高铁4G专网质量提升研究

曾鸣

（湖南中移通信技术工程有限公司，长沙 410003）

高铁4G专网质量提升研究

曾鸣

（湖南中移通信技术工程有限公司，长沙 410003）

高铁专网覆盖是4G信号网覆盖的一个难点；目前高铁专网受限于传统覆盖手段单一，受限于铁路站址建设难度，覆盖质量较公网更差，更不稳定，缺乏行之有效的覆盖手段，本文主要介绍了如何立足现网的基础上提升专网质量，如何通过功能特性研究以及对于不同场景的优化，多维度探索网络性能提升方法，创新的开创有效、实用的专网覆盖手段，解决目前高铁专网覆盖手段瓶颈，突破业界的覆盖难点。

下行预纠偏；4T4R增强覆盖；混合天线增强覆盖

1 引言

中国成为高铁大国，高铁里程占全球60%，已正式步入高铁时代，高铁成为中国人生活的一部分，保障高铁通信需求的重要性不言而喻，然而高铁专网覆盖是4G网覆盖的一个难点；目前高铁专网受限于传统覆盖手段单一，受限于铁路站址建设难度，覆盖质量较公网更差，更不稳定，缺乏行之有效的覆盖手段。

高铁沿线环境复杂，地形复杂，丘陵多、平原少、隧道长、架桥高、里程远，在实际4G网络规划建设中存在以下难点和挑战。

（1）高铁4G与2G共享站点，站间距过大。

（2）VoLTE高清话音/视频对覆盖更高要求。

（3）全国提速，全封闭高速列车带来的高穿透损耗。

（4）超高速度，无线空口频繁切换，多普勒效应。

（5） 公专网用户驻留无法保证，专网资源被额外消耗。

（6）高铁专网与共网间干扰，公专网性能均影响。

（7）高铁密集用户，容量受限。

为解决高铁专网覆盖手段瓶颈，突破业界的覆盖难点，我们在现网的基础上进行专网质量提升研究，通过功能特性研究以及对于不同场景的优化，多维度探索网络性能提升方法。

2 为提升专网质量手段研究

2.1 采用下行预纠偏技术效果研究

背景：高铁列车高速的运动，必然会带来接收端接收信号频率的变化（多普勒效应），且这种多普勒效应是时变的（列车进站、出站、途中调度，其运行时速都会变化），从而导致接收机的解调性能的下降；下行纠偏是由终端自主完成的，因此不同芯片在纠偏性能上存在差异，开启下行预纠偏后在一定程度上弥补了终端纠偏解调能力，提升用户感知。

技术原理：小区合并下，不同扇区的交叠重合区域，UE接收到的两个扇区信号间存在一正一反两较大频偏，影响终端解调，性能下降，基站根据小区上行频偏量，对两相邻扇区下行数据分别进行一定程度的预纠偏，从而减少抱杆间用户的频偏量，进而提升这类用户的下行速率和用户体验。

我们通过沪昆高铁杭长段进行测试，测试结果显示：开启下行纠偏后，在RSRP没有提升的情况下，SINR提升2.47 dB、下载速率提升18.29%，64QAM占比提升7.11%，KPI指标提升明显。

我们通过多次试验证明在列车速度大于120 km/h，非隧道、非急转弯、非交叉口的专网小区应用该项技术，有较为明显的效果。

2.2 采用低速用户迁移技术效果研究

背景：现网持续增长的高铁用户数已经影响了单用户感知，对高铁专网小区进行公专网用户分析，部分高铁专网存在公网用户侵入情况，我们拟通过开启低速用户迁出功能，减少入侵专网公网用户数目，在一定程度上缓解了专网的容量压力。

技术原理：通过频偏判决高低速用户属性，利用高铁用户与非高铁用户收到频偏值不同，将地面用户迁出专网，保证专网容量和体验。

我们通过在武广、沪昆高铁湖南段进行测试，测试结果显示如下。

（1)在试点区域高铁专网全天平均RRC连接用户数下降5.4%，忙时平均下降8.5%，下降最多的小区可达32.5%。

（2)在试点区域全天RRC连接用户数迁出比例5%～20%之间的小区占比43.95%，有效减少公网用户数占用高铁专网资源。

我们在各个场景试验，得出结论在列车速度大于120 km/h，非车站，非低速区域的专网小区应用该项技术，有较为明显的效果。

2.3 采用容量参数调整等技术手段效果研究

背景：高铁用户的快速增长，使小区用户出现拥塞，通过调整系统的容量参数，增加小区用户容量。

技术原理：通过调整UE不活动定时器、信令数量、异常UE停止调度算法开关和PDCCH资源容量参数，提高单小区用户容量。

通过调整UE不活动定时器、 T302定时器、异常UE停止调度算法开关、CCE初始占比，容量参数调整方案如表1所示，降低对空口资源的消耗，缓解容量压力；为验证效果，我们选取武广长沙段共计10个小区，涉及线路长度31 km进行验证。

