影响LTE—R系统网络覆盖的原因分析及处理措施

2017-04-27杨惠新

电子技术与软件工程 2016年15期

杨惠新

摘要随着4G无线技术的普及，无线宽带化已经成为企业技术进步的必然趋势。4G宽带无线系统采用了LTE、智能天线、空间零缺陷等先进的无线通信技术，支持终端的快速移动，能够提供语音、数据、视频等多种业务接入，具有覆盖广、容量大、高速移动、易于扩容等特点，迅速得到了社会的广泛应用。文章对朔黄铁路原平分公司LTE-R运行开通以来，影响网络覆盖的原因进行了分析、探讨，同时对网络优化的意义、目的及网络优化的方式进行总结。结论对提高维护LTE网络安全及故障处理具有一定的借鉴价值。

【关键词】LTE-R系统网络覆盖原因分析处理措施

为满足2万吨列车应用业务的需求，新型宽带移动通信系统（LTE-R）于2014年9月份在朔黄铁路公司顺利开通。如何保障LTE-R系统网络覆盖安全，给专业维护人员提出了更高的要求，要达到这一目的，就必须不间断的对网络进行优化，统计整理原平分公司管内LTE-R系统开通运行以来网络优化的数据，并进行分析、探讨，提出相应的解决措施，对于后期故障处理，提高网络的运行安全具有重要意义。

1 原平分公司管段内LTE-R网络覆盖情况分析

原平分公司管段内LTE-R网络覆盖情况复杂，无线网络运维难度大，其主要表现在如下方面：

（1）无线场景复杂，既有平原场景覆盖（四角落地塔搭配板状天线覆盖）也有隧道场景覆盖（隧道内漏缆覆盖、隧道口尾巴天线覆盖等）。

（2）地形多山区、丘陵，对无线信号阻挡严重，在实际网络覆盖优化时既需要保证良好的信号覆盖，又需要考虑强信号越区导致的网内干扰，影响网络质量。

（3）隧道众多，绝大部分采用漏缆方式覆盖，漏缆维护工作量大。尤其需重点防范高驻波比问题、浸水漏水问题造成的信号衰减。

（4）神池等地属多风地区且风力大，四角落地塔天线、隧道口尾巴天线易受外力影响导致方位角、下倾角的变化，影响网络信号覆盖，易多发越区覆盖、弱覆盖等问题。

2 网络优化的意义及目的

（1）网络优化的意义：LTE-R系统承载了列控、机车调度及语音通话等重要业务，尤其是无线侧作为业务应用的基础通道，其优质运行是LTE-R系统业务高效承载的重要保证。网络优化作为LTE-R系统重要的运维保障措施，意义重大。

（2）网络优化的目的：保证无线网络覆盖良好，通过测试获取第一手网络运行数据；

（3）排查处理网络覆盖问题（覆盖空洞、过覆盖等），及时发现网络覆盖波动，处理潜在风险点。

（4）保证重点业务运行正常。

3 网络优化的主要工作模式

网络优化的主要工作模式主要有以下几点：

（1）建立轨道车（添乘）测试系统，充分模拟机车运行业务应用，按周期进行无线网络测试；

（2）测试数据分析，发现无线网络存在的问题点或潜在风险点；

（3）针对问题点或潜在风险点进行整改调整。

4 网络优化主要运行指标

4.1 LTE无线覆盖质量

LTE无线场强覆盖指标用车载终端全向接收天线接收到的最小下行参考信号的功率RSRP（dBm）来描述，具体指标参照表1，并满足设计要求。

4.2 LTE无线重联业务网络服务质量

如表2所示。

4.3 LTE 网络切换质量

如表3所示。

5 原平分公司管段内LTE-R网络覆盖的场景优化分析及探讨

原平分公司管段内无线网络覆盖场景复杂，主要包括平原场景覆盖和隧道内场景覆盖。因此我们需要针对不同的场景进行网络覆盖的原因分析及探讨。

5.1 平原场景优化

5.1.1 场景说明及优化目标

平原场景地势平坦，无遮挡，无线传播类似于自由空间传播，站点间距相对较远，但基站天线方位角、下倾角如果设置不当，会造成过远覆盖、越区等问题，导致网内干扰，引起切换失败、接入失败等网络问题，网络优化可主要通过调整天线的方位角、下倾角等问题来对基站的覆盖效果进行控制，辅助调整切换参数，达到最优覆盖的效果。

