網(wǎng)，保證專網(wǎng)容量和體驗。

我們通過在武廣、滬昆高鐵湖南段進行測試，測試結(jié)果顯示如下。

（1)在試點區(qū)域高鐵專網(wǎng)全天平均RRC連接用戶數(shù)下降5.4%，忙時平均下降8.5%，下降最多的小區(qū)可達32.5%。

（2)在試點區(qū)域全天RRC連接用戶數(shù)遷出比例5%～20%之間的小區(qū)占比43.95%，有效減少公網(wǎng)用戶數(shù)占用高鐵專網(wǎng)資源。

我們在各個場景試驗，得出結(jié)論在列車速度大于120 km/h，非車站，非低速區(qū)域的專網(wǎng)小區(qū)應用該項技術(shù)，有較為明顯的效果。

2.3 采用容量參數(shù)調(diào)整等技術(shù)手段效果研究

背景：高鐵用戶的快速增長，使小區(qū)用戶出現(xiàn)擁塞，通過調(diào)整系統(tǒng)的容量參數(shù)，增加小區(qū)用戶容量。

技術(shù)原理：通過調(diào)整UE不活動定時器、信令數(shù)量、異常UE停止調(diào)度算法開關(guān)和PDCCH資源容量參數(shù)，提高單小區(qū)用戶容量。

通過調(diào)整UE不活動定時器、 T302定時器、異常UE停止調(diào)度算法開關(guān)、CCE初始占比，容量參數(shù)調(diào)整方案如表1所示，降低對空口資源的消耗，緩解容量壓力；為驗證效果，我們選取武廣長沙段共計10個小區(qū)，涉及線路長度31 km進行驗證。

表1 容量參數(shù)調(diào)整方案

測試結(jié)果顯示如下。

第1階段優(yōu)化效果：300-400小區(qū)占比由29.41%降低至19.41%，超400小區(qū)占比由8.24%降低至3.53%；第2階段優(yōu)化效果：300-400小區(qū)占比降低至3.74%，超400小區(qū)占降低至0%。

我們通過分析試驗結(jié)果得出結(jié)論：小區(qū)RRC連接數(shù)目過大引起擴容需求，可以優(yōu)先考慮修改容量參數(shù)的方法提升容量；對不同RRC連接用戶數(shù)的小區(qū)，UE不活動定時器設置可以考慮不同配置，300個RRC連接用戶以下的小區(qū)可設置為10 s，300～400個RRC連接用戶的小區(qū)可設置8 s，400個RRC連接用戶以上的小區(qū)可設置為5 s。

2.4 在平原弱覆蓋采用4T4R技術(shù)手段效果

背景：在地勢相對開闊平坦，專網(wǎng)基站與軌道均可視通，但部分站點由于共址原G網(wǎng)站點或因協(xié)調(diào)原因未在最佳位置建設開通基站，造成站間距偏遠，形成弱覆蓋的場景區(qū)域；通過天饋優(yōu)化等手段效果不理想，而傳統(tǒng)新建站補盲解決方案一方面難以落地，另一方面站間距過密導致成本增加，投資效益降低；我們擬通過采用4T4R的方式提升覆蓋質(zhì)量，減少站點建設需求。

技術(shù)原理：通過增加RRU和天線增強接收增益和發(fā)射功率，提升覆蓋。

為科學合理的確定4T4R的應用原則，我們通過在武廣高鐵選取3個典型場景進行試驗驗證，結(jié)果證明：

站間距在1 000 m左右，弱覆蓋問題能有效緩解。

站間距大于1 100 m的，弱覆蓋解決效果不理想。

根據(jù)大量的試驗數(shù)據(jù)，我們分析得出4T4R增強進行專網(wǎng)弱覆蓋補盲在滿足以下條件的高鐵場景基本能達到預期效果：

(1)地勢平坦、天面視通。

(2)站間距在1 km左右。

(3)弱覆蓋距離300 m左右。

對于站間距較大的仍然需要補站。

2.5 在專網(wǎng)軌道交叉場景混合天線技術(shù)增強覆蓋效果研究

背景：某些高鐵交叉區(qū)域，比如湖南長沙武廣高鐵和長昆高鐵軌道交叉路段鐵軌數(shù)多達8條，東、西橫跨最寬達400 m，高低落差25 m左右，且鐵軌由西往東呈階梯狀地交叉分布，現(xiàn)場無線環(huán)境復雜，存在不同程度的弱覆蓋；如圖1所示高鐵軌道交叉場景圖，從前期的測試數(shù)據(jù)來看，該區(qū)域優(yōu)化調(diào)整存在捉襟見肘的情況；通過各種天饋優(yōu)化手段調(diào)整后整體覆蓋效果仍不理想。

