基于共建共享提升高铁网络覆盖和感知的研究

朱贺，廖祖鹏，贾东亮，陈潮贤

（中国电信股份有限公司广州分公司，广东 广州 510630）

0 引言

随着我国经济的快速发展，铁路运输系统承担起越来越多的客流运送任务。在经济增长效应方面，高铁建设促进了珠三角、辽中南和长三角城市群经济的协调发展[1-2]。2007 年4 月18 日0 时实施第六次大提速，并引入了CRH新型列车，该列车分为CRH1、CRH2、CRH3 和CRH5 这4 个种类，其中，CRH1、2、5 均为200 km 里级别（营运速度200 km/h，最高速度250 km/h）；CRH3 为300 km级别（营运速度330 km/h，最高速度380 km/h）；而CRH2 具有提升至300 km 级别的能力[2]。CRH 列车的高速运动会造成车厢内部多普勒频移[4]和高频率深度快衰落[5]等现象，会严重影响用户的切换和重选[6]，这些客观因素给优化工作带来了极大难度。高铁通信系统[7]承担着确保列车运行安全、提高运输效率和改善用户体验的重任，如何进一步提高网络覆盖率和感知是需要解决的关键问题[8-9]。

以高铁某路段为例，列车平均运营速度在200 km/h以上，沿线城镇、城中村、密集城区交错分布，场景类型复杂且无专网覆盖，高铁沿线主要靠周边小区兼顾覆盖，由于部分站点对于高铁网络覆盖而言高度不足且易受建筑阻挡，该段高铁里程覆盖率仅71.01%，但中国电信周边小区的低速用户感知良好，周边在网小区共计404 个。因此同一路段，中国联通在高铁沿线建有2.1 G 专网，该路段高铁里程覆盖率为86.14%，相对中国电信较好。但中国联通周边在网小区相对电信较少（257 个），周边低速用户感知速率相对电信较差，且周边小区感知长期存在高负荷现象。因此，中国电信中国联通双方达成共识，利用双方站点资源优势实施共建共享策略[10]，确保双方高铁用户和周边用户感知共同提升。

1 高低速用户分层分流原理

1.1 高速用户识别原理

高速用户识别主要应用在高铁、高速等涉及终端高速运动的场景，其作用是使得因脱网、掉话等原因离开高铁专网小区的高速用户返回高铁专网。高速用户识别一般分为基于切换参数的判决[11]、基于频偏的判决[12]和基于切换次数的判决[13]。

（1）基于切换参数的判决。当UE 历史信息中的小区数不小于配置参数CellHoParaCfg.SpeedEvaluated/Num时，统计最近CellHoParaCfg.SpeedEvaluated/Num 个小区的停留时长累加值，如果累加值小于配置的时间门限CellHoParaCfg.SpeedfvaluatedPeriod，则判决为高速用户。

（2）基于频偏的判决。高速用户基于频偏迁出原理图，如图1 所示。当eNodeB 在UE 上行业务信道正常发送时，每秒基于UE 上行信号测量多普勒频移并估算用户移动速度，当用户移动速度不小于CellHoParaCfg.HighspeedThresho 参数配置值时，则判决为高速用户。一般利用多普勒频移估算用户移动速度大于100 km 即定义为高速用户。判决门限均可按线路速度更改。

图1 高速用户基于频偏迁出原理图

（3）基于切换次数。该方法的判决一般30 s 内产生切换次数大于3 次即定义为高速用户，识别高速用户后要将其尽快迁入高铁专网。

1.2 低速用户识别原理

低速用户基于频偏迁出原理图如图2 所示。在UE上行业务信道正常发送时，eNodeB 每秒测量UE 上行信号的多普勒频移并估算用户移动速度，当连续HighSpdAdaptionPara.UserLowSpeedJudgeNum 次用户移动速度小于CellHoParaCfg.HighSpeedThreshold 参数配置值时，则判决为低速用户。

图2 低速用户基于频偏迁出原理图

为了让高铁专网不被低速用户占用，需要将进入高铁专网的低速用户迁出到周边小区。开通场景为高铁车速大于120 km/h 以上区域，在车站附近路段（低车速区间）一般会禁止开启。

2 中国电信中国联通频谱交叉共享策略

中国电信中国联通频点交叉共享策略即利用特性参数，将双方高速用户迁至中国联通高铁专网，低速用户迁至中国电信周边小区。中国电信利用中国联通沿线高铁专网吸纳其高速用户，中国联通利用中国电信高铁周边充足站点资源吸纳其周边低速用户。

2.1 共建共享策略

4G 共建共享包括独立载波、共享载波两种方式[14-15]。共享载波方式共享示意图如图3 所示。中国联通高铁4G专网由原3G 专网改建而成，UMTS 与LTE 共用设备，不支持为中国电信配置独立载波，因此共享中国联通专网采取共享载波方式。

图3 高铁“共享载波”方式共享示意图

中国电信中国联通交叉共享原理如图4 所示，该策略是采取“中国联通高铁专网2.1 G 与中国电信高铁沿线1.8 G 交叉共享”和“高低速用户负荷分层分流”方式。

图4 中国电信中国联通交叉共享原理图

中国电信分流共享原理如图5 所示。该策略是指在中国电信共享中国联通高铁专网的同时，中国电信将高铁沿线2 层1.8 G 周边小区共享给中国联通，接收中国联通专网迁出的低速用户，确保高铁专网负荷不受冲击，同时提升中国联通周边小区用户感知。

