公网覆盖下高速公路通信质量提升的研究

高新秋，肖绍杰，冉建光

（中国移动通信集团河北有限公司保定分公司，保定 071051）

保定位于环首都经济圈这一重要区域，各条高速穿城而过，高速里程位于全省前列，做好公网覆盖下的高速公路通信对保定城市形象提升也将起到积极作用。

当前保定市已开通运营8条高速，分别是京港澳、京昆、荣乌、大广、保沧、保阜、廊涿和张石高速，总里程数约1 100 km，规划在建张涿、荣乌、京昆北段，开通高速全部由公网基站覆盖，各基站建设初期以满足周围村庄覆盖为准则，高速开通后，兼顾高速覆盖需求。经过不同时期的不间断建设及网络优化调整，高速连续基础覆盖能够实现且当前各项测试指标优于其他运营商，但由于采用公网覆盖各高速存在着频率、邻区、夹角覆盖等诸多问题，制约了高速公路移动通信质量的进一步提升，为满足客户出行需求，使高速移动通信质量更优，需要对公网小区进一步精细优化，摒弃传统思路，结合新设备、新技术对公网的频率、邻区、覆盖做更加精细的调整，使公网覆盖下的干线通信质量得到全面提升。

1 高速全程成功率提升精细调整

覆盖是移动网通信的基础，是影响移动通信的首要因素，网络测试中各类事件均可能由于覆盖因素触发，做好覆盖调整，是提升高速干线各项指标的关键。高速的覆盖场景为带状模型，高速的无线网络覆盖应具备主用信号突出、无缝覆盖、主服小区站点呈“之”字行排列等特点。公网覆盖下的高速干线，覆盖并不专一，所有的基站在建设之初是为满足村庄、城市需求而设计的，基站的初始站间距不定、天线方位角遵循工程设计方位：A/B/C小区对应60°/180°/270°分布，俯仰角多为0°设置，覆盖资源短缺是公网覆盖下高速干线的硬伤，以京昆高速为例，高速通车至今，优化人员对公网涉及基站天馈方位、俯仰进行了大量调整，因此高速的基础覆盖得以实现，此次精细调整主要通过长呼、短呼、扫频测试等手段更细致的排查高速覆盖问题。

1.1 长呼测试优化高速切换重叠覆盖区

长呼测试主要用以解决相邻基站间重叠覆盖区的问题，降低高速干线掉话率。

1.1.1 相邻基站间重叠覆盖区

所谓站间重叠覆盖区是指相邻多基站无线电波重叠覆盖区域。为保障每次通话的持续性，需要2个相邻基站相对小区无线电波能量在一定的区域内持续存在，即满足切换发生的必要信号场强需求。

GSM规范规定，通话模式下，MS需在5 s内解调邻区中新小区BSIC，当MS及时上报了6个最佳小区时，基站判断是否需要进行切换需要一定的时间，这个时间与采用切换算法相关，不同厂家由于采用算法不同，时间也不相同，一般为4 s，通过对100个切换消息的跟踪分析，从切换请求发起到切换完成释放源小区资源，跨MSC切换一般需要5 s，BSC内小区间切换时间为3 s，综上所诉一次BSC内小区间切换典型值为7 s，对于跨MSC的切换，这个时间将达到9 s。

高速车辆规定行驶速度为100 km/h(27.8 m/s)，那么1个小区从进入邻区列表解调BSIC、测量、触发切换，到切换完成，至少需要5+4+3=12 s（BSC内切换），车辆对应移动的距离至少是333.5 m，在这段距离内，服务小区必须保证信号场强的持续性，此距离即重叠覆盖区的距离，跨MSC切换则需要约14 s距离至少是389 m。如图1所示。

图1 站间重叠覆盖区原理分析：呼叫建立+切换的情况下小区的最小覆盖范围

1.1.2 长呼验证方法

通过设置长时间呼叫，验证高速的重叠覆盖区即通过长呼检验在持续呼叫中能否顺利触发切换。

测试方法为将测试软件呼叫时间设置无限大，拨通后不挂机，直至由于外部原因导致测试中断，以此验证高速小区重叠覆盖区、呼叫连续性，切换邻区设置，切换反应时长等。

测试京昆高速覆盖设备为中兴设备，机顶发射功率20 W/43 dBm，单小区覆盖经验值为1.5 km，高速设置切换理论值为1次/0.5 km，如图2所示，在2小区0.5 km的重叠覆盖区内理论上会触发至少1次切换。此次测试发生切换次数401次，测试里程200 km，里程切换比2次/km，符合理论设置值。