圖1 高鐵軌道交叉場景圖

技術(shù)原理：通過單站址安裝多面天線，高增益天線替換為高增益寬頻天線，如圖2所示混合天線實施方案圖。

圖2 混合天線實施方案圖

方案應用如圖3所示2016年6月測試信號圖，應用后如圖4所示2016年11月測試信號圖。

圖3 2016年6月測試信號圖

根據(jù)多次試驗結(jié)果，我們分析得出結(jié)論，混合天線覆蓋軌道交叉場景達到預期效果，對于多條高鐵線路交匯的交通樞紐場景，不宜簡單采用單純線狀布網(wǎng)，而需要依據(jù)具體場景統(tǒng)一進行網(wǎng)絡整體優(yōu)化及布局，同時應關(guān)注以下因素。

（1)對于寬度跨度大，多條軌道并行場景，應選用不同增益、不同波瓣寬度的天線進行規(guī)劃。

圖4 2016年11月測試信號圖

（2)對于高差較大的立體軌道區(qū)域，應綜合考慮不同掛高、不同方向角針對覆蓋。

（3）對于較大區(qū)域的交叉軌道，基站布局不宜一律采用標準站間距，應整體區(qū)域考慮片狀布局。

3 結(jié)束語

高鐵由于場景的特殊性、成為移動信號覆蓋的一個難點，專網(wǎng)質(zhì)量受限于復雜的地理環(huán)境，受限于站址建設協(xié)調(diào)困難，因此很難用一、兩種簡單的手段來獲得明顯的提升。本文通過對高鐵專網(wǎng)建設面臨的實際困難，對專網(wǎng)質(zhì)量提升創(chuàng)新措施的技術(shù)原理、適應場景、應用效果、推廣應用建議做了分析，通過對于不同場景，多維度的探索，形成了一系列高鐵專網(wǎng)網(wǎng)絡性能提升方法。

[1] 賈文俊. 高鐵無線網(wǎng)絡質(zhì)量規(guī)劃設計方法[J]. 郵電設計技術(shù), 2016,(09):42-47.

[2] 田玥, 楊永超. TD-LTE高鐵覆蓋問題及解決方案[J]. 信息通信, 2016,(05):199-200.

[3] 陳光. 基于TDD-LTE的高速鐵路無線寬帶通信研究[D]. 秦皇島：燕山大學, 2016.

[4] 劉遠高, 孔繁俊, 周輝. 高速鐵路4G覆蓋解決方案探討[J].電信快報, 2016,(03):22-25.

[5] 胡東. TD-LTE網(wǎng)絡丘陵地帶高速鐵路覆蓋研究[J]. 移動通信, 2015,(20):24-29.

[6] 徐全盛. 高速移動環(huán)境下寬帶無線通信系統(tǒng)中的無線資源管理算法研究[D]. 北京：北京郵電大學, 2015.

[7] 李露. 高鐵環(huán)境下LTE無線資源調(diào)度算法研究[D]. 蘭州：蘭州交通大學, 2015.

[8] 宋騰輝. 高鐵場景下OFDM/MIMO系統(tǒng)多普勒頻偏估計算法研究[D]. 北京：北京交通大學, 2016.

Method for improving quality of 4G communication signal in high speed railway

ZENG Ming
(Hu'nan Zhong Yi Communications Technology Engineering Co., Ltd., Changsha 410003, China)

High speed rail communication network coverage is 4G communication network covering diff i cult scene, the current base station of high speed railway communication network is very difficult to complete, communication network coverage quality is worse than city communication network quality, more unstable, high-speed communication network covering lack of effective means of good, this paper mainly introduces how to improve the network quality based on the existing network, how to through the study of characteristics and optimization for different scenarios, multi-dimensional exploration methods to improve network performance, break through the current high-speed railway network coverage method of bottleneck.

downlink pre correction; 4T4R enhanced coverage; hybrid antenna coverage enhancement

TN929.5

A

1008-5599（2017）06-0089-04

2017-02-08