高铁精细网络质量提升

中国电信山东分公司
4G移动网络优化竞赛和创新成果论文
高铁精细化网络质量提升
枣庄公司：枣庄项目组
2017年11月
目录
摘要 (1)
第一章创新背景概述 (2)
1.1 京沪高铁枣庄段建设概况 (2)
1.2 京沪高铁枣庄段网络指标概况 (4)
第二章创新思路 (5)
第三章创新优化方法及验证 (6)
3.1 干扰问题 (6)
3.2 覆盖问题 (12)
3.3容量问题 (13)
第四章创新经验总结与推广 (15)
摘要
高铁的设计时速为360 km/h以上，正常运营速度在300 km/h左右。

场景特点是用户话务量集中，用户移动速度特别快，快衰落明显；业务单向整体移动，小区起呼业务量小，切入业务量大，切换时间窗小，测量速度要求高。

基于枣庄现状聚焦高铁覆盖、干扰、容量三项短板问题，结合测试指标、网管KPI指标等多个维度进行综合优化分析，与基础优化、特性参数、创新应用相结合，提升高铁网络质量和改善高铁用户感知。

枣庄段高铁线路4G网络覆盖采用专网方案，通过专用技术（高速移动+小区合并）、专用参数规划（专公网邻区重选参数配置、MIMO开环自适应、SRS周期、下行最大纠偏量等）实现高铁LTE网络全面覆盖，提升高铁用户感知。

关键词：
高铁，覆盖，干扰，容量，特性参数
第一章创新背景概述
随着我国高铁线路的普及与建设，高铁网络的建设和优化已逐渐成为通信网络研究的重点。

但高铁特殊的高速场景和特有的组网技术导致高铁网络优化难点重重。

如何高效的提升枣庄段高铁用户的用户感知，亦是研究的重点。

本专题通过覆盖问题、干扰问题、容量问题3个维度深层次刨析枣庄段高铁LTE网络。

并提出创新优化方案。

1.1 京沪高铁枣庄段建设概况
图1: 山东省高铁路线情况
表2: 山东省华为区域高铁基站建设规模
图2: LTE网络高铁基站建设情况
同过以上图表，我们可以初步知悉高铁基站规模情况:
➢枣庄高铁段信号覆盖里程为86KM，平均站间距1.22KM，平均轨距180.68M，基站建设密度略低于其他地市(例：济宁，泰安)；
➢截至2017年10月24日，山东电信京沪高铁华为段共规划218个物理站，已经开通218个。

对其中具备条件的物理站点，均实施了SFN合并。

合并后，全线共有逻辑小区102个。

【枣庄段高铁分析】
图3: LTE网络高铁基站站间距
➢枣庄段高铁基站间距小于1.2KM占比为50%，占比较低，基站密度相对稀疏。

其中最大站间距TOP3的距离分别为1940m，1920m，1860m。

间距过大区域对高铁整体覆盖会产生实质性的负面影响。

➢枣庄段高铁基站站轨距小于300m的占比为89.04%。

建设理想程度较高。

其中大于300m的基站个数为8个。

由于高铁速度可达到300KM/h以上，所以站轨间距过大易发生多普勒偏移现象，影响用户感知。

1.2 京沪高铁枣庄段网络指标概况
通过现网高铁指标的变化情况，可以更直观的反映出现枣庄高铁LTE网络的短板及缺陷。

表2:枣庄LTE网络KPI
➢取最近一周10月20日-26日话统指标，高铁网络无线接通率99.72%，E-RAB平均掉线率0.018%，受到公网与高铁网络的影响，目前系统内切换成功率99.19%，需要后续持续优化或考虑专网建设解决，KPI性能指标除凌晨话务低导致统计较差外相对稳定。

图4:枣庄高铁网络KPI指标
➢取最近一周10月20日-26日话统指标，取每时段单小区流量和最大用户数最大小区，目前高铁单小区最大用户数达到203个，最大单小区流量可以达到49.14Gbps。

主要用户使用情况时段分布在8:00-23:00，高峰出现在15:00-18:00时段。

图5:枣庄高铁用户与总能流量全天
第二章创新思路
针对枣庄高铁问题，从干扰问题，覆盖问题，容量问题三个维度深度精细分析。

将现网存在的问题逐个击破。

从而有效的提升枣庄段高铁的整体指标和用户感知。

➢干扰问题优化思路:逐步解决公网专网小区间干扰问题，通过RF优化、频点重选时延调整, SFN小区合并等手段降低专网干扰问题，提升专网整体SINR水平。

从公网专网用户分离，SFN小区组网方案，多普勒频偏纠偏等多个层面对已存在问题进行解决优化。

➢覆盖问题优化思路:推动高铁覆盖漏洞区域开通基站，新规划站点及时开通，提高弱覆盖区域覆盖水平。

➢容量问题优化思路:在原有1.8G，20M小区的基础上扩容15M带宽的2.1G载波小区；
在车站与站台之间建设过渡小区。

第三章创新优化方法及验证
3.1 干扰问题
3.1.1 公网专网用户分离
公专网同频会导致网络性能下降、用户UE脱网等问题。

因此推荐公网按RSRP>-
110dBm且与高铁专网主服务小区RSRP相差6dB以内为标准,使公网用户合理脱离专网服务小区，尽量保持高铁专网纯净度。

【应用原理场景】
高铁车速满足200KM/h以上路段（7S行驶388米），在终端尚未完成专网到公网的重选判决时间时，已驶出该信源小区或公网小区覆盖范围，避免将专网用户误迁出到公网。