图2 试验高速里程切换比

通过长呼测试能够发现公网覆盖下的高速主服小区间重叠覆盖区是否完善，如果重叠覆盖区设置存在问题，在此路段将会产生由于电平快速衰落无法及时切换导致的掉话，通过验证，京昆高速重叠覆盖区设置合理，切换触发及时，满足试验初衷。

1.2 短呼测试优化单小区接入性能

短呼测试验证同站不同小区间夹角重叠覆盖问题，用以解决同站间未接通问题。

1.2.1 同站相邻小区重叠覆盖区

公网基站主要用作对周边城市、村庄的覆盖，此类区域经常存在客户覆盖、话音类的投诉，日常投诉处理手段包含更换高增益天线、调整天线方位角，此种调整方式如果涉及高速覆盖小区会对高速造成不利影响：现网定向天线的水平半功率角一般不超过65°，高增益天线水平半功率角一般为33°，因此当同站不同小区天线水平半功率角不同或夹角过大也会造成两个小区的过渡区域覆盖阴影，即同站盲区，天线水平半功率角为65°的两天线夹角理论值不超过120°。

举例说明：如图3所示，同一基站A小区为水平半功率角65°的普通天线，B小区为水平半功率33°的高增益天线，A/B小区间夹角为工程标准120°，在A/B天馈夹角区域容易出现约40°扇面弱覆盖区域。

图3 同站相邻小区天馈夹角弱覆盖示意图

通过设置短呼测试，可以验证同站覆盖下不同小区间是否存在覆盖盲区，即由于同站不同小区天线方位角超出理论值导致了夹角覆盖区域弱覆盖，用户一旦在此区域起呼，由于快衰落极易引起未接通事件的发生。

1.2.2 短呼验证方法

测试方法：测试过程1次呼叫接通时间经验值约为9 s，将测试仪表呼叫时间设置为10 s空闲10 s，充分验证高速各小区的接入性能。

表1 短呼未接通小区发生区域

对验证高速采用短呼测试验证，部分同站小区存在当MS在位于两小区夹角位置起呼后，由于电平快速衰落导致未接通的现象。

表2 短呼未接通发生小区天馈调整情况

从问题发生的位置上看，MS大多在两个小区重叠覆盖区边缘起呼，两小区天线水平半功率角均为65°，但天线夹角大于理论值120°，起呼时MSRxlev随位移电平快速衰落，此时MS已不可能发生重选或切换，RxQual 7级后信令无法进行，最终触发未接通事件。对问题小区天馈进行调整，如表2所示，使其满足同站2小区天馈夹角小于120°，复测后问题恢复。

以短呼的方式验证高速同站各小区夹角的覆盖情况效果显著，能够发现由于同站天线型号不合理，天线角度设置不合理导致的问题。

1.3 扫频测试优化不合理覆盖小区

扫频是通过专门的设备对高速各频率进行扫描测试，以最根本最单纯的到达覆盖区域各频率信号强度为依据，评估高速的覆盖情况，在确保满足高速覆盖信号强度要求的同时能够及时发现弱覆盖、越区覆盖、背向覆盖、插花覆盖等问题路段并给予调整。

2013年对保定各高速进行了两轮的扫频测试调整，发现了一系列覆盖问题并进行相应调整。

1.3.1 越区小区调整

越区小区核心算法：预估覆盖半径大于2 500 m，越区覆盖场强门限大于-72 dBm，越区小区点比例大于30%，越区采样点个数大于20个，识别为越区覆盖例：在高速扫频过程中扫频仪接收到涞水刘皇甫（共享电信）2小区的信号，电平强度均值-53.51 dBm，越区采样点与小区间距离在2 500 m以上，连续覆盖路段1 174.35 m，小区路测点92个，过覆盖且最强信号点数18个，过覆盖比例32.61%，判别为越区覆盖。

1.3.2 背向覆盖小区调整

背向覆盖核心算法：背后覆盖角度大于300°，场强门限大于-75 dB，背向覆盖点多大于20个，背向覆盖点个数比例大于30%，判别为背向覆盖场景， 在高速扫频测试过程中扫频仪接收到容城小区的信号，小区路测点总数89，背向覆盖点数28，平均电平-60.59 dBm，连续覆盖路段长度1210.23 m，与该小区60°方向角不符合，判别为背向覆盖。

