高铁WCDMA双载波专网实现及策略部署研究

2014-03-12梁松柏李文生

电信科学 2014年4期

梁松柏，李文生，魏宁，刘伟

（中国联合网络通信有限公司河南省分公司郑州 450045）

高铁小区功率在列车通过时具有突发脉冲特性，瞬时用户数过多，底噪抬升明显，严重影响系统容量和质量，同时也降低了用户感知。结合京广高铁和京沪高铁的优化实践证明，双（多）载波组网是高铁WCDMA网全覆盖场景下，保证高铁网络质量和用户感知的唯一解决方案。同时，高铁WCDMA网覆盖在不同场景与基本完善的大网覆盖之间存在交叉、重叠覆盖，导致网内干扰十分突出。如何兼顾高铁和大网WCDMA网络的质量和用户感知，已经成为通过策略加载和优化、提升高铁WCDMA网络覆盖和质量需考虑的关键因素。

本文重点从高铁不同无线环境场景下专网的实现、不同业务资源的分配、频率选择策略、回落策略等角度，分析和思考当前高铁环境中WCDMA网双（多）载波专网部署时需考虑的因素及相关影响，为后续高铁WCDMA专网规划、设计及优化提供参考思路。

2 双载波专网策略

2.1 专网覆盖策略

高铁WCDMA双（多）载波专网可有效解决由高铁用户业务资源需求相对集中造成的小区功率资源枯竭、用户感知下降的问题，能快速改善用户感知并提升网络口碑。根据高铁专网覆盖的要求，高铁用户仅在专网小区发生业务，且网络性能满足用户业务要求。高铁WCDMA专网的实现主要通过对高铁不同场景加载不同的邻区策略实现。我国高铁WCDMA专网覆盖最具挑战性的场景有车站场景、并行线场景、交叉线场景等，具体介绍如下。

2.1.1 车站场景

正常情况下，车站为用户出入高铁的主要场景，是用户手机终端出入高铁专网的通道。我国现有高铁车站在移网覆盖上存在两种情况:一是有室内分布（以下简称室分），二是无室分。

（1）有室分覆盖车站

在有室分的候车厅场景，高铁基站与大网基站在进行规划、设计和优化时，必须考虑在候车厅的不同区域形成重叠覆盖区域，如图1所示，高铁小区、大网小区分别与候车厅小区形成不同的重叠覆盖区域。在图1中，候车厅室分系统成为过渡网络，帮助终端完成高铁网络与大网之间的小区选择、重选及切换。因此，一可以确保用户在候车厅和大网之间自由出入，即F1小区2/F2小区2（大网）与F1小区3/F2小区3（候车厅室分系统）之间有足够的重叠覆盖范围；二可以确保用户在候车厅与高铁站台之间自由出入，即F1小区1/F2小区1（高铁专网）与F1小区3/F2小区3（候车厅室分系统）之间有足够的重叠覆盖区域。

采用的邻区配置原则介绍如下:同站双层小区（不同频率）之间互设邻区，如F1小区2/F2小区2；大网双层小区与候车厅室分系统双层小区之间互设邻区，如F1小区2/F2小区2（大网）与F1小区3/F2小区3（候车厅室分系统）；高铁专网双层小区与候车厅室分系统双层小区之间互设邻区，如F1小区1/F2小区1（高铁专网）与F1小区3/F2小区3（候车厅室分系统）。大网小区与高铁专网覆盖小区之间不设邻区。

（2）无室分覆盖车站

在无室分候车厅场景，高铁基站与大网基站在进行建设和优化时，必须考虑在候车厅形成单一重叠覆盖范围，如图2所示，高铁小区、大网小区分别与候车厅小区形成交叉覆盖区域。通过邻区配置策略确保用户在候车厅内，即F1小区1/F2小区1（高铁专网）与F1小区2/F2小区2（大网）之间完成小区选择、重选及切换。

采用的邻区配置原则介绍如下:高铁同站专网小区互设邻区，如F1小区1/F2小区1（高铁专网）；高铁专网小区与大网出入口小区互设邻区，如F1小区1/F2小区1（高铁专网）与F1小区2/F2小区2（大网）。

2.1.2 并行线场景

高铁与其他交通线并行场景如图3所示，称为Ⅱ型场景，标记阴影的扇叶为大网小区，其他扇叶为高铁专项覆盖小区。

采用的邻区配置原则如下:同站不同小区分别覆盖高铁和大网，邻区配置在逻辑上保证相互独立，因此有:

图1 候车厅室分双载波、高铁双载波、大网单（双）载波场景

图3 高铁与其他交通线并行场景

·高铁专网邻区配置，同站、不同站专网小区间互设邻区，如场景A F1/F2小区1之间、场景A F1/F2小区1与场景B F1/F2小区6这4个小区之间互设邻区，形成高铁逻辑专网；

·大网邻区配置，同站、不同站大网小区间互设邻区，如场景A F1小区3/F1小区2与场景B F1小区4/F1小区5这4个小区之间互设邻区，确保高速公路等其他慢速用户驻留大网；

