高鐵WCDMA雙載波專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)及策略部署研究

梁松柏，李文生，魏 寧，劉 偉

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司河南省分公司 鄭州 450045）

高鐵小區(qū)功率在列車通過(guò)時(shí)具有突發(fā)脈沖特性，瞬時(shí)用戶數(shù)過(guò)多，底噪抬升明顯，嚴(yán)重影響系統(tǒng)容量和質(zhì)量，同時(shí)也降低了用戶感知。結(jié)合京廣高鐵和京滬高鐵的優(yōu)化實(shí)踐證明，雙（多）載波組網(wǎng)是高鐵WCDMA網(wǎng)全覆蓋場(chǎng)景下，保證高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知的唯一解決方案。同時(shí)，高鐵WCDMA網(wǎng)覆蓋在不同場(chǎng)景與基本完善的大網(wǎng)覆蓋之間存在交叉、重疊覆蓋，導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)干擾十分突出。如何兼顧高鐵和大網(wǎng)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和用戶感知，已經(jīng)成為通過(guò)策略加載和優(yōu)化、提升高鐵WCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋和質(zhì)量需考慮的關(guān)鍵因素。

本文重點(diǎn)從高鐵不同無(wú)線環(huán)境場(chǎng)景下專網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)、不同業(yè)務(wù)資源的分配、頻率選擇策略、回落策略等角度，分析和思考當(dāng)前高鐵環(huán)境中WCDMA網(wǎng)雙（多）載波專網(wǎng)部署時(shí)需考慮的因素及相關(guān)影響，為后續(xù)高鐵WCDMA專網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考思路。

2 雙載波專網(wǎng)策略

2.1 專網(wǎng)覆蓋策略

高鐵WCDMA雙（多）載波專網(wǎng)可有效解決由高鐵用戶業(yè)務(wù)資源需求相對(duì)集中造成的小區(qū)功率資源枯竭、用戶感知下降的問(wèn)題，能快速改善用戶感知并提升網(wǎng)絡(luò)口碑。根據(jù)高鐵專網(wǎng)覆蓋的要求，高鐵用戶僅在專網(wǎng)小區(qū)發(fā)生業(yè)務(wù)，且網(wǎng)絡(luò)性能滿足用戶業(yè)務(wù)要求。高鐵WCDMA專網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)對(duì)高鐵不同場(chǎng)景加載不同的鄰區(qū)策略實(shí)現(xiàn)。我國(guó)高鐵WCDMA專網(wǎng)覆蓋最具挑戰(zhàn)性的場(chǎng)景有車站場(chǎng)景、并行線場(chǎng)景、交叉線場(chǎng)景等，具體介紹如下。

2.1.1 車站場(chǎng)景

正常情況下，車站為用戶出入高鐵的主要場(chǎng)景，是用戶手機(jī)終端出入高鐵專網(wǎng)的通道。我國(guó)現(xiàn)有高鐵車站在移網(wǎng)覆蓋上存在兩種情況:一是有室內(nèi)分布 （以下簡(jiǎn)稱室分），二是無(wú)室分。

（1）有室分覆蓋車站

在有室分的候車廳場(chǎng)景，高鐵基站與大網(wǎng)基站在進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化時(shí)，必須考慮在候車廳的不同區(qū)域形成重疊覆蓋區(qū)域，如圖1所示，高鐵小區(qū)、大網(wǎng)小區(qū)分別與候車廳小區(qū)形成不同的重疊覆蓋區(qū)域。在圖1中，候車廳室分系統(tǒng)成為過(guò)渡網(wǎng)絡(luò)，幫助終端完成高鐵網(wǎng)絡(luò)與大網(wǎng)之間的小區(qū)選擇、重選及切換。因此，一可以確保用戶在候車廳和大網(wǎng)之間自由出入，即F1小區(qū)2/F2小區(qū)2（大網(wǎng)）與F1小區(qū)3/F2小區(qū)3（候車廳室分系統(tǒng)）之間有足夠的重疊覆蓋范圍；二可以確保用戶在候車廳與高鐵站臺(tái)之間自由出入，即F1小區(qū)1/F2小區(qū)1（高鐵專網(wǎng)）與F1小區(qū)3/F2小區(qū)3（候車廳室分系統(tǒng)）之間有足夠的重疊覆蓋區(qū)域。

