WCDMA地鐵隧道覆蓋的規(guī)劃原則

蔣振偉 王斌 劉占強(qiáng)

（中國(guó)聯(lián)通上海市分公司 上海 200080）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及市民日常交通出行的需求，國(guó)內(nèi)諸多大中城市進(jìn)行地鐵建設(shè)。上海已經(jīng)完成了10條地鐵線路建設(shè)，每天忙時(shí)上百萬人次以地鐵作為主要的交通方式。面對(duì)新的交通方式，無論從無線網(wǎng)絡(luò)方案制定，還是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等提出了新的挑戰(zhàn)。因此，網(wǎng)優(yōu)中心針對(duì)地鐵優(yōu)化成立了專項(xiàng)小組，展開了專項(xiàng)優(yōu)化。

1 上海地鐵原WCDMA站點(diǎn)建設(shè)方案

1.1 地鐵覆蓋的設(shè)計(jì)要求

要保證用戶正常通話，地鐵內(nèi)需滿足一定的覆蓋需求，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范RSCP大于-85dB。眾所周知，地鐵內(nèi)隧道的覆蓋主要以泄露電纜覆蓋為主，而漏纜又存在一定的信號(hào)損耗。本文以上海聯(lián)通選擇的某型號(hào)漏纜為例進(jìn)行分析，具體漏纜參數(shù)如表1所示。

1.2 漏纜覆蓋長(zhǎng)度的計(jì)算

泄露電纜覆蓋距離主要分傳輸損耗和耦合損耗以及頻段有關(guān)。WCDMA使用的頻段為范圍為2130～2145MHz，因此我們以 2100MHz漏纜參數(shù)為例進(jìn)行分析，相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表1 某型泄露電纜的性能參數(shù)

表2 參數(shù)表

如果車內(nèi)用戶手機(jī)的接收電平大于-85dB，其覆蓋舉例計(jì)算如下：

覆蓋距=(P-L1-L2-L4-L5+85dBm)/L3 = (33-3-1-67-10+85)/7.1=5.21

即漏纜的覆蓋距離應(yīng)控制在520m左右。

1.3 RRU技術(shù)在上海地鐵中的應(yīng)用

隨著WCDMA技術(shù)的應(yīng)用，眾多設(shè)備廠家推出了RRU（Radio Remote Unit）單元，RRU替代2G時(shí)期的功放，不僅是能夠?qū)崿F(xiàn)了網(wǎng)管監(jiān)控，同時(shí)一些穩(wěn)定性等方面均得到了提升。上海地鐵WCDMA地鐵均采用了RRU單元進(jìn)行覆蓋。上海地鐵全部是由華為設(shè)備覆蓋，華為設(shè)備支持不同RRU設(shè)計(jì)成同一個(gè)小區(qū)。但同一個(gè)小區(qū)下，RRU數(shù)量一般不超過4個(gè)，否則由于會(huì)增加一個(gè)合路器會(huì)導(dǎo)致信號(hào)會(huì)有3dB的衰減。

同時(shí)，上海大多數(shù)地鐵隧道超過1km，甚至可達(dá)2km以上。對(duì)于1km以上2km以下的隧道基本隧道內(nèi)部采用一個(gè)RRU耦合進(jìn)兩條泄露電纜，分別覆蓋兩邊站臺(tái)。而對(duì)于這些超長(zhǎng)隧道，WCDMA建網(wǎng)初期綜合考慮漏纜的覆蓋距離為520m左右，因此設(shè)計(jì)方案為兩邊站臺(tái)各使用1個(gè)RRU往隧道內(nèi)覆蓋，而隧道正中由兩個(gè)背靠背的RRU，覆蓋往兩邊延伸，實(shí)現(xiàn)了隧道內(nèi)信號(hào)的覆蓋,如圖1所示。

圖1 隧道信號(hào)覆蓋示意圖

從圖1看出，RRU1與RRU2歸屬為A小區(qū)，RRU3與RRU4歸屬為B小區(qū)。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該方案從覆蓋要求考慮完全滿足，但是該方案從網(wǎng)絡(luò)性能上考慮尤其是通話保持方面存在嚴(yán)重的缺陷。