·高铁专网小区与大网小区不设邻区。

2.1.3 交叉线场景

高铁与其他交通线交叉场景如图4所示，称为X型交叉口场景，标记阴影扇叶为大网小区，其他扇叶为高铁专项覆盖小区。邻区配置原则与并行线场景相同。

2.2 业务分配策略

（1）业务态策略

目前，业界主流且已进行大规模应用的双载波业务态分配策略主要有业务分层策略和自由驻留策略，两种策略的优劣势对比见表1。

经过在京广高铁郑州段和广州段的大规模验证，自由驻留能够最大限度地保障每个用户的感知，数据业务用户感知提升，语音业务用户感知有所下降，基于充分利用资源且保证客户感知的角度，在满足业务最低门限的前提下，自由驻留更适合于高铁场景。

（2）空闲态策略

策略1:终端随机驻留在不同的载波上，当网络寻呼UE时，需在两个载波上同时下发paging。

图4 高铁与其他交通线交叉场景

表1 双载波业务态策略优劣势对比

策略2:所有UE均驻留在F1上，RAN寻呼UE时只需在F1小区上下发paging。所有UE均监听F1小区的寻呼信道。当UE被激活时，UE在F1小区上报RRC建立请求消息（RRC connect request），RNC收到请求消息后，在F1小区下发RRC建立消息（RRC connect setup）。根据不同的RRC建立请求原因值，RNC为UE分配不同的载波。UE依据RNC connect setup消息，在RNC所分配的频点上上报RRC建立完成（RRC connect complete）消息，随后在对应的频点上建立RAB。

2.3 频率选择策略

常用高铁双载波频率策略分析见表2。从京广高铁河南南段的实际应用情况看，高铁双异频（完全独立方式）专网更能有效对抗大网干扰，特别是在东部、中部发达地区，高铁经过密集城区、县城、乡镇等区域，双异频组网Ec/Io≥-12 dB的比例至少提升5%，是高铁专网的推荐方式。

2.4 回落策略

高铁专网的形成，是建立在高等级专业维护和优化的基础上的。在实际运营过程中，存在两种情况:一是高铁基站断站、出现故障，重选和切换链路出现故障，用户终端进入大网；二是因高铁负荷增加、覆盖收缩、电平及载干变差，用户迁移出专网。因此应该在部分大网区域，设置高铁用户返回专网的策略。返回带应遵循如下原则:

表2 常用高铁双载波频率策略分析

·返回带应选择在公网话务量较小、网络覆盖简单纯净的区域；

·频繁断站且恢复难度较大的区域应考虑设置返回带；

·返回带应选择能满足切换和重选时间要求的高铁专网小区；

·高铁专网返回带应设置与该区域大网的入口单向邻区关系。

2.5 关键参数策略

关键参数策略，是主要应用于高铁全线专网小区的重要参数，以巩固高铁WCDMA专网覆盖，确保高铁网络质量和用户感知，以兼顾大网用户感知为原则，具体介绍如下。

·高铁专网的所有参数设置应满足接入快（涉及PRACH初始发射功率、步长、接入次数及等待时长参数）、切换快（快加慢删，涉及1A/1B/1C/1D门限、迟滞、触发时间等参数）、重选快（涉及Qqualmin、Qrxlevmin、Sintrasearch、Treselections等参数）的原则。

·UE移动策略:高铁在双载波覆盖区域内移动时，业务态只进行同频切换；空闲状态下，终端根据小区信号质量Ec/Io进行小区选择和重选。

·邻区参数策略:所有高铁专网小区至多互设非本站两层范围内的邻区；同站高铁专网小区F1及F2互配共站同扇区的空闲态重选邻区；非同站同频高铁小区互配业务态切换及重选邻区。不建议配置异系统邻区关系。

·均衡策略参数:高铁小区F1/F2都承载CS业务和PS 业务（R99+HSPA），配置为“CS+PS preferred”；终端在驻留载频发起业务请求。

·返回带参数:主要为异频切换（2D/2F门限、迟滞、触发时间）参数和重选参数（Qqualmin、Qrxlevmin、Sintrasearch、Sintersearch、Treselections）等。同时公网返回带小区应适当设置专网邻区的CIO偏置，以确保快速回落公网的用户能快速返回专网小区。

·部分高铁功能的开启:多RRU合并小区（解决切换带过短）、多普勒频移补偿（解决频率偏移过大导致的调制困难问题）、cell_FACH（延长用户资源释放周期，稀释信令风暴）和GSM网fast return（配合回落策略要求）等功能的开启，能有效改善高铁专网质量。

3 策略应用效果

在京广高铁河南段WCDMA专网上加载以上策略，模拟用户行为，实际测试效果见表3。

通过策略加载和优化，与用户密切相关的各项指标均达标。

4 结束语

WCDMA双（多）载波专网是提升高铁WCDMA移动网络质量、口碑及用户感知的唯一解决方案。为实现专网覆盖，需要针对车站、隧道、并行线和交叉线等特殊场景的网络覆盖进行专门规划、设计和优化，并通过相关邻区设置策略实现逻辑专网；通过双载波异频、随机自由驻留业务资源分配策略、回落策略及相关参数的加载和优化，能够有效保证高铁网络质量；通过开启部分功能进一步提升高铁网络质量和用户感知。高铁专网形成后，如何解决高铁小区下公网用户的出口仍需进一步探索。