基于共建共享提升高鐵網絡覆蓋和感知的研究

朱賀，廖祖鵬，賈東亮，陳潮賢

（中國電信股份有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，鐵路運輸系統承擔起越來越多的客流運送任務。在經濟增長效應方面，高鐵建設促進了珠三角、遼中南和長三角城市群經濟的協調發展[1-2]。2007 年4 月18 日0 時實施第六次大提速，并引入了CRH新型列車，該列車分為CRH1、CRH2、CRH3 和CRH5 這4 個種類，其中，CRH1、2、5 均為200 km 里級別（營運速度200 km/h，最高速度250 km/h）；CRH3 為300 km級別（營運速度330 km/h，最高速度380 km/h）；而CRH2 具有提升至300 km 級別的能力[2]。CRH 列車的高速運動會造成車廂內部多普勒頻移[4]和高頻率深度快衰落[5]等現象，會嚴重影響用戶的切換和重選[6]，這些客觀因素給優化工作帶來了極大難度。高鐵通信系統[7]承擔著確保列車運行安全、提高運輸效率和改善用戶體驗的重任，如何進一步提高網絡覆蓋率和感知是需要解決的關鍵問題[8-9]。

以高鐵某路段為例，列車平均運營速度在200 km/h以上，沿線城鎮、城中村、密集城區交錯分布，場景類型復雜且無專網覆蓋，高鐵沿線主要靠周邊小區兼顧覆蓋，由于部分站點對于高鐵網絡覆蓋而言高度不足且易受建筑阻擋，該段高鐵里程覆蓋率僅71.01%，但中國電信周邊小區的低速用戶感知良好，周邊在網小區共計404 個。因此同一路段，中國聯通在高鐵沿線建有2.1 G 專網，該路段高鐵里程覆蓋率為86.14%，相對中國電信較好。但中國聯通周邊在網小區相對電信較少（257 個），周邊低速用戶感知速率相對電信較差，且周邊小區感知長期存在高負荷現象。因此，中國電信中國聯通雙方達成共識，利用雙方站點資源優勢實施共建共享策略[10]，確保雙方高鐵用戶和周邊用戶感知共同提升。

1 高低速用戶分層分流原理

1.1 高速用戶識別原理

高速用戶識別主要應用在高鐵、高速等涉及終端高速運動的場景，其作用是使得因脫網、掉話等原因離開高鐵專網小區的高速用戶返回高鐵專網。高速用戶識別一般分為基于切換參數的判決[11]、基于頻偏的判決[12]和基于切換次數的判決[13]。

（1）基于切換參數的判決。當UE 歷史信息中的小區數不小于配置參數CellHoParaCfg.SpeedEvaluated/Num時，統計最近CellHoParaCfg.SpeedEvaluated/Num 個小區的停留時長累加值，如果累加值小于配置的時間門限CellHoParaCfg.SpeedfvaluatedPeriod，則判決為高速用戶。

（2）基于頻偏的判決。高速用戶基于頻偏遷出原理圖，如圖1 所示。當eNodeB 在UE 上行業務信道正常發送時，每秒基于UE 上行信號測量多普勒頻移并估算用戶移動速度，當用戶移動速度不小于CellHoParaCfg.HighspeedThresho 參數配置值時，則判決為高速用戶。一般利用多普勒頻移估算用戶移動速度大于100 km 即定義為高速用戶。判決門限均可按線路速度更改。

圖1 高速用戶基于頻偏遷出原理圖

（3）基于切換次數。該方法的判決一般30 s 內產生切換次數大于3 次即定義為高速用戶，識別高速用戶后要將其盡快遷入高鐵專網。

1.2 低速用戶識別原理

低速用戶基于頻偏遷出原理圖如圖2 所示。在UE上行業務信道正常發送時，eNodeB 每秒測量UE 上行信號的多普勒頻移并估算用戶移動速度，當連續HighSpdAdaptionPara.UserLowSpeedJudgeNum 次用戶移動速度小于CellHoParaCfg.HighSpeedThreshold 參數配置值時，則判決為低速用戶。

