铁路-高铁特殊场景下的LTE网络优化创新案例

2017年场景化最优方案创新--高铁特殊场景下的LTE网络优化创新案例一整体简介二现状描述三解决方案目录四效果及推广建议整体简介总体概况：

高铁为典型线性覆盖场景，具有速度快（时速达300Km/h），建有专网（除火车站外，与公网不设邻区）,列车屏蔽性高(列车损耗15-30dB)，小区用户集中等特点，在这种特殊覆盖场景下，带来了5大问题：1、速度快，小区重选与切换频繁；2、速度快，多普勒频偏严重；3、建有专网，专网与公网之间频率有重叠，相互之间存在干扰；

4、建有专网，存在高铁用户与公网用户相互串网后引发的问题；5、车体损耗大，用户集中，KPI指标受影响，引起弱覆盖和易拥塞等问题。本方案通过采用窄波瓣天线，小区合并，开启频偏纠正，

ECO公专网协同优化，低速迁出高速迁入，网络分层和负荷调整等多种措施对以上问题予以优化和解决。关键信息：场景类型室内外问题类型设备类型铁路室外广/优宏/微宁杭高铁湖州段全长77公里，隧道外长度57公里，隧道总长度20公里（共有10个隧道），经过长兴、吴兴、德清3个县区，沿途有3个高铁站。全天往返发车次数153次，日均用户约6万人次。现状描述场景描述：网络现状：全路段总站点数162个，宏站108个，隧道口及隧道内站点54个，红线外站间距平均在650m左右。整个路段共有32个LTEeNodeB覆盖，每个eNodeB采用三小区组网，频段以F+D2+D3的叠加方式，同时每个eNodeB下挂有10台左右的RRU，RRU型号为3172或3182现状描述网络现状（续）：5、弱覆盖和拥塞公专网用户相互串网：专网与公网分开组网，且不设邻区，高铁用户一旦脱离专网后很难返回专网；而公网用户进入专网后又难回到公网,易引起投诉4、公专网用户相互串网由于高铁的特性，带来了小区重选与切换频繁；多普勒频偏严重；公专网相互干扰；高铁用户与公网用户相互间串网；弱覆盖和易拥塞等一系列问题。1、重选与切换频繁2、多普勒频偏严重小区重选与切换频繁：

由于高铁时速可达300km/h，而单个基站覆盖距离短，造成小区间的频繁重选和切换，影响网络性能公专网之间相互干扰：在带宽20M情况下，专网F频段采用的38500频点与公网有5M或10M频率重叠，相互之间存在干扰问题3、公专网相互干扰弱覆盖和拥塞问题：车体损耗大，高频段覆盖差，影响语音用户的通话质量；小区用户集中，节假日话务突增，引发F频段小区拥塞，影响4G用户体验多普勒频偏严重：

运动速度越快频偏越大，而高铁速度快，频偏严重，易引起专网用户脱离专解决方案技术特点：从工程建设，参数调整，新增设备等多方面进行着手调整，应用窄波瓣天线，小区合并，开启频偏纠正，ECO公专网协同优化，低速迁出高速迁入，网络分层和负载均衡等多种技术措施5、网络分层和负载均衡低速迁出高速迁入：将脱离专网的用户及时返回专网，将周边的公网用户返回至公网4、低速迁出高速迁入1、小区合并与窄波瓣技术2、开启高速模式和频率纠偏小区合并与窄波瓣技术：采用高增益窄波瓣天线和将多个基站RRU进行合并，延长小区的覆盖距离ECO公专网协同优化：在小区有高铁驶入时，限制周边公网站点的PRB调度，驶离后恢复PRB调度3、ECO公专网协同优化开启高速模式和频率纠偏：通过开启高速小区指示和采取下行频率纠偏网络分层和负载均衡：将覆盖连续性较好的F频段用于VOLTE，同时数据业务实现F+D2+D3负载均衡解决方案建设方案：针对切换和重选频繁，采用高增益天线和小区合并技术cell2cell2cell1切换切换cell3cell2cell2cell2cell2无需切换无需切换无需切换无需切换无需切换多RRU小区合并组网高铁场景下，LTE最大可支持12个RRU进行小区合并。

多个子站合并为一个小区，列车经过无需进行小区切换提高性能采用高增益天线:由于高铁是线性组网场景，为增加基站覆盖距离，减少重选和切换，天线采用水平波瓣32°增益21dB的高增益窄波瓣天线。

小区合并技术:若在没有RRU小区合并的情况下，假设列车以300km/h速度运行，则列车每10秒左右将进行一次小区间切换，频繁的小区切换将极大降低网络的性能采用高增益窄波瓣天线后，可以使基站覆盖距离更远，从而减少基站数量，减少了切换和重选的次数解决方案建设方案：针对针对多普勒频偏严重，开启高速小区指示和采取下行频率纠偏

