高鐵寬帶碼分多址異頻覆蓋分析與優化

中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司 顏蕾 谷俊江

高鐵寬帶碼分多址異頻覆蓋分析與優化

中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司 顏蕾 谷俊江

摘要：對高速鐵路WCDMA（寬帶碼分多址）網絡采用異頻組網的必要性和異頻組網的實際效果進行分析，闡述江蘇高鐵異頻網設置與優化實現方式，總結了高鐵異頻組網涉及的關鍵問題的分析與優化。

關鍵詞：高速鐵路；寬帶碼分多址；異頻覆蓋；優化

0 引言

中國高速鐵路地理環境特殊，沿線基本在15 m以上的高架上運行。除高鐵覆蓋小區對高鐵的有效覆蓋外，周圍較遠的非高鐵覆蓋小區信號也能夠較強地覆蓋高鐵，從而造成較強的干擾。

中國高速鐵路的快速性，全線車速基本保持在250 km/h以上。由于高鐵的快速性，基站小區變更較快，Ec/Io（每碼片能量/干擾功率譜密度）指標非常容易發生較大波動，如果Ec/Io處于嚴重的干擾環境下，極易產生異常事件。

因此，高速鐵路WCDMA（寬帶碼分多址）優化在明確高鐵主服務小區覆蓋效果和質量，并在嚴格控制非高鐵小區覆蓋（不影響周邊區域覆蓋的前提下）的同時，非常有必要采用異頻覆蓋方式。

1 異頻組網關鍵問題分析與優化實現

高速鐵路異頻組網需要關注的關鍵問題，一方面要確保列車內用戶占用異頻網絡進行通信業務，另一方面要通過合理手段使異頻網和大網之間兼容共存，避免高鐵異頻網邊界切換問題導致用戶投訴的產生。

2 線狀長距離覆蓋切換的連續性措施

根據高鐵線狀覆蓋的需求和特點，每條高鐵網絡均包含多個RNC（無線網絡控制器）和MSC（移動業務交換中心）的邊界，并被邏輯上分割成多個軟切換和硬切換區域，最終形成一個完整的線性覆蓋區域。因此，高鐵網絡覆蓋需要增加配置更復雜的邏輯關系。

1）根據對WCMDA網原理分析，手機在呼叫過程中，不論發生多少次軟切換或硬切換，手機發起連續呼叫的第一個MSC server將一直作為本次呼叫事件的主控MSC server，中間經過的其他MSC server只是參與切換控制的過程。

因此，要實現高鐵線路全程呼叫業務的連續性，避免全線或某一區域段在機制上發生切換掉話，要實現MSC和RNC核心層面的數據配置完善工作。

·高鐵全線所有RNC均需配置RNC級的相互鄰區關系（包括硬切換或軟切換形式），否則會導致切換掉話發生；

·高鐵全線的MSC server均需配置所有RNC相關位置識別信息；

·高鐵全線所有MSC server均需配置兩兩相鄰關系。

2）無線網層面線狀覆蓋配置措施：基于不同無線廠商實現方式的不同，無線層面可聯合采用以下3個方面的措施實現高鐵網絡通信業務的連續性，主要包括Iur（RNC與RNC的接口）虛擬網絡連接方式，鏈式Iur加軟切換靜態遷移實現方式，不同廠商邊界的硬切換隔離方式等。

·愛立信Iur接口虛擬網狀方式：主要采用配置高鐵沿線相鄰RNC間的鏈式物理Iur接口，非相鄰RNC間采用虛擬通路方式配置兩兩Iur接口（實際承載仍在鏈式物理Iur接口上），最終實現所有RNC間Iur接口的網狀連接方式，SRNC（服務無線電網絡控制器）不發生變更。

·華為鏈式Iur加軟切換靜態遷移實現方式：主要采用配置高鐵沿線相鄰RNC間的鏈式物理Iur接口，相鄰RNC開通軟切換靜態遷移功能，UE（用戶設備）在RNC邊界成功實現SRNC變更，配置關系相對簡單。

基于以上兩種方式，由于不同設備廠家Iur接口實現方式的不同，為保障地區邊界無線切換的連續性，需要采用硬切換方式強制無線SRNC變更，實現全段呼叫業務的連續性。

3 用戶正常進入并保持在異頻網措施

異頻網建設的首要目的是使高鐵用戶能成功進入并保持在異頻網絡進行通信。具體實現上可通過車站覆蓋控制方式使用戶選入異頻網，同時對在列車行使過程中由于各種突發原因選出異頻網的用戶采用“返回帶”設置的方式，及時把用戶拉回到異頻網中來。下面以南京站為例進行分析。

3.1 用戶初始接入異頻網——車站覆蓋方案

南京站緊臨玄武湖，總建筑面積為41 000 m2，共有8個站臺，一層主要為售票大廳及商鋪，二層為進候車廳安檢口，三層主要為候車大廳。

車站候車室內存在室分系統，將候車室作為過渡帶，使用戶能夠在候車室至站臺之間占上專網。車站覆蓋策略見表1。

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·配置車站候車室室分與專網鄰區，設置參數使用戶在候車室內能夠重選至專網。