基本概念：

方位角和下倾角是描述移动通信网络中天线方位的两个参数。在移动通信系统的网络优化过程中，方位角和下倾角的调整是非常重要的两种方法。

方位角可以理解为正北方向的平面顺时针旋转到和天线所在平面重合所经历的角度。在实际的天线放置中，方位角通常有0度，120度和240度。分别对应于A小区、B小区、C小区。

为使波束指向朝向地面，需要天线下倾。一般天线有两种下倾：机械下倾和电下倾。机械下倾是利用天线系统的硬件结构调整安装螺母使天线不再垂直安装，而是下倾指向地面。这种天线在调试下倾角时必须注意，因为这会干扰小区覆盖形状并且可能发生无法预计的反射；另一种电下倾是利用相控阵天线原理，采用赋形波束技术，调整天线各单元的相位，使综合后的天线波形近似于余割平方函数而产生下倾的效果。这种天线的安装是垂直的、但天线的波束是指向地面的。在现场使用中，这两种天线都有，有些还是机械加电子下倾，所以一定要辨明天线型号，区别对待。

5.2 越区覆盖问题分析及优化手段

由于基站天线俯仰角设置过小引起的該小区覆盖距离过远，从而越区覆盖到其他站点覆盖的区域，造成在该区域手机接收到非主覆盖小区信号，导致网络内干扰。

调整措施：一般通过调整天线下倾角来解决越区覆盖问题。

案例：

优化前：如下图所示红圈区域，主要为PCI=104、PCI=105小区主覆盖范围，由于PCI=106小区天线下倾角设置不合理，导致在该区域其信号较强，UE可占用PCI=106小区信号。如图1所示。

调整手段：PCI=106小区神池方向下倾角下压2度。

优化后：复测问题区域未出现覆盖异常。如图2所示。

5.3 重叠覆盖问题分析及优化手段

在某一连续覆盖区域内，存在多个小区，最少2个的共同覆盖，并且多个小区的覆盖电平相当，电平差小于6dB，这样的区域即为重叠覆盖区域，重叠覆盖区域内通常SINR较差。

调整措施：一般通过调整天线方位角、下倾角，提升主覆盖小区信号，控制非主覆盖小区信号，解决重叠覆盖的问题。

案例：

优化前：在PCI=56与PCI=57的切换带区域，两个小区信号都比较强且信号隔离小于6dbm。如图3所示。

调整手段：PCI=56小区黄骅港方向下倾角下压2度

优化后：复测问题区域PCI=57小区主覆盖且与PCI=56小区RSRP隔离8dbm。如图4所示。

5.4 频繁切换问题分析及优化手段

频繁切换多指在某一特定区域内，当终端进行移动时发生主用小区的频繁更换，即在某两个小区反复多次切换。造成区域内SINR下降，影响网络性能。通过调整网络覆盖或者切换参数来达到对切换的控制。其中通过网络覆盖的方式对其控制，方式手段可参考越区覆盖、重叠覆盖问题的处理。此处我们重点分析通过切换参数调整的方式进行控制。

同频切换A3事件的触发机制说明：

同频切换通过事件A3触发，且事件上报方式采用事件转周期的上报方式。

事件A3的触发，即邻区质量高于服務小区一定偏置值。参照3GPP协议36.331（2011年3月发布的R10版本第5.5.4.4章节）规定事件A3的判决公式。

触发条件：

Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off；

取消条件：

Mn+Ofn+Ocn+Hys

公式中的变量有如下定义：

Mn是邻区测量结果。

Ofn是邻区频率的特定频率偏置，由参数QoffsetFreq决定，此参数在测量控制消息的测量对象中下发。

Ocn是邻区的特定小区偏置，由参数CellIndividualOffset决定。当该值不为零，此参数在测量控制消息中下发；否则当该值为零时不下发，公式计算时默认取值为0。eNodeB将根据小区负载情况临时修改邻区与服务小区的CIO，触发基于负载的同频切换。

Ms是服务小区的测量结果。

Ofs是服务小区的特定频率偏置，由参数QoffsetFreq决定，此参数在测量控制消息的测量对象中下发。

Ocs是服务小区的特定小区偏置，由参数CellSpecificOffset决定。此参数在测量控制消息中下发。

Hys是事件A3迟滞参数，由参数IntraFreqHoA3Hyst决定，在测量控制消息中下发。

Off是事件A3偏置参数，由参数IntraFreqHoA3Offset决定。该参数针对事件A3设置，用于调节切换的难易程度，该值与测量值相加用于事件触发和取消的评估。此参数在测量控制消息的测量对象中下发，可取正值或负值，当取正值时，此时增加事件触发的难度，延缓切换；当取负值时，此时降低事件触发的难度，提前进行切换。

