高速鐵路LTE組網淺析

邵松青 陳尚京

（長訊通信服務有限公司）

高速鐵路LTE組網淺析

邵松青 陳尚京

（長訊通信服務有限公司）

高鐵在我國內以及全網范圍內迅速發展，伴隨著高端人群大規模、長時間乘坐高鐵頻繁流動的情況以及鐵路本身信息化建設的需求，LTE系統憑借帶寬大、時延短的特性，為高鐵帶寬通信提供了最佳的技術手段。由于多普勒效應的影響，對高速鐵路的無線組網及參數配置提出了更高要求。

組網；多普勒效應

1 高鐵場景特征及組網分析

高鐵不同于常規的室內和室外通信場景，高鐵場景存在列車運行速度快、列車車體穿透損耗大、站臺客流大、站點部署困難的高架橋和較長的隧道等復雜的通信環境，多樣性通信環境給LTE優化帶來的挑戰主要有：

圖1

1.1 車體穿透損耗大

高速列車采用密閉式廂體設計，增大了車體損耗，高達24dB的穿透損耗對基站和終端的發射功率和接收靈敏度提出了更高的要求。

1.2 多普勒頻偏

高速覆蓋場景對LTE系統性能影響最大的是多普勒效應。接收到的信號的波長因為信號源和接收機的相對運動而產生變化，稱作多普勒效應。特別是高速場景下，多普勒頻移導致無線鏈路性能惡化，驗證影響基站和終端的解調。

1.3 頻繁的切換和重選

高速場景下，高速移動的終端頻繁的切換會對系統的性能產生較大的影響，因此必須解決在高鐵通信建設中的小區切換問題。最基本的要求就是用戶通過切換區域的時間要大于切換的處理時間，否則切換流程無法完成，會造成用戶的QoS下降甚至掉話，影響用戶的正常使用。

2 高鐵專網基站部署原則

2.1 高速鐵路覆蓋

站點交錯部署在鐵路兩側，有利與信號的均勻分布，同時可以改善切換區域覆蓋；為減小多普勒頻移的影響以及避免“塔下黑”問題，站點離鐵路垂直距離建議在100～200m；站點選擇考慮利舊原則；盡量部署在鐵路的內拐彎；站高建議大于30～40m，可提升基站的覆蓋距離。采用智能天線技術和選用高增益天線。

2.2 車站覆蓋

車站是人員密集的環境，話務量大，包括2G/3G，WiFi多制式網絡，切換頻繁，由于車廂的屏蔽左右，車廂內外信號差別達20dB以上。車廂內的不同制式的微小區與站點的宏小區設置雙向鄰區關系，保證切換成功，LTE網絡覆蓋車站，保證用戶上車后繼續進行相關業務。鐵路沿線所有車站小區ID設置一致，所有車廂內微小區ID設置一致。

2.3 隧道高速覆蓋

隧道中需要RRU拉遠的解決覆蓋；隧道內信號和隧道外同屬一個小區，減少切換帶；隧道出口的高速切換帶需要仔細規劃；隧道外基站安裝維護方便。由于隧道內部狹長并且可能有彎道，信號入射角度小，信號不均勻，局部信號衰落快。通常無線信號基本上是沿著直線傳播的，很容易被遮擋形成陰影，反射信號也很快被吸收，因此建議采用泄露電纜的覆蓋方案。

2.4 長隧道泄漏電纜覆蓋布放

由于隧道內部狹長并且可能有彎道，信號入射角度小，信號不均勻，局部信號衰落快。通常無線信號基本上是沿著直線傳播的，很容易被遮擋形成陰影，反射信號也很快被吸收，因此建議采用泄露電纜的覆蓋方案：基于單通道小區的長隧道泄露電纜覆蓋和基于雙通道小區的長隧道泄露電纜覆蓋。

3 LTE高鐵專網優化

針對高鐵覆蓋所面臨的損耗、大頻偏、頻繁切換等問題，提出了一系列LTE高鐵優化建議。

3.1 單小區多RRU級聯技術

從LTE高鐵覆蓋特點來看，為保證小區間可靠切換，需增加小區的覆蓋范圍，減少小區切換次數。建議單小區多RRU級聯方案，設備體積小、重量輕，功耗低，環境適應能力強，應用BBU+RRU技術，可以將多個RRU組網，利用基帶合并技術組合到一個小區內。當屬于同一邏輯小區的多個RRU覆蓋區域部分重疊連環相連之后，構成一個狹長地帶的高信號強度的適合鐵路沿線的小區覆蓋方案，有利于增加覆蓋信號強度。