采用的鄰區(qū)配置原則介紹如下:同站雙層小區(qū)（不同頻率）之間互設(shè)鄰區(qū)，如F1小區(qū)2/F2小區(qū)2；大網(wǎng)雙層小區(qū)與候車廳室分系統(tǒng)雙層小區(qū)之間互設(shè)鄰區(qū)，如F1小區(qū)2/F2小區(qū)2（大網(wǎng)）與F1小區(qū)3/F2小區(qū)3（候車廳室分系統(tǒng)）；高鐵專網(wǎng)雙層小區(qū)與候車廳室分系統(tǒng)雙層小區(qū)之間互設(shè)鄰區(qū)，如F1小區(qū)1/F2小區(qū)1（高鐵專網(wǎng)）與F1小區(qū)3/F2小區(qū)3（候車廳室分系統(tǒng)）。大網(wǎng)小區(qū)與高鐵專網(wǎng)覆蓋小區(qū)之間不設(shè)鄰區(qū)。

（2）無(wú)室分覆蓋車站

在無(wú)室分候車廳場(chǎng)景，高鐵基站與大網(wǎng)基站在進(jìn)行建設(shè)和優(yōu)化時(shí)，必須考慮在候車廳形成單一重疊覆蓋范圍，如圖2所示，高鐵小區(qū)、大網(wǎng)小區(qū)分別與候車廳小區(qū)形成交叉覆蓋區(qū)域。通過(guò)鄰區(qū)配置策略確保用戶在候車廳內(nèi)，即F1小區(qū)1/F2小區(qū)1（高鐵專網(wǎng)）與F1小區(qū)2/F2小區(qū)2（大網(wǎng)）之間完成小區(qū)選擇、重選及切換。

采用的鄰區(qū)配置原則介紹如下:高鐵同站專網(wǎng)小區(qū)互設(shè)鄰區(qū)，如F1小區(qū)1/F2小區(qū)1（高鐵專網(wǎng)）；高鐵專網(wǎng)小區(qū)與大網(wǎng)出入口小區(qū)互設(shè)鄰區(qū)，如F1小區(qū)1/F2小區(qū)1（高鐵專網(wǎng)）與F1小區(qū)2/F2小區(qū)2（大網(wǎng)）。

2.1.2 并行線場(chǎng)景

高鐵與其他交通線并行場(chǎng)景如圖3所示，稱為Ⅱ型場(chǎng)景，標(biāo)記陰影的扇葉為大網(wǎng)小區(qū)，其他扇葉為高鐵專項(xiàng)覆蓋小區(qū)。

采用的鄰區(qū)配置原則如下:同站不同小區(qū)分別覆蓋高鐵和大網(wǎng)，鄰區(qū)配置在邏輯上保證相互獨(dú)立，因此有:

圖1 候車廳室分雙載波、高鐵雙載波、大網(wǎng)單（雙）載波場(chǎng)景

圖3 高鐵與其他交通線并行場(chǎng)景

·高鐵專網(wǎng)鄰區(qū)配置，同站、不同站專網(wǎng)小區(qū)間互設(shè)鄰區(qū)，如場(chǎng)景A F1/F2小區(qū)1之間、場(chǎng)景A F1/F2小區(qū)1與場(chǎng)景B F1/F2小區(qū)6這4個(gè)小區(qū)之間互設(shè)鄰區(qū)，形成高鐵邏輯專網(wǎng)；

·大網(wǎng)鄰區(qū)配置，同站、不同站大網(wǎng)小區(qū)間互設(shè)鄰區(qū)，如場(chǎng)景A F1小區(qū)3/F1小區(qū)2與場(chǎng)景B F1小區(qū)4/F1小區(qū)5這4個(gè)小區(qū)之間互設(shè)鄰區(qū)，確保高速公路等其他慢速用戶駐留大網(wǎng)；

·高鐵專網(wǎng)小區(qū)與大網(wǎng)小區(qū)不設(shè)鄰區(qū)。

2.1.3 交叉線場(chǎng)景

高鐵與其他交通線交叉場(chǎng)景如圖4所示，稱為X型交叉口場(chǎng)景，標(biāo)記陰影扇葉為大網(wǎng)小區(qū)，其他扇葉為高鐵專項(xiàng)覆蓋小區(qū)。鄰區(qū)配置原則與并行線場(chǎng)景相同。