圖2 低速用戶基于頻偏遷出原理圖

為了讓高鐵專網不被低速用戶占用，需要將進入高鐵專網的低速用戶遷出到周邊小區。開通場景為高鐵車速大于120 km/h 以上區域，在車站附近路段（低車速區間）一般會禁止開啟。

2 中國電信中國聯通頻譜交叉共享策略

中國電信中國聯通頻點交叉共享策略即利用特性參數，將雙方高速用戶遷至中國聯通高鐵專網，低速用戶遷至中國電信周邊小區。中國電信利用中國聯通沿線高鐵專網吸納其高速用戶，中國聯通利用中國電信高鐵周邊充足站點資源吸納其周邊低速用戶。

2.1 共建共享策略

4G 共建共享包括獨立載波、共享載波兩種方式[14-15]。共享載波方式共享示意圖如圖3 所示。中國聯通高鐵4G專網由原3G 專網改建而成，UMTS 與LTE 共用設備，不支持為中國電信配置獨立載波，因此共享中國聯通專網采取共享載波方式。

圖3 高鐵“共享載波”方式共享示意圖

中國電信中國聯通交叉共享原理如圖4 所示，該策略是采取“中國聯通高鐵專網2.1 G 與中國電信高鐵沿線1.8 G 交叉共享”和“高低速用戶負荷分層分流”方式。

圖4 中國電信中國聯通交叉共享原理圖

中國電信分流共享原理如圖5 所示。該策略是指在中國電信共享中國聯通高鐵專網的同時，中國電信將高鐵沿線2 層1.8 G 周邊小區共享給中國聯通，接收中國聯通專網遷出的低速用戶，確保高鐵專網負荷不受沖擊，同時提升中國聯通周邊小區用戶感知。

圖5 中國電信分流共享原理圖

2.2 電信高速用戶遷入聯通高鐵專網

高速用戶遷入專網策略如圖6 所示。中國聯通高鐵專網共享給中國電信78 個高鐵專網小區，中國電信周邊小區（共享前中國電信高鐵用戶可能占用的小區）同時配置高速用戶遷入至中國聯通高鐵專網的策略。由于高鐵場景隨著列車速度多普勒效應會更加明顯，因此選擇基于頻偏判決得方式實現高速用戶靈活精準判別（列車速度門限設置可靈活調整）。結合高鐵實際運行情況，將判決的速度門限設置為100 km/h，即識別到速度超過該門限就判定為高速用戶。

圖6 高速用戶遷入專網策略

中國電信周邊小區配置完成高速遷出參數后，還需和中國聯通高鐵專網小區互配置鄰區。測試期間根據網管性能計算器統計基于移動速度觸發的切換，經統計，遷出率接近100%。

2.3 中國聯通低速用戶遷入中國電信周邊小區

中國聯通在該段高鐵周邊站點數較少且負荷高，因此長期采用高鐵專網來分流周邊小區負荷。開放共享后，中國電信高速用戶涌入對中國聯通專網負荷造成沖擊，因此通過將中國聯通低速用戶遷入中國電信高鐵周邊小區的方式對高鐵專網進行分流，進而減少低速用戶占用高鐵小區資源。

低速用戶遷出分為切換策略分流和盲重定向策略分流兩種方式：

（1）切換方式：將低速用戶（最大支持1 秒遷出1個用戶）切換至中國電信周邊小區，業務幾乎不中斷，對用戶感知影響最小，但遷移效率低。

（2）重定向方式：將低速用戶（最大支持1 秒遷出10 個用戶）重定向至中國電信周邊小區，對低速用戶業務中斷影響較大，但遷移效率高。

因此，在保證用戶感知的角度來看，共享方案優先采用切換方式，降低對用戶業務中斷影響。

3 實驗分析

3.1 中國電信共享中國聯通高鐵專網小區

共享前后中國電信高鐵用戶感知指標對比如表1 所示。共享中國聯通高鐵專網后，經多次鄰區關系和切換參數優化，某路段高鐵4G 網絡覆蓋質量、用戶感知速率有顯著改善，其中SINR 提升了3.63 dB，覆蓋率提升了18.09%，下行體驗速率提升1.59 Mbps。

