TD-LTE高铁F20+10扩容规划分析

黄凯　郭建光

摘要：高铁覆盖作为TD-LTE网络覆盖的重要场景，是4G网络的重要形象体现。现阶段全国共计开通、在建、规划高铁线路80多条，其中“四横四纵”30多条，总里程数达到3万多公里。伴随着高铁事业的蓬勃发展，高铁的4G网络覆盖已从“无到有”的需求，逐步过渡到“有且精”的阶段。不仅要考虑高铁的VoLTE语音质量，伴随着4G网络用户高价值使用行为的建立，以及VoLTE用户的高清语音承载，需要重点考虑高铁的容量覆盖规划。

关键词：TD-LTE 高铁 F20+10 扩容

作者简介：黄凯（1981-），男，北京邮电大学硕士学位，中级工程师，研究方向：TD-LTE/LTE FDD/NB-IoT网络规划及优化，以及移动通信工程全过程造价咨询。

作者简介：郭建光（1984），男，北京邮电大学硕士学位，研究方向：TD-LTE/LTE FDD/NB-IoT网络规划及优化，目前主要研究5G方向。

2 高铁TD-LTE覆盖概述

高铁覆盖作为TD-LTE网络覆盖的重要场景，是4G网络的重要形象体现。现阶段全国共计开通、在建、规划高铁線路80多条，其中“四横四纵”30多条，总里程数达到3万多公里。伴随着高铁事业的蓬勃发展，高铁的4G网络覆盖已从“无到有”的需求，逐步过渡到“有且精”的阶段。不仅要考虑高铁的VoLTE语音质量，伴随着4G网络用户高价值使用行为的建立，以及VoLTE用户的高清语音承载，需要重点考虑高铁的容量覆盖规划[1]。

F频段（1880-1920MHz）相较于D频段（2575-2635MHz）频段有着路损小，覆盖广的有点，更适合于高铁的高穿损覆盖场景。本文主要从容量承载以及建设方面对F频段扩容方案进行规划分析。

F频段20M+10M组网是指使用F频段前20M（1885-1905）和后10M（1905-1915）的两个频点进行组网，具体频段信息如下：

F频段20M+10M组网可以实现两个频点共覆盖，通过总共30M带宽的容量来应对高铁用户规模发展后的容量不足的问题。

2 VoLTE承载用户理论计算

2.1 标清（12.2k，语音包间隔20ms）

在TD-LTE网络带宽为20MHz，子帧配比为3：1，特殊时隙配比为9：3：2的场景下，VoLTE承载容量受限的信道主要有PDCCH、PDSCH、PHICH、PUCCH、PUSCH，但主要受限信道为PUSCH信道：12.2k标清理论用户数受限于上行PUSCH，最大用户数为180。

2.2 高清（23.85k，语音包间隔20ms）

在TD-LTE网络带宽为20MHz，子帧配比为3：1，特殊时隙配比为9：3：2的场景下，下行采用MCS28，1RB对应的块为712，MIMO空分复用后对应1424bit，1个23.85k 高清用户仍需1个RB，20ms最大用户数400X4=1600（PBCH块暂忽略不计）;

上行采用最高MCS为24，对应1RB的数据块为520bit，1个高清仍需要2个RB，则20ms对应用户数为90/2X4=180个。

小结：23.85k 高清理论用户数受限于上行PUSCH，最大用户数为180。

2.3 总结

12.2k标清理论用户数受限于上行PUSCH，最大用户数为180，23.85k 高清理论用户数受限于上行PUSCH，最大用户数为180;

若采用RoHC功能可将标情用户数由180提升到360，高清用户数仍为180;

若采用SID功能，仍为上行PUSCH受限，标清最大用户数360*1.6=576，高清最大用户数288;

若采用F20+10，则标清最大用户数为270，23.85k高清用户数为270。

3 高铁扩容评估

高铁场景较公网场景有着自身的特点，因而高铁专网的扩容标准不能完全套用大网的扩容标准。

高铁首先用户时间集中度高，每个小区只在过车的时间有用户，其他时间基本无用户;其次高铁用户空间集中度高，车内所有用户同时驻留在同一个小区;高铁的网络干扰更小，网络利用率更高，小包业务比例更高。

3.1 根据用户模型进行的理论评估

根据第二章的理论分析部分，LTE基站单载波最大可承载180户VOLTE用户同时在线使用。常使用的CRH380AL动车组列车，共16节车厢，定员1061人：其中1、16号车厢为商务舱/一等车，2、3车为一等座车，9号车厢为餐车，其余均为二等座车。