表1 容量参数调整方案

测试结果显示如下。

第1阶段优化效果：300-400小区占比由29.41%降低至19.41%，超400小区占比由8.24%降低至3.53%；第2阶段优化效果：300-400小区占比降低至3.74%，超400小区占降低至0%。

我们通过分析试验结果得出结论：小区RRC连接数目过大引起扩容需求，可以优先考虑修改容量参数的方法提升容量；对不同RRC连接用户数的小区，UE不活动定时器设置可以考虑不同配置，300个RRC连接用户以下的小区可设置为10 s，300～400个RRC连接用户的小区可设置8 s，400个RRC连接用户以上的小区可设置为5 s。

2.4 在平原弱覆盖采用4T4R技术手段效果

背景：在地势相对开阔平坦，专网基站与轨道均可视通，但部分站点由于共址原G网站点或因协调原因未在最佳位置建设开通基站，造成站间距偏远，形成弱覆盖的场景区域；通过天馈优化等手段效果不理想，而传统新建站补盲解决方案一方面难以落地，另一方面站间距过密导致成本增加，投资效益降低；我们拟通过采用4T4R的方式提升覆盖质量，减少站点建设需求。

技术原理：通过增加RRU和天线增强接收增益和发射功率，提升覆盖。

为科学合理的确定4T4R的应用原则，我们通过在武广高铁选取3个典型场景进行试验验证，结果证明：

站间距在1 000 m左右，弱覆盖问题能有效缓解。

站间距大于1 100 m的，弱覆盖解决效果不理想。

根据大量的试验数据，我们分析得出4T4R增强进行专网弱覆盖补盲在满足以下条件的高铁场景基本能达到预期效果：

(1)地势平坦、天面视通。

(2)站间距在1 km左右。

(3)弱覆盖距离300 m左右。

对于站间距较大的仍然需要补站。

2.5 在专网轨道交叉场景混合天线技术增强覆盖效果研究

背景：某些高铁交叉区域，比如湖南长沙武广高铁和长昆高铁轨道交叉路段铁轨数多达8条，东、西横跨最宽达400 m，高低落差25 m左右，且铁轨由西往东呈阶梯状地交叉分布，现场无线环境复杂，存在不同程度的弱覆盖；如图1所示高铁轨道交叉场景图，从前期的测试数据来看，该区域优化调整存在捉襟见肘的情况；通过各种天馈优化手段调整后整体覆盖效果仍不理想。

图1 高铁轨道交叉场景图

技术原理：通过单站址安装多面天线，高增益天线替换为高增益宽频天线，如图2所示混合天线实施方案图。

图2 混合天线实施方案图

方案应用如图3所示2016年6月测试信号图，应用后如图4所示2016年11月测试信号图。

图3 2016年6月测试信号图

根据多次试验结果，我们分析得出结论，混合天线覆盖轨道交叉场景达到预期效果，对于多条高铁线路交汇的交通枢纽场景，不宜简单采用单纯线状布网，而需要依据具体场景统一进行网络整体优化及布局，同时应关注以下因素。

（1)对于宽度跨度大，多条轨道并行场景，应选用不同增益、不同波瓣宽度的天线进行规划。

图4 2016年11月测试信号图

（2)对于高差较大的立体轨道区域，应综合考虑不同挂高、不同方向角针对覆盖。

（3）对于较大区域的交叉轨道，基站布局不宜一律采用标准站间距，应整体区域考虑片状布局。

3 结束语

高铁由于场景的特殊性、成为移动信号覆盖的一个难点，专网质量受限于复杂的地理环境，受限于站址建设协调困难，因此很难用一、两种简单的手段来获得明显的提升。本文通过对高铁专网建设面临的实际困难，对专网质量提升创新措施的技术原理、适应场景、应用效果、推广应用建议做了分析，通过对于不同场景，多维度的探索，形成了一系列高铁专网网络性能提升方法。

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Method for improving quality of 4G communication signal in high speed railway

ZENG Ming
(Hu'nan Zhong Yi Communications Technology Engineering Co., Ltd., Changsha 410003, China)

High speed rail communication network coverage is 4G communication network covering diff i cult scene, the current base station of high speed railway communication network is very difficult to complete, communication network coverage quality is worse than city communication network quality, more unstable, high-speed communication network covering lack of effective means of good, this paper mainly introduces how to improve the network quality based on the existing network, how to through the study of characteristics and optimization for different scenarios, multi-dimensional exploration methods to improve network performance, break through the current high-speed railway network coverage method of bottleneck.

downlink pre correction; 4T4R enhanced coverage; hybrid antenna coverage enhancement

TN929.5

A

1008-5599（2017）06-0089-04

2017-02-08