·設置切換參數，使得用戶在出候車室與進入進站通道時切換至專網。

·配置專網與地下通道鄰區設置參數，使得用戶進入出站通道能夠切換或者重選至大網室分小區。

火車站周邊站點分布較多，主要覆蓋火車站站臺的大網站點有“火車站、黃家圩、紅山動物園、六十六中”等站點。異頻網主要由“南京站、黃家圩”兩個站點覆蓋火車站站臺。

優化調整方式及效果：將火車站室分系統頻點由F1調整為F3，配置室分與高鐵同頻鄰區，使得用戶在候車室內能夠平均占用專網和室分小區。當用戶從候車室進入進站通道時，室分信號減弱，用戶可以從室分同頻切換或者重選至高鐵網小區。

調整六十六中2小區、火車站1小區、紅山動物園3小區以及南京商廈2小區下傾角，使得大網站點在站臺覆蓋低于專網小區信號10～15 dBm。配置火車站站臺大網信號較好的2個小區與高鐵網的單向鄰區，使得過站用戶能夠在站臺占用上高鐵網小區。

配置火車站室分與周邊大網小區的異頻鄰區，設置切換參數（2D：－90 2F：－87），設置重選參數（空閑態異頻小區重選啟動門限：4），使用戶在出候車室的低速環境下切換至大網小區時相對困難。車站覆蓋原則如圖1所示。

3.2 途中用戶拉回異頻網——返回帶設置

由于個別路段基站異常退服、車站手機駐留等問題，可能會導致手機選擇大網駐留的情況，為了使得未能占上專網的用戶能夠及時迅速選擇回高鐵專網，全線各地市挑選一至兩個郊區且話務量較低站點，配置該F1站點與專網小區的單向鄰區，設置相應偏置，使得未能占用上專網的用戶在這些站點附近能夠占用上專網。

返回帶選取的原則：每個地市設置1～2個入口點，保證用戶出專網之后能盡快進入專網；返回帶需要選在話務量較低的區域，避免引起專網基站擁塞問題；返回帶需要保證足夠長的高鐵覆蓋長度，滿足切換和重選時間要求。

根據以上原則，滬寧高鐵各個地市選取的入口點位置情況見表2。

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4 異頻網邊界和大網間兼容共存措施

4.1 默認設置的存在問題

默認設置的異頻網和兩側大網間不切換、不重選機制，會導致如下方面嚴重的負面問題：

1）異頻基站覆蓋范圍大，極易導致大量高鐵基站擁塞問題。由于鐵路異頻信號干凈，在同樣鏈路損耗的情況下，異頻Ec/Io覆蓋較遠。

2）導致鐵路異頻網和兩側大網間切換失敗較多，高鐵基站和附近大網基站掉話率較高，導致用戶投訴上升。

3）高鐵附近用戶特別是密級住宅區、工廠辦公區等用戶密級區域，用戶占用高鐵異頻網后無法切出，導致掉話和用戶投訴產生。

4）將鐵路站點調整配置為異頻后，如果不和兩側大網設置互操作關系，高鐵附近區域容易產生覆蓋空洞。

因此，如果同時要保障“高鐵用戶”和“鐵路兩側非高鐵用戶”的使用感受，降低高鐵異頻網絡掉話率及大網在高鐵附近的掉話率，使異頻網和大網處于良好兼容共存的狀態，需要考慮打開異頻網和大網間的互操作關系。

4.2 “異頻－大網”鄰區配置原則策略

同站點同覆蓋區域鄰區不配置：由于站點共站址，覆蓋區域近乎一致，專網信號覆蓋電平由用戶位置和終端所決定，如果配置異頻鄰區且觸發2D事件（當前使用頻率的評估質量低于某一門限值），信號有可能切至異頻，容易發生乒乓切換，影響用戶感知。為保證用戶穩定的占用專網，建議不配置共站共覆蓋異頻小區鄰區。

第一層背對鐵路小區可添加鄰區：背對鐵路小區對高鐵覆蓋影響較小，不易導致高鐵異常事件產生。對于大網用戶在遠離高鐵移動時，可作為正常切換關系。

用戶密集區域主要道路保障：針對市區主要交通道路進行用戶分布以及電平分布分析，交通要道切換需求較多，需要針對該區域進行重點保障。根據以上兩條不添加高鐵旁第一層或者第二層站點正對鐵路覆蓋的小區為鄰區的原則，可通過添加周圍小區完善。

4.3 “異頻－大網”切換參數優化策略

高鐵2D事件只采用RSCP（接收信號碼功率）作為判決條件：

由于高鐵移動速度較快（最快平均87 m/s），測試中發現Ec/Io容易出現較大波動，如果采用和大網一樣的RSCP和Ec/Io聯合判決，Ec/Io波動時很容易啟動2D事件。