1.3.3 插花覆盖小区调整

插花覆盖描述：当存在连续5个及以上的点是由同一小区A进行覆盖，中间又出现其它小区（B、C、D等）覆盖，然后又出现连续X个及以上的点由A小区进行覆盖，此时我们认为中间（B、C、D等）小区的覆盖属于插花现象，应该通过天馈和参数的优化，将（B、C、D等）小区移出高速覆盖范围。如图4所示。

以上4个小区信号交叉覆盖，覆盖比较混乱，主覆盖小区不明显，不符合高速覆盖尽量扩大单个小区覆盖范围的原则，需对非高速主服小区作出调整进行限制。

对高速进行扫频，发现了多处越区、背向、插花问题覆盖区域，结合扫频数据对发现问题点进行了及时整改，11月再次进行了扫频验证，上述问题点得到有效控制。

借助扫频手段可以有效的理顺高速小区覆盖的合理性，建立准确、恰当的重选、切换序列，对规范公网高速覆盖起到了积极作用。

2 高速话音质量提升

图4 插花覆盖示意图

影响高速话音质量因素有多种大体包含以下几个方面：弱覆盖质差、话音编码方式设置主要是半速率影响较大、系统内同频干扰、系统外干扰、切换次数、主服小区硬件隐性故障、道路沿线直放站、室分泄露等。

此次高速质量提升调整的同时注重全程成功率的考核要求，主要从频率调整，主服高质差小区整治，室分、直放站外泄信号处理3个方面展开。

2.1 高速频率调整

FDMA系统是以频率为基础的通信系统，由于GSM规范的限制，双工上下行频带带宽固定，频率的短缺成为系统发展的首要制约因素。

频率复用作为一个双刃剑，一方面很大程度上决定了频分移动通信系统的容量，另一方面如果使用不当极易产生系统内的同、邻频干扰，影响网络的通话质量。GSM规范对系统内同、邻频干扰界限有着明确的定义，同频干扰工程值为不小于12 dB，邻频干扰工程值为不小于-6 dB。

高速公网主服小区必须避免同频，一旦同频不仅影响通话质量，而且会造成掉话、未接通、切换失败等一系列事件，以扫频为依托，对高速现网频率配置进行梳理，整改不合理配置同频小区，提升话音质量同时降低测试事件发生概率，扫频仪设定如下：同频干扰保护比大于12 dB，干扰点数门限大于5个。

对保定高速扫频共发现多处存在同频干扰地点，依据扫频数据对同频站点频率进行了整改，更加有效的规范了高速小区的频率配置。

2.2 高速主服小区高质差小区处理

当前网络定义高质差小区标准为0～5级话质占比低于95%，高速高质差小区调整以网管后台指标与前台测试相结合，对影响较大站点进行集中处理，提高质量的同时提升高速测试指标，示例如下。

在测试过程，发现在占用BDZ6446_1小区时在覆盖较好的情况下主被叫7级质差产生掉话，后台提取网管指标发现此小区0～5级话质占比为93%，对此小区进行直放站排查、频率修改后质差现象无改善，对此小区进行三阶互调测试，发现天线1个接线端口老化，是质差造成的主要原因，对问题天线进行更换后复测恢复。

通过三阶互调设备的引入，能够有效的分析、处理系统内产生的干扰、质差，有助于高速质差小区疑难问题的定位、解决。

运用上述手段对高速主服小区进行高质差小区专项处理，重点排查处理问题站点32处，提升了通信质量。

2.3 高速沿线直放站、室分泄露排查

公网覆盖的高速干线途经城市边缘，平原、山区村庄，作为覆盖补充手段的室分、直放站如果分布在高速干线四周将不可避免的被错误占用，此类设备一旦占用将极大的影响测试指标及话音质量，需着重处理。

经测试排查高速周边存在室分、直放站站点，在测试过程中被占用后均产生了掉话、未接通事件，手动CQT测试占用上述站点的泄露信号时话质较差，明显影响通话感知，对涉及站点进行整改，将无线设备全部替换为光纤数字拉远设备，对室分设备进行功率调整，控制室分泄露情况，经复测问题恢复。