芯片类型终端类型脱网次数测试总里程（km）百公里脱网比海思芯片华为MATE7421120.1次高通芯片iphone5s11421125.39次三星NOTE312221125.77次HTC8921124.21次开启高速小区指示:在高铁沿线的各个小区静态参数中开启高速小区指示从测试统计情况来看，高通芯片对频偏支持度不好，脱网次数较多。列车在高速状态下，会导致接收端接收信号频率发生变化，解调性能下降。多普勒频移计算公式为：fd=f/c*v*cosθ。因此速度越快，站轨距越近，夹角越小，频率越高，多普勒频偏越大。站轨距低于50米时频偏大，D频偏较F频段大。解决方案下行预纠偏开启前后分别进行拉网测试，选择特性开启小区进行数据统计SINR-RSRP曲线如上(黑色-开启前，黄色-开启后)，可以看到相同RSRP下，纠偏打开后，SINR明显增益，信道条件改善，VOLTE平均MOS分提升明显(开启前均值3.04，开启后均值3.42)。上图：下行频率纠偏各抱杆纠偏量统计建议开启场景：铁路沿线列车运行阶段不建议开启的场景：

⑴

列车站台，及列车进出站速度较低的场景；

⑵非背靠背双拼组网等一个抱杆上同方向有多于一个扇区场景；

⑶跨抱杆RRU级联的组网场景；

⑷小区合并的跨板应用场景；

⑸不同RRU链上的RRU双拼为同一个扇区时；⑹

小区未绑定在RRU直连基带板设备的载波场景开启下行预纠偏功能:小区合并下，不同扇区的交叠重合区域，UE接收到的两个扇区信号间存在一正一反较大频偏。如左边图所示，基站通过接收到的手机频偏折算两相邻扇区下行频偏并提前纠偏，减小频偏量。解决方案建设方案：针对公专网同频干扰，采取修改公网频点及带宽或ECO公专网协同优化目前专网使用F频段EARFCN:38500(1895-1915MHz),而公网使用F频段EARFCN:38400(1885-1905MHz),和38350(1880-1900MHz),在带宽20M情况下

，使用的频率资源存在5M或10M的重叠，导致相互间干扰。修改公网频点及带宽：修改公网频点为38325，带宽15M，与专网频点38500，带宽20M，在频率上错开，在解决干扰的同时，可以充分使用频率资源。缺点：公网带宽15M，相对于20M有5M的频率资源损失ECO公专网小区协同优化：通过ECO与专网站点、公网站点进行信令交互，根据列车上高速用户到达与离开情况，对相应的公网小区的PRB资源进行相应的启用或限制调度，实现干扰抑制，提升了频谱资源利用效率。在专网有高铁用户时，对周边公网小区限制PRB调度。无高铁用户时，重新启用限制的PRB调度测试验证：H726244德清乾元金鹅山安置3为公网小区，EARFCN:38400，带宽20M，H751720童家斗为高铁专网小区，EARFCN:38500，带宽20M

，专网与公网有10M的频率重叠。在有列车驶入时，周边公网金鹅山安置3PRB调度数仅为45。在列车离开后，公网PRB调度数又恢复为97。驶入过程概括如下：eNodeB侧，上报列车是否驶入的相关信息：eNodeB检测小区内高速用户数、高速邻区切换入用户数等，并上报eCo。eCo由此判断列车是否驶入及方向。2.eCo侧，协调调度公/专网资源：通知即将驶入的休眠小区提升功率，并触发定时器，该定时器时长由eCo侧参数HSRICCTRL.HSRCellPowerResumeTime配置。eCo限制关联公网小区重叠频带PRB资源的调度，由eCo侧参数HSRICCTRL.PRBProhibitSwitch配置。驶离过程概括如下：1.休眠小区禁止新用户接入(除切换)，并迁出已有用户，使小区用户数为0。2.eCo降低休眠小区RRU发射功率至零，恢复关联公网小区的PRB资源调度。说明：