2.2 業(yè)務(wù)分配策略

（1）業(yè)務(wù)態(tài)策略

目前，業(yè)界主流且已進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用的雙載波業(yè)務(wù)態(tài)分配策略主要有業(yè)務(wù)分層策略和自由駐留策略，兩種策略的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)在京廣高鐵鄭州段和廣州段的大規(guī)模驗(yàn)證，自由駐留能夠最大限度地保障每個(gè)用戶的感知，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶感知提升，語(yǔ)音業(yè)務(wù)用戶感知有所下降，基于充分利用資源且保證客戶感知的角度，在滿足業(yè)務(wù)最低門限的前提下，自由駐留更適合于高鐵場(chǎng)景。

（2）空閑態(tài)策略

策略1:終端隨機(jī)駐留在不同的載波上，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)尋呼UE時(shí)，需在兩個(gè)載波上同時(shí)下發(fā)paging。

圖4 高鐵與其他交通線交叉場(chǎng)景

表1 雙載波業(yè)務(wù)態(tài)策略優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

策略2:所有UE均駐留在F1上，RAN尋呼UE時(shí)只需在F1小區(qū)上下發(fā)paging。所有UE均監(jiān)聽F1小區(qū)的尋呼信道。當(dāng)UE被激活時(shí)，UE在F1小區(qū)上報(bào)RRC建立請(qǐng)求消息（RRC connect request），RNC收到請(qǐng)求消息后，在F1小區(qū)下發(fā)RRC建立消息（RRC connect setup）。根據(jù)不同的RRC建立請(qǐng)求原因值，RNC為UE分配不同的載波。UE依據(jù)RNC connect setup消息，在RNC所分配的頻點(diǎn)上上報(bào)RRC建立完成（RRC connect complete）消息，隨后在對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)上建立RAB。

2.3 頻率選擇策略

常用高鐵雙載波頻率策略分析見(jiàn)表2。從京廣高鐵河南南段的實(shí)際應(yīng)用情況看，高鐵雙異頻（完全獨(dú)立方式）專網(wǎng)更能有效對(duì)抗大網(wǎng)干擾，特別是在東部、中部發(fā)達(dá)地區(qū)，高鐵經(jīng)過(guò)密集城區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等區(qū)域，雙異頻組網(wǎng)Ec/Io≥-12 dB的比例至少提升5%，是高鐵專網(wǎng)的推薦方式。

2.4 回落策略

高鐵專網(wǎng)的形成，是建立在高等級(jí)專業(yè)維護(hù)和優(yōu)化的基礎(chǔ)上的。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，存在兩種情況:一是高鐵基站斷站、出現(xiàn)故障，重選和切換鏈路出現(xiàn)故障，用戶終端進(jìn)入大網(wǎng)；二是因高鐵負(fù)荷增加、覆蓋收縮、電平及載干變差，用戶遷移出專網(wǎng)。因此應(yīng)該在部分大網(wǎng)區(qū)域，設(shè)置高鐵用戶返回專網(wǎng)的策略。返回帶應(yīng)遵循如下原則:

表2 常用高鐵雙載波頻率策略分析

·返回帶應(yīng)選擇在公網(wǎng)話務(wù)量較小、網(wǎng)絡(luò)覆蓋簡(jiǎn)單純凈的區(qū)域；

·頻繁斷站且恢復(fù)難度較大的區(qū)域應(yīng)考慮設(shè)置返回帶；

·返回帶應(yīng)選擇能滿足切換和重選時(shí)間要求的高鐵專網(wǎng)小區(qū)；

·高鐵專網(wǎng)返回帶應(yīng)設(shè)置與該區(qū)域大網(wǎng)的入口單向鄰區(qū)關(guān)系。

2.5 關(guān)鍵參數(shù)策略

關(guān)鍵參數(shù)策略，是主要應(yīng)用于高鐵全線專網(wǎng)小區(qū)的重要參數(shù)，以鞏固高鐵WCDMA專網(wǎng)覆蓋，確保高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知，以兼顧大網(wǎng)用戶感知為原則，具體介紹如下。