如表3所示，通过同频的整改、高质差小区的处理、问题直放站、室分的控制，公网覆盖下的高速小区语音通话质量得到了提升。

表3 高速沿线直放站室分统计情况

3 高速邻区调整

由于当前高速干线主要由公网小区进行覆盖，邻区配置也是尊重公网需求进行设置，为照顾公网小区覆盖下的村庄、城市通信需求，邻区设置数量较多，各相邻小区间切换参数设置杂乱，无统一规则，切换判决相应缓慢，然而高速移动中通信无线信号衰落较快，容易导致频繁的重选及切换，需要邻区参数设置以快速响应为原则，这与公网邻区参数配置互相矛盾，高速虚专网理念是在现有的覆盖基础上，通过对相关邻区、接入参数、切换参数的调整，设置专门的重选链、切换链使用户在高速移动过程中能够驻留固定的小区，通话过程中能够切换至期望小区，避免频繁重选、切换，以提高通信质量。

3.1 高速一、二层邻区设置调整

对高速干线邻区进行梳理，一层邻区以首要重选、切换序列为准，二层邻区为补充覆盖小区，结合实际测试情况及话统切换测量，对切换次数低于10次，且在干线覆盖之外的邻区进行删除，使移动台可以更快地同步邻区BCCH，更加准确地获得邻区电平值，对部分距离较远的补充覆盖二层邻区设置为单向邻区（只允许切入主服小区），避免主服小区切换到此类二层邻区后由于外部原因导致的混乱切换。

3.2 高速中兴设备邻区切换参数设置调整

中兴切换分为预处理、测量、平均、判决、筛选、排序、执行7个部分，高速切换调整以加快切换速度为原则，避免由于高速移动引起的切换不及时导致测试事件生成。理论上一次切换完成周期大概为12 s，其中BSIC解码5 s，切换执行3 s均无法改变，能够调整的就是切换中测量、平均、判决这一过程的耗时。通过改变切换窗口，N/P值设置减少切换判决时间，提升切换速度。由此制定高速参数调整原则，如表4所示。

通过以上参数设定，切换判决时长可由之前的约4.32 s减少至约1.92 s，整体切换周期降至约10 s。

3.3 高速邻区同频排查

测试手机在接收某小区A（这个小区可以是服务小区或者相邻小区）的BCCH后，进行BSIC解码，解出后将记录在手机上，这个信息一直将保持到在邻区或主服务小区内不再出现这个BCCH后释放，如果在BSIC仍旧保持记忆的过程中，检测到其它小区的相同BCCH，在解出正确BSIC前，将直接采用先前的BSIC，在30s内如果解出的BSIC数值和先前的不一致，则更新BSIC。这导致了在未解出正确BSIC前，会因为BSIC记忆效应导致对应小区错误，进而引起切换和重选过程的错误，导致质量恶化。

表4 高速主服小区切换参数调整

邻区同频调整是为避免重选、切换过程中由于BISC记忆效应占用错误的邻区，与话音质量中同频排查是不同的，二者的区别在于，邻区同频有可能距离主服基站较远符合频率复用规划原则，话音质量同频均是分布在主服基站1 km范围内，不符合频率复用规划原则。

高速移动由于BISC记忆效应造成的切换失败，示例如下。

MS由北向南行驶，切换占用BDZ8766_2出现连续质差，切换多次失败。BDZ8766_2为工程新开站，核查此路段BDZ8766_1小区72号频点与BDZ4728_0 72频点同频，二者均为BDZ8766_2小区邻区，BDZ8766_2在高速上收到BDZ4728_0频点信号后，误解码为同站B小区，导致了多次切换失败，频率更改后恢复。

为消除BSIC记忆效应，高速每个主服小区的邻区不允许存在同BCCH站点。对5条高速同BCCH邻区进行核查并整改，共调整78个同频邻区频点。

4 总结

保定主要高速经过上述调整全程成功率由97.07%稳步提升至99.01，提升近2个百分点，话音质量稳定在98%之上，效果比较明显。

公网高速干线的提升过程中要注重从基础做起，注重整体思路的制定，建立完备的数据库资料，积极运用新技术，新的测试设备，丰富调整分析手段，克服外部环境的不利影响。同时在公网覆盖下高速干线全程成功率、话音质量的提升是相辅相成的，不能单纯的从任一角度出发做单一的调整，覆盖影响质量，质量影响全程成功率，全程成功率的提升必然会带动话音质量相应的变优，话音质量的提升，也会促进全程成功率的提高。通过多手段联合调整，相辅相成，各种调整达到最好，能够在满足农村、城市覆盖需求下，公网覆盖的高速干线通信质量也得到最大提升。

[1]张威. GSM网络优化[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.

[2]田桂宾，许勇，石朗昱. 高铁无线网络特殊场景覆盖解决方案[J]. 电信工程技术与标准化. 2011(7).