表1 共享前后中國電信高鐵用戶感知指標對比

3.2 中國聯通共享高鐵周邊的中國電信周邊小區

中國聯通高鐵周邊站點長期高負荷情況嚴重，因此將中國聯通低速用戶遷入中國電信分流小區，降低低速用戶對高鐵專網小區資源的占用。為避免中國聯通低速用戶占用高鐵專網資源，中國電信高鐵周邊共享404 個1.8 G 小區給中國聯通用戶。共享后低速用戶遷出可以采用切換和盲重定向兩種方式，不同方式的小區負荷遷移效果會存在差別。

為保證高鐵專網負荷遷移效果，對中國聯通某專網站點遷出低速用戶不同策略進行秒級監控，對切換方式和盲重定向方式兩種分流策略效果進行了對比，如圖7 所示：

圖7 分流策略效果對比

采用切換方式時，用戶業務幾乎不中斷，對用戶感知影響最小，但遷移效率低，低速度用戶只遷出一部分，同時中國電信高速用戶共享接入，中國聯通專網忙時負荷抬升了2%。

采用盲重定向方式時，用戶業務有較大中斷影響，但遷移效率高，基本可將低速用戶全部遷出專網，在疊加中國電信高速用戶遷入專網后，中國聯通專網忙時負荷下降了11%。

中國聯通高鐵專網與中國電信周邊小區業務變化情況如圖8 所示。經觀察，中國電信高速用戶可有效占用中國聯通專網，且中國聯通低速用戶也可有效遷出到中國電信周邊小區，兩個網絡負荷波動趨勢相反，符合預期。

圖8 中國聯通高鐵專網與中國電信周邊小區業務變化情況

經分析，中國電信周邊404 個1.8 G 小區負荷小幅增長，忙時下行PRB 利用率由22% 抬升至29%，整體漲幅7%；具體到小區級別，忙時下行PRB 漲幅超10% 小區141 個，占比35%。因此，中國電信小區有效實現了對中國聯通低速用戶的負荷分流。

中國電信1.8 G 分流層共享后負荷流量情況如圖9 所示。中國電信1.8 G 周邊小區共享后日均流量2 609 GB，其中中國聯通用戶641 GB，占比24.6%，整體比例符合預期，整體負荷增長及感知影響情況基本可控。

圖9 中國電信1.8 G分流層共享后負荷流量趨勢

分流中國聯通低速用戶前后對比如表2 所示。通過沿線開通中國電信周邊小區分流后，中國聯通周邊小區全天無線下行流量（GB）下降16.81%，小區內的平均用戶數下降20.23%；中國聯通周邊小區低速用戶下行用戶感知速率由7.1 Mbps 提升至9.28 Mbps，提升了30.7%。

表2 高鐵某段聯通分流前后對比

4 結束語

通過對高鐵某路段實施中國電信中國聯通頻譜交叉共享策略，中國電信高鐵覆蓋率提升18.09%，高鐵用戶下行速率提升41.19%；中國聯通高鐵周邊小區負荷下降16.81%，低速用戶下行速率提升了30.7%。在未新增資源情況下，通過雙方網絡優勢互補，實現了低成本快速部署高鐵專網，且共同提升了雙方高鐵及周邊用戶的感知。同時驗證了新的建網模式得可行性，既能減低成本快速部署基站覆蓋，對加快網絡覆蓋提升用戶服務感知有重大意義，又為特殊場景共建共享的優化工作積累了重要經驗。