·高鐵專網(wǎng)的所有參數(shù)設(shè)置應(yīng)滿足接入快 （涉及PRACH初始發(fā)射功率、步長(zhǎng)、接入次數(shù)及等待時(shí)長(zhǎng)參數(shù)）、切換快（快加慢刪，涉及1A/1B/1C/1D門限、遲滯、觸發(fā)時(shí)間等參數(shù)）、重選快 （涉及Qqualmin、Qrxlevmin、Sintrasearch、Treselections等參數(shù)）的原則。

·UE移動(dòng)策略:高鐵在雙載波覆蓋區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，業(yè)務(wù)態(tài)只進(jìn)行同頻切換；空閑狀態(tài)下，終端根據(jù)小區(qū)信號(hào)質(zhì)量Ec/Io進(jìn)行小區(qū)選擇和重選。

·鄰區(qū)參數(shù)策略:所有高鐵專網(wǎng)小區(qū)至多互設(shè)非本站兩層范圍內(nèi)的鄰區(qū)；同站高鐵專網(wǎng)小區(qū)F1及F2互配共站同扇區(qū)的空閑態(tài)重選鄰區(qū)；非同站同頻高鐵小區(qū)互配業(yè)務(wù)態(tài)切換及重選鄰區(qū)。不建議配置異系統(tǒng)鄰區(qū)關(guān)系。

·均衡策略參數(shù):高鐵小區(qū)F1/F2都承載CS業(yè)務(wù)和PS 業(yè)務(wù)（R99+HSPA），配置為“CS+PS preferred”；終端在駐留載頻發(fā)起業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

·返回帶參數(shù):主要為異頻切換（2D/2F門限、遲滯、觸發(fā)時(shí)間）參數(shù)和重選參數(shù)（Qqualmin、Qrxlevmin、Sintrasearch、Sintersearch、Treselections）等。同時(shí)公網(wǎng)返回帶小區(qū)應(yīng)適當(dāng)設(shè)置專網(wǎng)鄰區(qū)的CIO偏置，以確保快速回落公網(wǎng)的用戶能快速返回專網(wǎng)小區(qū)。

·部分高鐵功能的開啟:多RRU合并小區(qū)（解決切換帶過(guò)短）、多普勒頻移補(bǔ)償（解決頻率偏移過(guò)大導(dǎo)致的調(diào)制困難問(wèn)題）、cell_FACH（延長(zhǎng)用戶資源釋放周期，稀釋信令風(fēng)暴）和GSM網(wǎng)fast return（配合回落策略要求）等功能的開啟，能有效改善高鐵專網(wǎng)質(zhì)量。

3 策略應(yīng)用效果

在京廣高鐵河南段WCDMA專網(wǎng)上加載以上策略，模擬用戶行為，實(shí)際測(cè)試效果見(jiàn)表3。

通過(guò)策略加載和優(yōu)化，與用戶密切相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

WCDMA雙（多）載波專網(wǎng)是提升高鐵WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、口碑及用戶感知的唯一解決方案。為實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)覆蓋，需要針對(duì)車站、隧道、并行線和交叉線等特殊場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行專門規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并通過(guò)相關(guān)鄰區(qū)設(shè)置策略實(shí)現(xiàn)邏輯專網(wǎng)；通過(guò)雙載波異頻、隨機(jī)自由駐留業(yè)務(wù)資源分配策略、回落策略及相關(guān)參數(shù)的加載和優(yōu)化，能夠有效保證高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；通過(guò)開啟部分功能進(jìn)一步提升高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知。高鐵專網(wǎng)形成后，如何解決高鐵小區(qū)下公網(wǎng)用戶的出口仍需進(jìn)一步探索。

表3 京廣高鐵河南段各階段WCDMA網(wǎng)指標(biāo)對(duì)比

1 Holma H,Toskala A.UMTS中的WCDMA-HSPA演進(jìn)及LTE(原書第5版).楊大成譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011

2 王有為,徐志宇,夏國(guó)忠.WCDMA特殊場(chǎng)景覆蓋規(guī)劃與優(yōu)化.北京:人民郵電出版社,2011

3 梁松柏，魏寧，韓廣平等.利用后臺(tái)實(shí)時(shí)跟蹤及多載波解決全覆蓋高鐵網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量.中興通訊,2014(1)