用于事件A3评估判决的Mn和Ms测量量类型，由参数IntraFreqHoA3TrigQuan决定，该值由3GPP协议36.331规定在测量控制中的报告配置中给出，可选类型为RSRP或RSRQ。如图5所示。

主要参数调整说明：

IntraFreqHoA3Hyst：同频切换幅度迟滞，该参数表示同频切换测量事件的迟滞，可减少由于无线信号波动导致的同频切换事件的触发次数，降低乒乓切换以及误判，该值越大越容易防止乒乓和误判。增大迟滞Hys，将增加A3事件触发的难度，延缓切换，影响用户感受；减小该值，将使得A3事件更容易被触发，容易导致误判和乒乓切换。

IntraFreqHoA3Offset：同频切换偏置，该参数表示同频切换中邻区质量高于服务小区的偏置值。该值越大，表示需要目标小区有更好的服务质量才会发起切换。若为正，将增加A3事件触发的难度，延缓切换；若为负，则降低A3事件触发的难度，提前进行切换。

IntraFreqHoA3TimeToTrig：同频切换时间迟滞，该参数表示同频切换测量事件的时间迟滞。

当同频切换事件满足触发条件时并不能立即上报，而是当该事件在时间迟滞内，一直满足上报条件，才触发上报该事件测量报告。该参数可以减少偶然性触发的事件上报，并降低平均切换次数和误切换次数，防止不必要切换的发生。延迟触发时间的设置可以有效减少平均切换次数和误切换次数，防止不必要切换的发生。延迟触发时间越大，平均切换次数越小，但延迟触发时间的增大会增加掉话的风险。

案例：

优化前：PCI=40和PCI=41，PCI=240和PCI=241之间频繁切换。如图6所示。

调整手段：将PCI=40/240的切换磁滞offset调整到4，TTT调整到640ms， PCI=41/241的切换磁滞offset调整到4，TTT调整到640ms。

优化后：复测未出现频繁切换的情况，如图7所示。

5.5 隧道场景优化

5.5.1 场景说明及优化目标

隧道覆盖一般采用隧道内架设泄漏电缆，在隧道口加装尾巴天线的方式覆盖，达到隧道内外连续覆盖，因此泄漏电缆的施工质量、运行维护质量决定了隧道内覆盖质量，尾巴天线的合理安装，如高度、方位角、下倾角等，决定了隧道外覆盖效果及覆盖接续效果。

泄漏电缆是一种专门用于泄漏通信的高频电缆，电缆外导体不是全屏蔽的，开有泄漏槽或疏编织，因此在泄漏电缆内部传输的一部分信号就通过泄漏槽或稀疏编织的孔泄漏到电缆附近外部空间，提供给移动的接收机，达到将无线电信号送入封闭空间的目的；同样，外部移动信号也可以通过泄漏槽或稀松编织的孔穿过电缆外层导体进入泄漏电缆内部，加上必要的设备，可以与基台组成泄漏通信系统，以满足沿泄漏电缆在一定范围内的移动通信。

由此看来，“泄漏同轴电缆通信”就是以同轴电缆作无线电台的天线，用它进行通信，可在一定范围内产生均匀的信号场强，而不受周围环境的影响，通信可靠性高，也不存在通信盲区，接收电平稳定，不容易受到外来信号干扰。

5.5.2 隧道内信号衰落问题分析及优化手段

在施工过程或外界因素导致漏缆连接处异常，造成信号传播中断、驻波比高等，导致隧道内信号不稳定。一般情况下需对特定诱因（驻波比增高、漏缆损坏进水、直流阻断器故障等）进行现场处理。

案例：

优化前：PCI=85/285与PCI=86/286切换前，电平陡降，速率下降；切换后，电平恢复陡升，速率提升。如图8所示。

调整手段：通过现场检测，隧道内漏缆连接处的确存在强驻波，及时进行了现场整改。

优化后：复测电平陡降问题得到解决，速率也恢复正常。如图9所示。

5.5.3 隧道口信號接续异常问题分析及优化手段

隧道口尾巴天线安装位置不合理、方位角不合理或倾角不合理造成信号接续不正常。调整措施一般需通过调整尾巴天线方位角、下倾角来解决弱覆盖问题。

案例：

优化前：PCI=40、240神池方向覆盖弱，如图10所示。

调整手段：经现场勘查，PCI=40、240黄骅港方向天线安装在隧道洞口前方100米处，此处恰为铁路桥的桥头，如图11所示。