公网用户
图6:技术应用原理
【具体方案】
1、专网小区不添加公网邻区关系；
2、专网向专网的重选时长为7S。

图7:邻区参数配置情况
【效果验证】
对比调整前后最大用户数和流量指标，有效迁出约10%公网用户，流量减少约4.2GB 。

3.1.2 高铁SFN 小区组网
【技术原理和场景】
LTE 的同频部署，导致LTE 小区间干扰严重，尤其是处于小区边缘的用户，干扰情况最为严重。

为解决上述问题，SFN 性能应运而生。

通过将多个物理小区合并为一个逻辑小区，来消除小区边界。

当前枣庄段高铁采用SFN 模式组网，将多个物理小区合并成一个小区。

在下行方向，各物理小区在相同的时频资源上发送相同的无线信号；在上行方向，选择一个信号质量最好的物理小区接收信号，或者选择多个物理小区进行联合接收。

图8:普通组网与SFN 组网区别
公网优先级为5
专网优先级为5
配置专网向公网重选时间7S
添加专网为黑名单小区
【高铁SFN组网优点】
➢减少了物理小区之间交叠区域的干扰，提升了物理小区之间交叠区域的SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio），从而提升了交叠区域的用户体验。

➢减少了用户在多个物理小区之间的切换次数。

RRU1RRU2RRU3RRU4
图9: SFN组网优点
3.1.3 多普勒频移纠偏
【多普勒频移原理及影响】
多普勒频移是指eNodeB发射频率与UE接收频率之差。

当UE与eNodeB之间存在相对运动时，会产生多普勒频移，导致eNodeB发射的频率与UE收到的频率不同。

UE高速移动时产生较大的多普勒频移，会产生子载波间干扰，降低系统性能。

多普勒频移能通过自动频率控制手段纠正。

系统性能可以通过设置合理的随机接入前导、选择合适的调度参数来改进。

多普勒频移计算公式：f d=f0/C×v×cosθ
其中，
v=高铁基站相对速度 c=无线电波速度f0=电信高铁信号频率θ=UE与发射台夹角具体场景如下图所示：
图9:多普勒频移原理
表3:多普勒频频偏纠偏解决优化方案
【参数验证方案思路】
本次验证参数MIMO改为开环自适应；SINR上报周期改为40ms；下行纠编量最大限幅针对电信1.8G频段的合理取值。

通过对高铁用户感知(用户平均CQI，每用户下行承载感知速率) GB/s，下行误码率）指标的提升情况，验证本套参数是否适用于京沪高铁枣庄段场景。

【试验小区筛选条件】
取距离枣庄高铁站较远的三个连续覆盖且开通SFN小区为验证参数小区，验证小区覆盖距离应大于5KM，通过平均值的指标变化可客观的反应此类参数对高铁指标和用户感知是否起到良好提升作用。

表4:试验选取小区情况
【参数验证】
➢MIMO自适应:在试验高铁SFN小区将参数MIMO改为开环自适应后，取平均指标与前一天同时段指标进行对比验证。

经过指标对比可以看出，用户平均CQI有较大幅度的提升1.3，每用户下行承载感知速率，下行误码率变化不明显。

➢SRS周期(40ms）:在试验高铁SFN小区将参数SRS周期自适应开关关闭后，并将周期改为40ms，取平均指标与前一天同时段指标进行对比验证。

经过指标对比可以看出，每用户下行承载感知速率提升2M/s，下行误码率下降0.34%，平均CQI变化不明显。

图4: MIMO开环自适应验证效果图5: SRS周期(40ms)
【下行纠编量最大限幅试验】
➢试验方法:由于枣庄段高铁速度可达到300Km/h.所以依据该参数取值范围(0~1000)及理论对于FDD-LTE1.8G频段的取值方向。

本次试验参数调整分别定为(400，500，550，600，650，700)6档参数限，在试验路段不同时段更换不同的参数取值。

在下行纠编量最大限幅配置不同档次时，跟踪用户感知(误码率，平均CQI，每用户下行承载感知是速率)指标变化情况。

图6:验证结果曲线
➢试验分析结果：当其他参数配置一致，试验小区下行纠偏量最大限幅配置为500时，可有效的提升用户感知指标对比未进行参数优化前指标，平均CQI提升1.13，下行误码率降低0.8%，每用户下行承载感知速率提升2.81M/s。