2 現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化分析

隨著WCDMA用戶的增長(zhǎng)，掉話成為影響用戶感知的重要指標(biāo)。從網(wǎng)絡(luò)性能分析發(fā)現(xiàn)，部分超長(zhǎng)隧道地鐵站的掉話率一直居高不下,如表3所示。

表3 部分地鐵站6月某日掉話情況

2.1 掉話原因分析

以世紀(jì)大道站掉話為例，利用后臺(tái)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的掉話都是由于世紀(jì)大道2小區(qū)（CI：47752）向世紀(jì)大道3小區(qū)（CI：47753）的軟切換失敗造成。為了定位問題，對(duì)掉話小區(qū)進(jìn)行了信令跟蹤，分析軟切換及1A事件信令,如圖2所示。

圖2 軟切換信令

圖3 1A時(shí)間上報(bào)信令

綜合分析圖2、3 發(fā)現(xiàn)，UE在軟切換之前的測(cè)量上報(bào)1a事件，47753小區(qū)信號(hào)突然上升，Ec/Io迅速超過激活集小區(qū)47752（Best cell）。但是從軟切換信令圖看， 16:50:22RNC下發(fā)激活集更新命令，要求將47753( PSC 426)加入激活集，但RRC_ATIVE_SET_UPDATE沒有成功，最終導(dǎo)致掉話。

同時(shí)查詢了室內(nèi)站點(diǎn)組網(wǎng)信息，CI 47752（PSC 471）覆蓋世紀(jì)大道站與科技館站之間的隧道，CI 47753（PSC 426）覆蓋世紀(jì)大道站與東昌路站之間的隧道，兩個(gè)RRU如圖1中所示，隧道內(nèi)為背靠背設(shè)計(jì)站點(diǎn)且分屬于不同的小區(qū)。掉話點(diǎn)估計(jì)在列車離開世紀(jì)大道站向東昌路站行進(jìn)過程中，由于47753小區(qū)信號(hào)迅速上升，UE無法及時(shí)將該無線鏈路加入激活集造成掉話。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為了進(jìn)一步確定掉話原因，針對(duì)地鐵站點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。分析路測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，僅僅在間隔218ms的兩次測(cè)量上報(bào)中，激活集小區(qū)（擾碼 471）的Ec/Io迅速陡降10dB以上，監(jiān)視集小區(qū)（擾碼 426）Ec/Io迅速變好，因無法及時(shí)加入激活集而成為嚴(yán)重的干擾,如圖4所示。

通過后臺(tái)分析與前臺(tái)測(cè)試，我們基本可以定位大部分地鐵掉話是由于未及時(shí)切換導(dǎo)致。查看地鐵RRU分布圖來看，發(fā)現(xiàn)切換不及時(shí)主要發(fā)生在超長(zhǎng)隧道里(距離大于1km)，懷疑在地鐵高速移動(dòng)中，背靠背RRU設(shè)計(jì)由于其重疊覆蓋區(qū)域不足，導(dǎo)致軟切換不及時(shí)而掉話。

圖4 路測(cè)數(shù)據(jù)信令圖

對(duì)比左右兩圖發(fā)現(xiàn)，無論是服務(wù)小區(qū)的RSCP還是Ec/Io，在很短時(shí)間內(nèi)迅速變差。綜合后臺(tái)信令分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析，可以初步定位，地鐵在隧道內(nèi)高速移動(dòng)，軟切換帶過小造成切換，信號(hào)迅速惡化而形成掉話。下面對(duì)地鐵切換帶進(jìn)行分析。

3 地鐵軟切換重疊區(qū)分析

3.1 軟切換時(shí)長(zhǎng)分析

WCDMA軟切換時(shí)長(zhǎng)主要包括測(cè)試量上報(bào)時(shí)間，1A事件時(shí)長(zhǎng)、RNC對(duì)軟切換的響應(yīng)時(shí)間構(gòu)成。

