高铁4G网络优化及维护运营的策略

□袁 旭

目前我国高速铁路运营里程2.9万公里，居世界第一[1]，同时全国各地的高速铁路网络建设仍在高速进行中。如何利用高速铁路网络更快地进行人和物的流通，促进社会各领域的快速发展，成为了高铁建设的一个“瓶颈”，随着4G LTE网络的试验成功和全面铺开运行，在高速铁路网络上实现4G LTE全覆盖，能够有效地促进人和物的快速流通。同时，为了确保高铁4G网络运营的稳定性，确保价值客户的使用体验感，高铁4G网络优化与运营显得尤为重要。

一、高铁4G网络问题分析

(一)高铁切换问题分析。

1.背景概述。列车的高速行驶给列车通信系统带来了一系列关键问题，如越区切换、穿透损耗、多普勒频移、切换频繁和干扰等[2]。越区切换的可靠性不仅影响到用户的移动通信体验，也影响到高速列车的行驶安全，所以在高速4G网络中要保证约区切换快速及时地完成，合理减少高铁扇区切换次数。从而确保系统的可靠性。

2.解决策略。通过跨站小区PCI合并(如图1所示)。小区合并功能可实现2个正常的重叠覆盖小区(同频)合并成为一个独立的“supercell”，这2个小区使用同一个PCI，无论在UE侧还是数据侧看来就是一个单独的小区。此策略既能减少重叠覆盖，更能减少小区间切换，从而有效地提升了平均吞吐量，降低掉线风险。

图1 跨站小区PCI合并示意图

3.效果及应用。测试发现，在高铁基站新增1与高铁新增2之间铁路下行速率过低，用户感知较差。

图2 实施测试对比图

通过铁路段新增1和新增2跨站小区合并后，复测后发现两基站之切换明显减少，SINR显著提升，下行速率明显提高。用户感知改善明显。一是实现不同站点下的相同覆盖；二是控制同区域内参考信号数量，减少同频干扰，提升覆盖质量；三是降低因重建的掉线危险；四是跨站同PCI既降低重叠覆盖又减少切换，有效应对高铁场景下的低速及掉线问题。

(二)高铁热点区域4G+策略。高铁热点区域主要为高铁站点候车室与高铁月台。为保障高热点区域用户感知，提出“高铁热点区域4G+策略”。通过高效利用载波聚合与负载均衡的手段，开启载波聚合可保证高铁热点区域用户速率大幅度提升；而开启负载均衡功能保障高铁热点区域扇区话务负荷均衡，高效提升电信4G用户感知体验。

1.策略实施。选取热点区域站点，设备开通频段1.8GHz和2.1GHz，开启载波聚合功能将离散的多载波聚合起来，作为一个较宽的频带使用，提高用户的使用带宽。同时开启负载均衡功能，通过采用多种负载均衡参数策略，在不改变网络环境及设备现状的前提下，实现高负荷场景扇区间负荷分流平均，减少网络拥塞情况。

图3 载波聚合开启前后指标对比图

2.效果及应用。开启载波聚合后，选取高铁站不同区域进行CQT测试，发现高铁站4G速率大幅度提升，具体测试情况如下：高铁站为高话务区域，开启负载均衡后，高铁站点1.8G与2.1G PRB利用率基本均衡，有效防止了小区拥塞问题。

二、高铁4G网络运维方案

(一)高铁感知优化保障体系简介。如图4所示。

图4 高铁感知优化保障体系简易图

(二)场景建立。通过对高铁测试LOG与指标分析，统计出高铁上实际占用小区，对站点信息进行统一汇总，建立高铁站点数据库。

(三)性能监控。

1.告警监控。基站故障、小区退服等告警对网络影响较大，因此对于高铁基站的告警实时监控更为重要。这样，能及时有效地帮助维护人员定位与处理故障，同时将高铁基站告警设置为高优先级，维护人员必须优先处理高铁基站故障，从而保障高铁用户感知的稳定性。