3.2 公網與專網組網選擇

公網和專網的切換原則：要重點考慮公網和專網的切換原則和對應關系，保證公網用戶順利切入高鐵專網，并保證離開站臺時，避免發生乒乓位置更新。高鐵覆蓋專網專用，在站點和候車室設置專網與公網過渡的隔離，相互設置鄰區，同時列車進行中專網小區和公網小區不設置為鄰區，用戶不允許切換到公網，公網用戶也不能占用專網資源。

表1

3.3 優化系統參數保障切換和重選

圖2

3.3.1 區間的切換區域劃分

切換過渡區：指兩個小區間切換遲滯的1dB的物理過渡區域。切換測量區：指切換的測量上報區域。切換執行區：從物理信道重配指令下發到完成的區域（如圖3）。

圖3

3.3.2 切換、重選參數優化

切換：TimeToTriger=320ms，Hyst=2dB；重選：Threselection，Qhys。

表2

3.4 專網入口優化

3.4.1 車站

車站專網入口設置是高鐵優化重要的一環，必須保證用戶車站上車順利進入專網策略：根據車站的大小，制定差異化的專網入口方案。

（1）大型車站

特點：候車室有多個4G室分小區，部分室分小區與高鐵專網覆蓋不能正常銜接。

方案：站臺設置4G過渡小區，上車的用戶從候車室先進入過渡小區，再進入高鐵4G專網。

（2）小型車站

特點：候車室僅1～2個室分小區，且均可以與高鐵專網正常銜接。

方案：候車室室分直接與高鐵專網添加鄰區，上車的用戶從室分直接進入專網。

3.4.2 后備入口

高鐵用戶不可避免的會因為偶發原因掉出專網，設置后備入口可以使用戶再返回專網，保障后續通信感知：

（1）后備入口位置：一般挑選在高鐵沿線4G用戶較少的地市邊界，減少入口對非高鐵用戶的影響。

（2）公網小區挑選：通過掃頻數據盡量選取在高鐵上測量到的電平較強，且能穩定占用3～4s的公網小區。

（3）公網至專網重選/切換策略

鄰區：公網小區添加至專網小區單向鄰區；重選：專網重選優先級高于公網；

切換：采用A2+A4算法，更易向專網切換。

3.5 高鐵組網注意事項

（1）小區級規劃：同小區內RRU覆蓋距離，不同小區RRU重疊覆蓋距離；單小區覆蓋距離計算。RRU鐵塔選擇距離鐵路直線距離在200m以內為宜，天線掛高可在35～45m。根據RRU鐵塔與鐵路的垂直距離長短，應采用高增益天線。站臺小區采用小增益八木天線或者吸頂天線。

（2）覆蓋規劃：針對不同覆蓋場景定制傳播模型。做好重疊切換區域規劃。做好公網與專網交疊覆蓋覆蓋。根據不同長度隧道選擇不同的覆蓋方案，短距離隧道采用隧道外天線直接覆蓋方式，中距離隧道采用隧道內RRU+功分器+泄纜方式覆蓋，長距離隧道采用隧道外RRU+功分器+泄纜方式覆蓋。

3.6 優化案例

首要原則參數優化：空閑態易出4G專網分析。

在測試優化過程中，我們發現4G終端在空閑態易出專網，借助測試軟件，定位80%出專網為終端重選失敗觸發小區搜網，具體流程如圖4。

圖4

重選發生時目標小區電平較服務小區高10dB以上，即重選滯后較嚴重，需要優化參數加快重選，調整后空閑態出專網次數下降50%（如表3）。

表3

4 小結

高鐵對LTE組網覆蓋有其自身的特點，在實際建設中需充分考慮高鐵組網下的覆蓋、切換等性能，通過高增益、載波瓣天線、大功率雙通道RRU的配合，通過合理的站點規劃、組網規劃、設備選型，并結合高鐵特有的優化方法和參數設置，通過多種手段達到高鐵場景下LTE組網的最佳性能。

陳尚京，就職于長訊通信服務有限公司網優中心，主要從事LTE無線網絡優化工作。

TN929.5

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1004-7344（2016）10-0274-02

2016-3-20

邵松青（1982-），男，中級工程師，2007年畢業于上海海事大學，碩士學位，現就職于長訊通信服務有限公司網優中心，主要從事LTE無線網絡優化研究工作。