高速铁路LTE组网浅析
2016-08-11邵松青陈尚京
邵松青 陈尚京
（长讯通信服务有限公司）
高速铁路LTE组网浅析
邵松青 陈尚京
（长讯通信服务有限公司）
高铁在我国内以及全网范围内迅速发展，伴随着高端人群大规模、长时间乘坐高铁频繁流动的情况以及铁路本身信息化建设的需求，LTE系统凭借带宽大、时延短的特性，为高铁带宽通信提供了最佳的技术手段。由于多普勒效应的影响，对高速铁路的无线组网及参数配置提出了更高要求。
组网；多普勒效应
1 高铁场景特征及组网分析
高铁不同于常规的室内和室外通信场景，高铁场景存在列车运行速度快、列车车体穿透损耗大、站台客流大、站点部署困难的高架桥和较长的隧道等复杂的通信环境，多样性通信环境给LTE优化带来的挑战主要有：
图1
1.1 车体穿透损耗大
高速列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗，高达24dB的穿透损耗对基站和终端的发射功率和接收灵敏度提出了更高的要求。
1.2 多普勒频偏
高速覆盖场景对LTE系统性能影响最大的是多普勒效应。接收到的信号的波长因为信号源和接收机的相对运动而产生变化，称作多普勒效应。特别是高速场景下，多普勒频移导致无线链路性能恶化，验证影响基站和终端的解调。
1.3 频繁的切换和重选
高速场景下，高速移动的终端频繁的切换会对系统的性能产生较大的影响，因此必须解决在高铁通信建设中的小区切换问题。最基本的要求就是用户通过切换区域的时间要大于切换的处理时间，否则切换流程无法完成，会造成用户的QoS下降甚至掉话，影响用户的正常使用。
2 高铁专网基站部署原则
2.1 高速铁路覆盖
站点交错部署在铁路两侧，有利与信号的均匀分布，同时可以改善切换区域覆盖；为减小多普勒频移的影响以及避免“塔下黑”问题，站点离铁路垂直距离建议在100～200m；站点选择考虑利旧原则；尽量部署在铁路的内拐弯；站高建议大于30～40m，可提升基站的覆盖距离。采用智能天线技术和选用高增益天线。
2.2 车站覆盖
车站是人员密集的环境，话务量大，包括2G/3G，WiFi多制式网络，切换频繁，由于车厢的屏蔽左右，车厢内外信号差别达20dB以上。车厢内的不同制式的微小区与站点的宏小区设置双向邻区关系，保证切换成功，LTE网络覆盖车站，保证用户上车后继续进行相关业务。铁路沿线所有车站小区ID设置一致，所有车厢内微小区ID设置一致。
2.3 隧道高速覆盖
隧道中需要RRU拉远的解决覆盖；隧道内信号和隧道外同属一个小区，减少切换带；隧道出口的高速切换带需要仔细规划；隧道外基站安装维护方便。由于隧道内部狭长并且可能有弯道，信号入射角度小，信号不均匀，局部信号衰落快。通常无线信号基本上是沿着直线传播的，很容易被遮挡形成阴影，反射信号也很快被吸收，因此建议采用泄露电缆的覆盖方案。
2.4 长隧道泄漏电缆覆盖布放
由于隧道内部狭长并且可能有弯道，信号入射角度小，信号不均匀，局部信号衰落快。通常无线信号基本上是沿着直线传播的，很容易被遮挡形成阴影，反射信号也很快被吸收，因此建议采用泄露电缆的覆盖方案：基于单通道小区的长隧道泄露电缆覆盖和基于双通道小区的长隧道泄露电缆覆盖。
3 LTE高铁专网优化
针对高铁覆盖所面临的损耗、大频偏、频繁切换等问题，提出了一系列LTE高铁优化建议。
3.1 单小区多RRU级联技术
从LTE高铁覆盖特点来看，为保证小区间可靠切换，需增加小区的覆盖范围，减少小区切换次数。建议单小区多RRU级联方案，设备体积小、重量轻，功耗低，环境适应能力强，应用BBU+RRU技术，可以将多个RRU组网，利用基带合并技术组合到一个小区内。当属于同一逻辑小区的多个RRU覆盖区域部分重叠连环相连之后，构成一个狭长地带的高信号强度的适合铁路沿线的小区覆盖方案，有利于增加覆盖信号强度。
3.2 公网与专网组网选择
