4G网络高铁覆盖关键技术与优化体系

梁晓燕

（中国电信股份有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

1 概 述

随着高速铁路的建成，高铁承担起越来越多的客流运送任务。目前，高铁通信建设优化已经成为各运营商品牌展示和保障用户感知的重要竞争领域。高铁承载了大量的优质客户，因此保证高铁用户正常使用通信业务显得尤为重要。高铁网络质量和业务感知的好坏直接影响用户对移动网络的口碑，其中高铁4G网络的覆盖与感知优化是重中之重。

高铁列车密封性能好、车体穿透损耗高、运营速度快，会对列车内的移动通信质量产生较大影响。本文从高铁关键技术和性能优化两个方面进行分析，给出网络优化方案，以提升用户感知。

2 高铁关键技术

2.1 自适应频率补偿技术

随着高速铁路车辆移动速度的加快，多普勒效应更加明显，基站小区信号接收天线上产生二倍频偏，从而影响解调性能。多普勒原理如图1所示。

其中，v为车速；c为光速；f为系统工作频率。

车辆速度加快主要造成了两方面的网络影响。一方面，根据多普勒原理，当终端朝向基站接收天线移动时频率变高，远离基站接收天线时频率变低；另一方面，车速加快会引起终端在网络间频繁切换，用户经过相同的覆盖区域时的速度越高，则终端穿越覆盖区域的时间越短，甚至会导致穿越覆盖区的时间小于系统切换处理的最小时延，从而引起切换失败或发生掉线。针对这个问题的应对措施是在网络建设及优化过程中合理设置重叠区大小。

图1 多普勒原理

采用高速频偏估计算法，精准估算多普勒频偏的变化趋势，计算高精度的频偏估计值。LTE的子载波使用15 kHz的小带宽频率，频偏对接收机性能影响较大，目前采用频率补偿技术可以有效降低性能损失[1]。

2.2 小区合并技术

高铁线路终端移动速度快以及频繁切换与重选易导致通信中断，降低用户体验。小区合并技术是将相邻的多个物理小区合并为同一逻辑小区，减少终端在移动过程中重选和切换的次数，从而降低网络的同频干扰[2]。每个物理小区成为小区合并的组成部分，称为CP（Cell Portion）。对于小区合并内部不同CP间的边缘用户，由多个CP联合为该终端发射或接收信号，以提升信号质量，提升上下行链路性能。

小区合并将不同的RRU以相同的频率及参数在逻辑上设置为同一小区。通过将相邻RRU设置为同一小区，可以有效避免传统覆盖方案中重选与切换过于频繁的问题，同时缓解小区间的干扰[3]。

在路段长度为60 km、车辆时速为300 km/h的情况下，2个物理小区合并时，切换频率为12 s，切换次数为59次；4个物理小区合并时，切换频率为24 s，切换次数为29次；6个物理小区合并时，切换频率为36 s，切换次数为19次。可见，物理小区合并可降低切换次数，提升用户体验。

3 高铁性能优化

3.1 覆盖优化

针对高速移动场景的特点，需做好基础网络覆盖优化基础，从而提升网络质量。通过覆盖优化满足列车箱体深度覆盖要求，形成链型高铁覆盖小区链和长距离的主覆盖信号，可减少频繁重选和切换的概率。

3.1.1 覆盖优化总体思路

高铁覆盖专项通过五维评估和内外兼优的优化策略提升4G网络质量。五维评估和内外兼优优化体系如图2所示。

图2 五维评估和内外兼优优化体系

3.1.2 五维评估

高铁覆盖优化前，需要通过告警评估、干扰评估、性能评估、测试评估和参数评估5个方面以及网管KPI和DT路测手段准确定位覆盖高铁线路小区问题，并结合站点实际情况、后台配置以及KPI数据确定相应的优化调整方案。重点参数规范设置如表1所示。

3.1.3 外场优化

外场优化主要针对RF优化，主要解决网络中的弱覆盖、越区覆盖、重叠覆盖、模三干扰、质差以及导频污染和切换等问题。通过天馈调整、功率调整、邻区优化、PCI优化以及参数优化等手段，改善网络的覆盖和质量，提升网络性能。邻区优化需要考虑各小区的覆盖范围、站间距、方位角以及接收功率等信息，目的在于保证在小区服务边界的手机能及时切换到信号最佳的邻区，以保证通话质量和整网的性能。高铁线路的邻区优化至关重要，通过删除冗余邻区和添加漏配邻区，可保证在高速行驶的场景下，网络仍正常连续覆盖。

表1 重点参数优化规范设置

3.1.4 内场优化

（1）TOP小区优化。针对高铁线路TOP小区问题，主要通过故障处理、邻区优化、参数调整以及RF优化予以解决。

（2）规划类参数优化。通过PCI优化和TAC优化两方面核查高铁线路小区，调整PCI复用和MOD3、MOD30以及TAC插花问题。

（3）功控参数优化。提升RS功率和整体下行覆盖水平，将增加下行指标的稳定性，但不建议将提升整体RS功率作为提升速率的优化手段。针对城区环境，RS功率不一定要满功率配置，可以考虑预留2～3 dB作为覆盖控制的辅助手段。可以通过调整RS功率突出主服务小区，从而降低邻区干扰，降低MOD3干扰。此外，针对弱覆盖区域，可以通过提升RS功率解决下行覆盖，但要考虑上下行链路平衡。

（4）切换重选门限优化。高铁车速较快，为了能顺利完成小区间的切换重选，需进行合理的重叠覆盖区域优化，这是实现业务连续的基础。通过调整切换重选门限和时延等参数，可改善高铁线路切换重选性能，使UE快速驻留到信号质量更好的小区。重选门限设置如表2所示，切换门限设置如表3所示。

表2 重选门限设置

表3 切换门限设置

（5）VoLTE呼叫时延优化。从语音业务延迟去激活、DRX寻呼周期、DRX开关以及PRACH功控4个特性优化VoLTE呼叫时延。语音业务延迟去激活是指当VoLTE语音通话结束、QCI1承载释放后，延迟主被叫进入空闲态的feature，使主被叫在下一次起呼时处于激活态，从而减少RRC和承载的建立时延和寻呼时延。为减少呼叫建立时延，只需将控制面user-inactivity定时器设置大于通话间隔时长，保证每次呼叫主被叫都处在激活态。目前，现网UE监听寻呼场合的DRX循环周期为128 sf，极端情况下可认为被叫最长等待监听寻呼消息间隔为128 sf，即128 ms。针对该过程，优化措施为减小UE监听寻呼场合的DRX循环周期，使被叫可更快速地监听寻呼消息。DRX应用激活期和休眠期间隔的工作模式，在激活期UE仅打开接收机接收下行数据和信令，在休眠期关闭接收机停止接收下行数据和信令，从而使UE进入节电的工作模式。DRX工作模式下，UE不需要连续侦听PDCCH（Physical Downlink ControlChannel）信道，节省了UE的电力消耗，延长了UE的使用时间。关闭高铁沿线站点的DRX功能，可减少终端从休眠态到激活态的时延。PRACH功控优化时，通过优化PRACH功控参数，可提升高速场景下随机接入时的可靠性，减少不必要的重发，降低时延。VoLTE呼叫时延优化如表3所示。

表3 VoLTE呼叫时延优化

4 结 论

从高铁关键技术和性能优化两个方面出发，分析自适应频率补偿技术和超级小区技术关键技术，并确定了五维评估和内外兼优的优化体系，以全面提高高铁网络覆盖能力、网络性能及用户感知。