⑴

列车驶离后，首先小区内低速用户切换到周边公网邻区(类似低速迁出)。

⑵周边公网信号弱等情况，可能导致残留少量用户无法迁出，可通过参数CellHoParaCfg.HSCellSleepUserNum将残留用户迁出。⑶当用户存在QCI=1的语音业务时，为防止掉话，针对此类用户不进行迁出。解决方案建设方案：针对公网用户侵占专网用户资源，采取高速迁入低速用户迁出运营商通过部署LTE高铁专网来改善高铁用户在高速移动场景下的用户业务体验，实际运行中遇到2个重要问题：1、公网用户占到专网，不但占用专网资源而且高铁周边边缘用户占到专网后弱覆盖，却无法返回公网，引起投诉2、专网用户脱离专网后难以返回（高通芯片缺陷）采取高速迁入低速用户迁出：通过EPC+无线联合方案来解决高铁网络存在的问题（通过SPID来识别迁入迁出用户）。在低速段：高铁火车站周边前后10公里范围区域定义为低速路段，该路段不做迁入操作。在高速段：除低速段区域以外的高速运行路段，该区域即做迁入操作也做迁出操作。用户在高铁专网接入，后续在高速段区域误飘入公网，则通过该用户最后一次访问的TAC信息是否高铁专网识别用户，指示其重新接入到高铁专网。UE进入空闲态后，会重新发起TAU流程尝试接入返回高铁专网。迁入迁出在高速段或者低速段区域驻留在专网TAC下EnodeB的用户，如果专网小区驻留时长超过30分钟，就启动SPID标识用户迁回公网小区。备注：火车站室分EnodeB不计入专网，误切概率小。解决方案总体迁出效果：试点eNodeB平均用户数减少20%-50%，最大用户数减少10%-20%，有效降低基站负荷总体迁入效果：试点区域专网eNodeB最大用户数平均增加6-10%，提升用户驻留效果，改善用户体验eNodeB用户数实时跟踪对比11月2日和3日同时段分别进行了用户数的实时跟踪，除去用户数较平缓的时刻，开启前后公网用户数的对比如下：火车站北的eNodeB有效果；火车站南由于的eNodeB由于覆盖火车站进/出站口效果不明显。公网用户数11月2日（试点前）11月3日（试点后）公网用户迁出比例火车站北583441.4%火车站南22209.1%解决方案目标改造：步骤一：升级MME30&MME99至USN10.6版本；步骤二：湖州段试点区域eNodeB割接至MME30和MME99所组POOL；步骤三：MME开启快速移动服务保障和基于SPID的UE驻留和切换策略管理功能；步骤四：eNodeB部署基于SPID的灵活用户分层功能解决方案建设方案：针对弱覆盖和拥塞等KPI问题，采用VOLTE优选F频段和负载均衡高铁车速快，车体屏蔽性高，覆盖连续性差，语音业务易引起质差，影响感知。而且高话务小区节假日用户激增，易引发拥塞。VOLTE语音业务优选F频段：F频段相对于D频段的路径损耗小，深度覆盖能力强，能形成连续覆盖，

而D频段频段较高，损耗大，因此VOLTE用户优选F并且“黏住”F频段。利用F频段覆盖优势保障VOLTE指标和MOS分。同时为了防止F频段过于拥塞，将数据业务优先分配到D频段，实现语音数据分层。原理：支持不同QCI业务覆盖参数差异化配置，针对QCI=1业务独立设置覆盖切换参数，引导D频段的VOLTE用户尽可能多的转移到F频段，同时控制F频段的VOLTE用户尽可能留住在F频段，从而专网内VOLTE业务能绝大多数在F频段。

QCI=1QCI=2~9

F频段D频段F频段D频段A1门限-118-43-96-105A2门限-120-43-100-108A4门限-60-115-106-98VOLTE用户迁移路线数据用户迁移路线参数设置进行分层参数设置后，VOLTE用户基本处于F频段上，达到了97%

，相对于设置之前的F频段68%驻留有了很大的提高。VOLTE测试各类指标稳定性较之前也有很大改善，性能逐步提升。解决方案解决方案负荷调整前后RRC连接建立次数对比小区号

参数中文名称

参数组ID

参数值

修改值

火车站南1小区最低接收电平

-64-60火车站南1小区异频\异系统测量启动门限

1418火车站南1小区小区重选优先级

76火车站南1小区异频频点高优先级重选门限38100159火车站南1小区异频频点高优先级重选门限40940169火车站南2小区异频频点小区重选优先级3850076火车站南3小区异频频点小区重选优先级3850076负荷调整前后上行PRB被使用的平均个数对比负载均衡参数调整针对火车站南等高话务小区，负载均衡调整前，F频段小区RRC连接建立次数在3个小区中占比达到了70%左右，上行PRB利用率在75%以上，很容易引起拥塞。经参数调整后，RRC连接建立次数在3个小区中的占比降至30%，PRB利用率降至40%，有效的将数据业务分流至D2、D3频段，防止F频段小区出现拥塞。数据业务负载均衡：经过前面A1,A2,A4门限调整后，部分高话务小区F频段数据业务还是明显偏高，占