图5 中国电信分流共享原理图

2.2 电信高速用户迁入联通高铁专网

高速用户迁入专网策略如图6 所示。中国联通高铁专网共享给中国电信78 个高铁专网小区，中国电信周边小区（共享前中国电信高铁用户可能占用的小区）同时配置高速用户迁入至中国联通高铁专网的策略。由于高铁场景随着列车速度多普勒效应会更加明显，因此选择基于频偏判决得方式实现高速用户灵活精准判别（列车速度门限设置可灵活调整）。结合高铁实际运行情况，将判决的速度门限设置为100 km/h，即识别到速度超过该门限就判定为高速用户。

图6 高速用户迁入专网策略

中国电信周边小区配置完成高速迁出参数后，还需和中国联通高铁专网小区互配置邻区。测试期间根据网管性能计算器统计基于移动速度触发的切换，经统计，迁出率接近100%。

2.3 中国联通低速用户迁入中国电信周边小区

中国联通在该段高铁周边站点数较少且负荷高，因此长期采用高铁专网来分流周边小区负荷。开放共享后，中国电信高速用户涌入对中国联通专网负荷造成冲击，因此通过将中国联通低速用户迁入中国电信高铁周边小区的方式对高铁专网进行分流，进而减少低速用户占用高铁小区资源。

低速用户迁出分为切换策略分流和盲重定向策略分流两种方式：

（1）切换方式：将低速用户（最大支持1 秒迁出1个用户）切换至中国电信周边小区，业务几乎不中断，对用户感知影响最小，但迁移效率低。

（2）重定向方式：将低速用户（最大支持1 秒迁出10 个用户）重定向至中国电信周边小区，对低速用户业务中断影响较大，但迁移效率高。

因此，在保证用户感知的角度来看，共享方案优先采用切换方式，降低对用户业务中断影响。

3 实验分析

3.1 中国电信共享中国联通高铁专网小区

共享前后中国电信高铁用户感知指标对比如表1 所示。共享中国联通高铁专网后，经多次邻区关系和切换参数优化，某路段高铁4G 网络覆盖质量、用户感知速率有显著改善，其中SINR 提升了3.63 dB，覆盖率提升了18.09%，下行体验速率提升1.59 Mbps。

表1 共享前后中国电信高铁用户感知指标对比

3.2 中国联通共享高铁周边的中国电信周边小区

中国联通高铁周边站点长期高负荷情况严重，因此将中国联通低速用户迁入中国电信分流小区，降低低速用户对高铁专网小区资源的占用。为避免中国联通低速用户占用高铁专网资源，中国电信高铁周边共享404 个1.8 G 小区给中国联通用户。共享后低速用户迁出可以采用切换和盲重定向两种方式，不同方式的小区负荷迁移效果会存在差别。

为保证高铁专网负荷迁移效果，对中国联通某专网站点迁出低速用户不同策略进行秒级监控，对切换方式和盲重定向方式两种分流策略效果进行了对比，如图7 所示：

图7 分流策略效果对比

采用切换方式时，用户业务几乎不中断，对用户感知影响最小，但迁移效率低，低速度用户只迁出一部分，同时中国电信高速用户共享接入，中国联通专网忙时负荷抬升了2%。

采用盲重定向方式时，用户业务有较大中断影响，但迁移效率高，基本可将低速用户全部迁出专网，在叠加中国电信高速用户迁入专网后，中国联通专网忙时负荷下降了11%。

中国联通高铁专网与中国电信周边小区业务变化情况如图8 所示。经观察，中国电信高速用户可有效占用中国联通专网，且中国联通低速用户也可有效迁出到中国电信周边小区，两个网络负荷波动趋势相反，符合预期。

图8 中国联通高铁专网与中国电信周边小区业务变化情况

经分析，中国电信周边404 个1.8 G 小区负荷小幅增长，忙时下行PRB 利用率由22% 抬升至29%，整体涨幅7%；具体到小区级别，忙时下行PRB 涨幅超10% 小区141 个，占比35%。因此，中国电信小区有效实现了对中国联通低速用户的负荷分流。

中国电信1.8 G 分流层共享后负荷流量情况如图9 所示。中国电信1.8 G 周边小区共享后日均流量2 609 GB，其中中国联通用户641 GB，占比24.6%，整体比例符合预期，整体负荷增长及感知影响情况基本可控。

图9 中国电信1.8 G分流层共享后负荷流量趋势

分流中国联通低速用户前后对比如表2 所示。通过沿线开通中国电信周边小区分流后，中国联通周边小区全天无线下行流量（GB）下降16.81%，小区内的平均用户数下降20.23%；中国联通周边小区低速用户下行用户感知速率由7.1 Mbps 提升至9.28 Mbps，提升了30.7%。

表2 高铁某段联通分流前后对比

4 结束语

通过对高铁某路段实施中国电信中国联通频谱交叉共享策略，中国电信高铁覆盖率提升18.09%，高铁用户下行速率提升41.19%；中国联通高铁周边小区负荷下降16.81%，低速用户下行速率提升了30.7%。在未新增资源情况下，通过双方网络优势互补，实现了低成本快速部署高铁专网，且共同提升了双方高铁及周边用户的感知。同时验证了新的建网模式得可行性，既能减低成本快速部署基站覆盖，对加快网络覆盖提升用户服务感知有重大意义，又为特殊场景共建共享的优化工作积累了重要经验。