公网和专网的切换原则：要重点考虑公网和专网的切换原则和对应关系，保证公网用户顺利切入高铁专网，并保证离开站台时，避免发生乒乓位置更新。高铁覆盖专网专用，在站点和候车室设置专网与公网过渡的隔离，相互设置邻区，同时列车进行中专网小区和公网小区不设置为邻区，用户不允许切换到公网，公网用户也不能占用专网资源。
表1
3.3 优化系统参数保障切换和重选
图2
3.3.1 区间的切换区域划分
切换过渡区：指两个小区间切换迟滞的1dB的物理过渡区域。切换测量区：指切换的测量上报区域。切换执行区：从物理信道重配指令下发到完成的区域（如图3）。
图3
3.3.2 切换、重选参数优化
切换：TimeToTriger=320ms，Hyst=2dB；重选：Threselection，Qhys。
表2
3.4 专网入口优化
3.4.1 车站
车站专网入口设置是高铁优化重要的一环，必须保证用户车站上车顺利进入专网策略：根据车站的大小，制定差异化的专网入口方案。
（1）大型车站
特点：候车室有多个4G室分小区，部分室分小区与高铁专网覆盖不能正常衔接。
方案：站台设置4G过渡小区，上车的用户从候车室先进入过渡小区，再进入高铁4G专网。
（2）小型车站
特点：候车室仅1～2个室分小区，且均可以与高铁专网正常衔接。
方案：候车室室分直接与高铁专网添加邻区，上车的用户从室分直接进入专网。
3.4.2 后备入口
高铁用户不可避免的会因为偶发原因掉出专网，设置后备入口可以使用户再返回专网，保障后续通信感知：
（1）后备入口位置：一般挑选在高铁沿线4G用户较少的地市边界，减少入口对非高铁用户的影响。
（2）公网小区挑选：通过扫频数据尽量选取在高铁上测量到的电平较强，且能稳定占用3～4s的公网小区。
（3）公网至专网重选/切换策略
邻区：公网小区添加至专网小区单向邻区；重选：专网重选优先级高于公网；
切换：采用A2+A4算法，更易向专网切换。
3.5 高铁组网注意事项
（1）小区级规划：同小区内RRU覆盖距离，不同小区RRU重叠覆盖距离；单小区覆盖距离计算。RRU铁塔选择距离铁路直线距离在200m以内为宜，天线挂高可在35～45m。根据RRU铁塔与铁路的垂直距离长短，应采用高增益天线。站台小区采用小增益八木天线或者吸顶天线。
（2）覆盖规划：针对不同覆盖场景定制传播模型。做好重叠切换区域规划。做好公网与专网交叠覆盖覆盖。根据不同长度隧道选择不同的覆盖方案，短距离隧道采用隧道外天线直接覆盖方式，中距离隧道采用隧道内RRU+功分器+泄缆方式覆盖，长距离隧道采用隧道外RRU+功分器+泄缆方式覆盖。
3.6 优化案例
首要原则参数优化：空闲态易出4G专网分析。
在测试优化过程中，我们发现4G终端在空闲态易出专网，借助测试软件，定位80%出专网为终端重选失败触发小区搜网，具体流程如图4。
图4
重选发生时目标小区电平较服务小区高10dB以上，即重选滞后较严重，需要优化参数加快重选，调整后空闲态出专网次数下降50%（如表3）。
表3
4 小结
高铁对LTE组网覆盖有其自身的特点，在实际建设中需充分考虑高铁组网下的覆盖、切换等性能，通过高增益、载波瓣天线、大功率双通道RRU的配合，通过合理的站点规划、组网规划、设备选型，并结合高铁特有的优化方法和参数设置，通过多种手段达到高铁场景下LTE组网的最佳性能。
陈尚京，就职于长讯通信服务有限公司网优中心，主要从事LTE无线网络优化工作。
TN929.5
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1004-7344（2016）10-0274-02
2016-3-20
邵松青（1982-），男，中级工程师，2007年毕业于上海海事大学，硕士学位，现就职于长讯通信服务有限公司网优中心，主要从事LTE无线网络优化研究工作。