（1）3GPP協(xié)議規(guī)定的物理層測(cè)量周期為200ms，UE將每200ms的物理層測(cè)量信息上報(bào)UE的高層處理；

（2）1A事件上報(bào)時(shí)長(zhǎng)：對(duì)于要求增加激活集小區(qū)的1A事件，詳細(xì)如圖5所示。當(dāng)一個(gè)非激活集內(nèi)的小區(qū)，Ec/Io滿足下列條件，即：

并持續(xù)一段時(shí)間，UE向RNC發(fā)送1A事件報(bào)告。通常情況下：Reporting Range 默認(rèn)值3dB，Time to Trigger的默認(rèn)值為320ms；

圖5 軟切換圖

（3）RNC判決時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)考慮，RNC在收到UE的測(cè)量報(bào)告后迅速做出切換判決，通知目標(biāo)基站建立無線鏈路，成功后向UE下發(fā)激活集更新命令，從信令跟蹤的情況分析，時(shí)長(zhǎng)約為100～120ms。

綜上所述：一個(gè)普通的切換過程總時(shí)長(zhǎng)為：200＋320＋100＝620～640ms。

3.2 軟切換重疊區(qū)分析

一個(gè)軟切換時(shí)長(zhǎng)在640ms左右，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)看，確保軟切換正常在1～1.2s移動(dòng)的區(qū)域保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的穩(wěn)定。而上海地鐵在隧道內(nèi)高速移動(dòng)時(shí)，218ms內(nèi)主服務(wù)小區(qū)的信號(hào)迅速衰落10dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足640ms才能完成的軟切換需求。

綜上所述，上海部分地鐵小區(qū)掉話問題正如前面所述，關(guān)鍵是：兩個(gè)小區(qū)間切換帶過小，一旦地鐵線路車速較快，造成切換不及時(shí)而掉話。

4 RRU歸屬的優(yōu)化改造

前期曾經(jīng)嘗試通過修改同頻切換參數(shù)，增加Reporting Range、減少Time to trigger等手段希望體檢切換，但是從Scanner的數(shù)據(jù)分析，在切換帶附近區(qū)域，源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的信號(hào)出現(xiàn)過快的交替，在不到200ms的時(shí)間內(nèi)由于無法及時(shí)將目標(biāo)小區(qū)加入激活集，源小區(qū)Ec/Io可迅速衰落10dB以上，造成最終掉話。

圖6 改造前后對(duì)比

為了增大切換帶，提高切換成功率，故而將隧道內(nèi)同向的背靠背RRU由不同站劃歸至同一個(gè)站的同一個(gè)小區(qū)，從而避免背靠背RRU無法及時(shí)切換導(dǎo)致掉話。隧道內(nèi)兩個(gè)背靠背RRU之間使用一根光纖集連。改造前后的歸屬變化情況，如圖6所示。

通過小區(qū)重新劃分后，隧道內(nèi)部?jī)蓚€(gè)RRU合并為一個(gè)小區(qū)，將切換帶移向低速運(yùn)動(dòng)區(qū)域，避免高速移動(dòng)區(qū)域切換，地鐵高速行駛中實(shí)現(xiàn)了不掉話。而隧道中間的兩個(gè)RRU和兩邊站臺(tái)的RRU之間又存在一個(gè)較大的切換帶，所以信號(hào)是漸變，確保了UE軟切換的正常。

5 結(jié)束語

通過調(diào)整地鐵站點(diǎn)的小區(qū)的歸屬關(guān)系，有效地提升WCDMA網(wǎng)絡(luò)性能，改善用戶感知。該方法已經(jīng)在上海10條地鐵線上得到應(yīng)用，同樣在大量的過江隧道中推廣。隨著全國(guó)各地地鐵站點(diǎn)的開通，愿這種利用高速移動(dòng)區(qū)域小區(qū)歸一化的設(shè)計(jì)方案改善了網(wǎng)絡(luò)性能方法，能為兄弟公司提供優(yōu)化借鑒，也誠(chéng)請(qǐng)優(yōu)化的同行指正。

[1]張長(zhǎng)剛. WCDMA/HSDPA無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化原理與實(shí)踐. 北京：人民郵電出版社

[2]華為WCDMA培訓(xùn)手冊(cè)