異頻網2D啟動門限為－102 dBm，覆蓋鐵路兩側距離約為700～800 m，郊區區域距離約為900 m左右，且主瓣信號集中覆蓋鐵路沿線。

1）提高異頻網最小接入電平值。

設置QRXLEVMIN從－58修改為－51，這預示著只有UE測得的CPICH（公共導頻信道）RSCP大于－101 dBm時，UE才有可能駐留到該小區。當用戶在空閑態時，UE信號電平強度小區該閥值時，UE將脫網并重新搜索小區。通話狀態UE可以在電平強度低于－101 dBm時繼續通話直至啟動異頻切換進入大網或掛機后啟動重選。

2）加大2D事件觸發時延。

為應對個別站點故障或無線環境突變導致的局部弱覆蓋問題等。2D觸發時延由1 280 ms調整為最大值5 000 ms。

優化效果分析：通過對南京段調整分析，KPI（關鍵績效指標）統計語音業務一天平均掉話率從2.3%降低到1.2%，RNC忙時話務量基本保持在24 Erl。全天異頻切出次數（10 663→10 713）8 300次左右少量增加到8 900次左右，效果良好。

降低高鐵異頻網切換事件次數的措施：

在高鐵快速移動環境下，與大網相比單位時間內會產生大量的信令事件，在增加系統、UE終端工作負荷的同時，極易發生異常事件。有效擴大單邏輯小區覆蓋范圍，減少覆蓋碎片產生將有助于減少異常事件的概率。

前期主要采用兩小區0.5+0.5數字合并、兩小區功分合并等方式，華為R13版本引入新的“獨立解調多小區級聯”功能，多RRU（射頻遠端單元）共小區組網，大幅減少切換，并且無底噪抬升。在上行鏈路，將多個RRU的信號送到基帶后獨立進行解調，然后合并處理，多個RRU歸屬同一個小區，共同完成UE信號的接收和調度，無底噪抬升，不影響上行。

5 兩條高鐵交叉路段覆蓋實現

如圖2所示，京滬高鐵線和滬寧城際在鎮江境內存在并軌路段，在鐵路交叉路段同時存在兩條高鐵的F3導頻信號。

因此在交叉路段在小區覆蓋控制的前提下，需要合理設置兩條線的鄰區關系，使各條線按設置進行有方向性的切換實現解決兩條異頻高鐵交叉問題。

5.1 設置鄰區優先級

根據高鐵列車的行進路徑，按每條高鐵順序列出主導小區列表。將鄰區優先級標志設置為true，并將鄰區優先級設置為1。

5.2 根據CIO方向性設置鄰區關系

小區CIO（小區個性偏移）在切換算法中起到移動小區邊界的作用，與調整切換相對門限的方法相比，調整CIO因為是針對特定鄰區配置，方向性更強，對軟切換比例的影響較小；并且

根據高鐵的特性，設置CIO后出現乒乓切換的可能性很小。

6 控制異頻網和GSM間系統互操作

目前GSM（全球移動通信）網絡支持兩種向WCDMA網絡的重選功能：普通重選功能和快速回落功能。其中快速回落功能是指通過呼叫釋放后優先駐留3G小區功能，UE在GSM網絡通話結束前，BSS（基站子系統）會根據WCDMA鄰區的測量消息，計算出一個最優的WCDMA鄰區，并將這個小區的頻點信息通過channel release消息發送給UE，指定通話結束后UE的駐留WCDMA小區信息。通話結束后，UE無需進行小區重選計算，即可根據之前的測量消息優先選擇合適的WCDMA小區駐留，加快了小區重選的速度。因此異頻網和GSM網互操作的總體原則是，關閉WCDMA到GSM網的切換和重選功能，并開通GSM網向WCDMA網的快速重選功能。

兩種重選方式效果對比：

普通2G到3G的重選過程時間基本在5～6 s左右，按列車300 km/h行使時83 m/s速度計算，整個重選過程完成需要500 m左右。因此需要單小區覆蓋范圍至少在500 m以上。

快速回落2G到3G的重選，部分商用雙模終端（R6版本及以上）支持該功能，并且Iphone4手機全部支持，根據相關對Iphone4的快速回落測試統計情況，Iphone 4從2G通話后重新回到3G用時明顯減少，用時1～5 s的比例從1.13%提升到39.34%，提升幅度達38.21%。

7 結論

覆蓋效果對比如圖3所示。

江蘇高鐵WCDMA網絡采用異頻覆蓋和優化方式取得了良好的覆蓋效果。滬寧高鐵WCDMA異頻網實施后，全線網絡覆蓋水平和網絡質量有較大提升，綜合下行覆蓋率由90.37%提升至95.33%，提升5個百分點，“Ec/Io”大于等于－12 dB的比例由原來91.6%提升到95.52%，覆蓋質量得到有效提升，全線基本實現無掉話發生。

通過實現異頻網與大網間兼容覆蓋措施，網絡穩定性和健壯性增強，高鐵兩側沿線異頻網與大網間聯合覆蓋能力提高，有效避免周圍用戶投訴的產生，達到良好的覆蓋效果，對于改善聯通Iphone等高端客戶的用戶體驗和樹立聯通3G的優勢品牌有較大促進作用。◆