2.指标跟踪。日常提取高铁相关小区指标数据。包含如下几大类：接入性指标、保持性指标、移动性指标、业务量指标、产品运行类指标、系统可用性指标和网络资源利用率指标。通过对高铁指标的监测，可以达到：识别突发问题、风险提前预警、话统KPI的稳定与提升。

(四)射频优化。周期性高铁摸测，通过对测试数据的评估与分析，输出优化方案。充分运用优化手段，解决切换带质差路段，规划偏差等产生的覆盖问题，不断提高高铁覆盖质量，从而提升高铁用户感知。

高铁覆盖网络有穿透损耗大、终端移动速度快、单方向线性运行的特点，优化思路如下：第一，信号强度及切换点调整，加快切换/重选的速度，设置高铁专门的TAC区，避免高铁覆盖网络与大网的相互影响上来处理。第二，电磁波信号传播时不同的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时，小区边缘信号进入车厢的入射角较小，穿透损耗较大。实际测试表明当信号入射角小于9度时穿透损耗将会快速增加。

图5 高铁射频优化特性图

(五)参数设置。

1.高铁参数研究。高铁覆盖场景特殊，高铁参数优化主要分为接入重建相关、切换重选相关、吞吐量相关三大类。

(1)接入重建类参数。主要包括前导初始接收目标功率值、RS功率、各类接入或重建定时器。其中参数ulpcIniPrePwr即Preambleinitialreceivedtargetpower(随机接入前导码的初始功率)。将高铁扇区的该项参数由-104dBm修改为-96dBm，对用户随机接入RSRP强度要求更高，以保证高铁用户接入成功率，同时减少高铁站点对于周边非高铁用户话务吸收。

4G LTE使用20Mhz的频带，但由于每个子载波均使用15Khz小带宽频率，高速场景下，多普勒效应导致的频偏对接收机性能影响较大。参数prachHSFlag即PRACHhighspeedflag(高速小区标识)。该参数开关打开时，高速场景会采用循环移位生成前导，小区需要的根序列数较少，能较好地解决频率偏移问题。

图6 多普勒示意图

(2)切换重选类参数。主要有同频切换的A3偏置、A3迟滞、测量报告上报间隔等参数。a3ReportInterval即A3reportinterval，A3上报时间间隔。高铁线部分路段车速超过250Km/h，以50米切换重叠覆盖带为准，切换从准备到完成总时长不超过500ms，对于切换时延要求极高。现网A3的上报间隔为640ms，间隔过长已无法满足需求，高铁沿线扇区，A3间隔全部修改为240ms，以满足连续覆盖。

图7 高铁重叠覆盖带示意图

(3)吞吐量类参数。主要为上行功控参数。PUCCH和PUSCH的P0值，及路径损耗因子参数。通过上行功控，以实现上行用户数最大化，进而提升小区的吞吐量。如将P0NominalPUSCH设置较大，PassLossCoeff设置较小，以获得较高的扇区吞吐量。

图8 高铁故障处理时长对比图

2.高铁参数设置。为保证小区对快速移动的用户提供更优性能，需要对沿线的高铁小区进行以上三大类参数的个性化设置，按照以上的参数研究的结果配置完成后，并制定每日参数核查规定，保证高铁小区参数固定性。

(六)应用效果。针对高铁小区进行了性能监控，射频优化和个性参数设置后，高铁专项优化保障体系建立完成，高铁告警故障处理时延相比传统故障手段大幅度降低，由原先平均4小时处理时长，缩短至平均2.6小时左右，用户投诉率持续下降，高铁网络覆盖质量明显改善，用户使用感知不断提升。

三、结语

高铁4G网络的全覆盖，是数字铁路的一大进步。综合优化后，铁路网络质量迅速提升，用户流量有进一步的增加。为4G用户提供了“双飞”的良好体验，即用户享受高铁飞一般的车速，更能享受飞一般的网速，实现了经济效益与社会效益双丰收。