根据相关运营数据，运营商1的4G用户数为3.6037亿，用户总数为8.3126亿，运营商2的2月份运营数据显示，截至到2月份，4G用户总数5480.2万，渗透率为21.3%，运营商3截至到2月份，4G用户数6356万，渗透率为31.9%。根据如上数据 整理三大运营商数据如下：

根据三大运营商的运营数据，可以计算出运营商1用户在三大运营商的总用户占比为64.5%，其4G用户渗透率为43.3%。

高铁小区覆盖最多覆盖相向行驶的两列列车，单趟列车最大载员1061人，则高铁小区内的最大用户数为2122人（2*1061），根据前文计算的运营商1用户数占比64.5%，及4G用户渗透率43.3%，则其4G用户最大为593户。

据统计高铁小区日均小区内的最大用户数在400户，由此可以推出高铁RRC激活用户占比为67.5%。其中VoLTE用户的占比，由于受制于VoLTE终端的普及程度及更迭周期，目前VOLTE用户在4G用户的占比不会超过10%，依照10%的比例开展估算，则高铁小区承载的VOLTE最大用户数在40户作用，由于单载波小区可承载的VOLTE同时在线用户数为180户，由此可以得出，高铁单小区单载频在用户数层面可以满足VoLTE用户数的需求。

結合所有4G用户的行为分析，由上分析，高铁单小区4G最大激活用户数为400户，其中40户VoLTE高清语音用户同时在线，由此进行单扇区流量容量估算。参考基站利用率明细，高铁单小区需承载的最大下行吞吐量为2.884Mbps，最大上行吞吐量为1.492Mbps，根据单小区的小区平均吞吐量能力需求，3：1时隙配比下，单小区可承载的下行吞吐量为20Mbps，可承载的上行吞吐量为8Mbps，由此可以得出，高铁单小区单载频在流量层面可承载最大用户数的流量需求。

具体基于用户理论模型的评估过程如下表：

3.2 基于资源利用率进行的评估分析

统计某高铁站点207个，小包业务站点数量198个，中包8个，大包1个，共计207个，统计分析如下表。

高铁需要扩容的站点数量为18个逻辑站，按照大网标准来说需要升级的站点数量18个，比例不算太高，主要受限因素在单小区下行流量。单以RRC有效连接用户数统计大于50的站点数量为173，比例达83.6%，单小区承载的有效连接用户数过高;下行利用率大于40%的站点数量为179个，比例达86.5%，下行的PRB利用率过高[2]。小区的下行流量不高，用户数高，PRB利用率高，初步分析应当为高铁的无线环境导致，根据单小区承载的用户数以及PRB利用率， F20+10升级具有一定优势，另外仍需参考实际测试情况（速率或KPI） 、竞争情况、用户渗透率、投资效益、用户投诉、网络扩容难度等因素来综合评定。

4 高铁扩容F20+10所需设备

高铁扩容F20+10为在F频段20MHz的基础上进行10MHz的升级，涉及到的硬件主要有新增基带板、新增基带载波license，新增RRU载波license，以及常用的软件，如CSFB、小区合并、高速移动、下行载波聚合等功能。高铁扩容F20+10的工程建设方面更多的涉及到的为软件扩容，所以在实际操作及安装层面更易于进行质量控制和管理[3]。

5 总结

本文从理论分析了高铁上的F频段的应用情况，并且从容量层面、建设工程层面对于高铁的扩容需求进行了量化分析，旨在对于高铁的扩容方法提供相关的借鉴，更好的提高我国的高铁网络通信质量。

参考文献

[1]蒋远，汤利民.TD-LTE原理与网络规划设计. [M].北京：人民邮电出版社，2012.10

[2]张崴.第四代移动通信技术的发展观望. [J].城市建设理论研究，2013，5（3）： 99-100

[3] TD-LTE中VoLTE的理论极限容量. [DB/OL]. http：//wenku.baidu.com，2015-01-15/2016-09-11

Abstract： As an important scenario of TD-LTE network coverage， high-speed rail coverage is an important image of 4G network. At present， more than 80 high-speed railway lines have been opened， with a total mileage of more than 30，000 kilometers. With the vigorous development of high-speed rail， the high-speed rail's 4G network coverage has gradually transited to very important stage. Considering not only the VoLTE voice quality of high-speed rail， but also the high-value use behavior of users in 4G network and the high-definition voice carrying capacity of VoLTE users， the capacity coverage planning of high-speed rail needs to be considered

Keywords：TD-LTE High-speed rail F20+10