其中每用户下行承载感知速率提升最为明显。

【参数优化结论】
当高速小区MIMO配置修改为MIMO开环自适应，关闭SRS周期自适应开关，并配置为合理值40ms，下行纠偏量最大限幅参数配置为500时，枣庄电信高铁小区用户感知提升明显，下行误码率、平均CQI和每用户下行承载感知速率指标均有明显提升。

3.2 覆盖问题
枣庄段高铁弱覆盖问题点8个，其中6个问题点是由于规划结构原因，RF无法达到理想覆盖；1个为隧道室分未开启原因，所以建议建设8个新规划站点，从而彻底解决该6处硬骨头弱覆盖问题点。

图7:高铁新加站点分布
【隧道问题解决方案】
目前剩余一处隧道未做覆盖，龙阳张山口隧道位于枣庄与济宁交界附近，全长370m，隧道两侧站间距为1.6Km。

1.龙阳徐岭村北机房距离隧道最近；
2.现网小区SFN合并情况：龙阳徐岭村北BBU现网下挂5个物理站点，10个RRU；
3.其中龙阳张山口、西南岭、龙阳毛主席像三物理站点进行SFN小区合并；龙阳徐岭村北、西明高铁进行SFN小区合并；
图8:现场景覆盖情况图9: 室分SFN小区合并方案
3.3容量问题
【问题预警】
图10: 高铁场景用户变化走势图11: 高铁站CQI情况
根据上述图表可知，随着枣庄市的发展，电信4G用户流量的递增，高铁车站小区的容量问题也逐渐凸显出来。

根据枣庄车站5月份至10月份，用户流量增长趋势，可以断定。

到年底节假日期间，车站小区流量必将突破容量极限，对用户感知与流量收益带来负面影响。

【解决方案】
通过高铁站的无线环境测试，平均CQI指标变化跟踪可知。

高铁站覆盖良好，平均CQI为11.5且高铁场景基站站间距不易过近。

所以扩容方案不推荐新建设覆盖基站。

推荐方案将高铁站1.8G小区扩容15M带宽的2.1G小区。

且对现有网络不会带来更多的同频干扰，公网专网不易混淆覆盖。

在满足网络需求容量的同时，还能最大限度的吸收用户流量，对LTE网络总体优化打下良好的基础。

图12: 扩容2.1G小区用户分流
1、在原有的1.8G小区上扩容15M的2.1G小区；
➢场景分析：高铁站区域内的1.8G与800M小区不能满足不限量套餐带来的容量需求；
故给出建议方案，在原有1.8G小区的基础上扩容15M带宽的2.1G载波的小区，并给予合理的负荷均衡参数配置方案，建设双层网；
➢方案优点:不占用更多的建设空间，对现有网络不会带来更大的同频干扰。

在满足网络容量需求的同时又不会影响到用户的速率体验，能最大程度的吸收用户量和流量。

对拓展市场起到正面积极的作用。

2、在站台与车间之间新增过度小区，实现公网与专网的完美转换。

➢场景分析:依据高铁站用户容量的需求，候车室内人员密度较大，候车人员上车会产生较明显的流量迁移。

在高铁站与站台过渡处设置4G过渡小区，可有效的分担上车用户所产生的流量。

上车的用户从候车室先进入过渡小区，再进入高铁4G专网。

➢方案优点:候车室有多个4G室分小区，部分室分小区与高铁专网覆盖不能正常衔接，过渡小区可良好的解决专网与公网顺利切换的问题
图13:建设过渡小区分布
第四章创新经验总结与推广
通过对枣庄高铁网络通过覆盖，干扰，容量三个维度的解析，优化。

提出SFN特性参数下行纠偏量最大限幅针对电信1.8GHz小区最合理的配置方案为500Hz，同时开启MIMO 开环自适应开关，关闭SRS周期自适应开关，并配置为40ms。

根据高铁参数修改后19天的指标跟踪情况对比验证；
图14:用户感知指标提升情况
由指标变化趋势可知单用户速率提升3.57MB/s、用户平均CQI提升0.373、下行误码率下降0.18%。

事实证明该套参数可有效提升高铁LTE网络的用户感知。

同时对山东省高铁站容量问题进行预测分析，提出扩容2.1G小区和加过渡小区等应对方案。

为山东省各市高铁场景未来的优化建设扫除障碍。

该专题方案的推广可有效提升高铁网络话务量的吸收能力，提升高铁LTE网络用户的用户感知体验，增加单用户下载速率，减少视频卡顿次数，避免因高铁网络干扰问题，覆盖问题，容量问题引起投诉。

可对拓展市场，发展新用户起到积极作用。