LTE高铁场景容量预测与扩容指导河北

LTE高铁场景容量预测及扩容指导概述近年来，4G网络在中国快速发展普及，顾客数量大大增加。与此同时，高速铁路在我国以及全球范畴内发展快速，高铁运行里程已达成3万公里以上并且呈快速增加的趋势，乘坐高速铁路已经成为广大群众重要的中长途出行方式。高速铁路和4G通信的蓬勃发展，共同推动高铁区域成为4G话务集中高发区，多个都市和地区高铁网络已面临大话务压力，是网络扩容的重点区域。为满足高铁区域顾客业务需求，指导和规范高铁区域FDD-LTE网络扩容，本文在现网数据的基础上，分析高铁顾客业务模型，提供高铁扩容原则基线，并给出场景化的扩容方案，供一线在实际高铁扩容操作中参考。高铁顾客发展状况预测社区顾客数预测全景普通来说包含趋势分量预测，突发分量预测，周期分量预测，随机分量预测。本文对高铁社区顾客预测重要考虑了对趋势分量的预测和对突发分量的预测，从上述两个方面对高铁顾客数量进行预测。在本文中分两个小节介绍。长久顾客发展趋势预测由于4G顾客和高铁在中国的兴起，共同推动了高铁网络顾客量增多。为更加好的预见将来顾客状况，指导扩容，这里介绍顾客发展预测基本办法。LTE顾客数增加预测基本原理是根据网络顾客数历史数据，选择适宜的增加函数进行建模，并根据增加函数预测将来一段时期的顾客数增加状况。预测的输入为网络/社区的顾客数历史增加数据，输出为顾客数增加函数模型，进而预测将来某时期的顾客数。以火车站举例，已有该车站站台区域LTE社区4月20日-4月26日一周的话统数据（共4社区），需要预测该车站到9月下旬的顾客数状况。车站站台LTE社区4月20日-26日每日忙时话统数据以下：表格STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s11火车站站台（4社区）4月20-26日忙时平均顾客数日期时间社区社区平均顾客2014火车站月台12到1547.52014火车站月台8到11105.4012014火车站月台4到790.1052014火车站月台1到384.3262115火车站月台12到1538.4262115火车站月台8到11137.792115火车站月台4到764.1012115火车站月台1到359.9612214火车站月台12到1539.9862214火车站月台8到1190.5042214火车站月台4到7106.8272214火车站月台1到383.2942315火车站月台12到1573.8192315火车站月台8到11187.3012315火车站月台4到789.4562315火车站月台1到392.7632417火车站月台12到15106.2092417火车站月台8到11180.3342417火车站月台4到7129.7092417火车站月台1到3129.2412515火车站月台12到1565.652515火车站月台8到11178.3712515火车站月台4到7104.2412515火车站月台1到376.7692617火车站月台12到1589.5232617火车站月台8到11174.2392617火车站月台4到7152.6032617火车站月台1到3130.442站台区域20-26日每日忙时顾客数总计以下表格STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s12火车站站台（总计）4月20-26日忙时平均顾客数日期站台区域平均顾客20327.33221300.27822320.61123443.33924545.49325425.03126546.807平均415.6假设，现在需要预测5月，该车站站台区域忙时顾客数量，则能够使用上面的数据。5月高铁站台区域忙时4G顾客数Nt=N0×S节假日突发顾客预测铁路旅客出行含有明显的节假日突发特性。节假日期间，高铁旅客人数会有较明显增加，高铁上座率会较平时上升，如果旅客客流需求较大，铁路系统还会以增加假日客车等形式提高运力。假日旅客出行高峰同时会给高铁移动通信网络容量带来压力，因此节假日是高铁车站和线路区域重点保障时期。为更加好的应对节日旅客陡增带来的容量压力，需要对高铁节日突发顾客进行预测。经收集高铁发送旅客量数据，初步可用节假日突发系数表达高铁旅客节假日突发状况，即高铁社区节假日LTE顾客数量=高铁工作日LTE顾客数*节假日突发系数。具体突发系数在实际操作中能够从以往高铁专网话统顾客数规律中获取。以高铁车站站台社区五一节日期间数据为例阐明。首先统计目的社区节日前工作日及五一节期间的顾客数数据，该高铁站台社区数据举例以下：（4社区，4月20日-5月6日数据）图表STYLEREF1\s3SEQ图表\*ARABIC\s11高铁车站站台（4社区）4月20-5月6日话统将以上社区取忙时汇总成果以下表格STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s13火车站站台忙时平均顾客数汇总日期火车站月台12到15火车站月台1到3火车站月台4到7火车站月台8到1104/20/52.86384.32690.105137.20904/21/46.33465.141106.102137.7904/22/49.11983.294106.827132.53804/23/78.935127.16134.511187.30104/24/123.591140.364152.297212.85804/25/91.341101.145139.746178.37104/26/89.523130.442155.852205.88904/27/89.656102.939136.004182.39204/28/125.355128.215168.704231.5504/29/146.712134.148173.739224.07304/30/272.071279.289316.249352.39605/01/236.989228.752289.839344.86805/02/212.59147.047206.108311.70905/03/210.258214.829310.667335.52405/04/127.378149.064237.426323.42105/05/117.313136.889217.956270.35305/06/109.335139.799200.958228.513按照日期顾客数折线图，可观察到，该局点高铁车站节日高峰出现在4月30日。图表STYLEREF1\s3SEQ图表\*ARABIC\s12火车站忙时顾客数变化趋势其中，节前4月27-29日是工作日，计算忙时顾客量，并与突发日相比，可得突发系数。此数据能够用于后来一段时期内该区域的节日顾客数预测（例如端午假期，国庆假期）。表格STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s14火车站节日突发系数预测日期火车站月台12到15火车站月台1到3火车站月台4到7火车站月台8到11总计04/27/89.7102.9136.0182.4511.004/28/125.4128.2168.7231.6653.804/29/146.7134.1173.7224.1678.704/30/272.1279.3316.2352.41220.0工作日平均120.57121.77159.48212.67614.50突发系数2.262.291.981.661.99举个例子，假设现在需要预测10月国庆节期间，该局点车站站台区域忙时平均顾客数量，则能够用上节9月下旬长久预测顾客成果与突发系数相乘的到。国庆节忙时平均顾客数=9月下旬长久顾客数量预测成果*突发系数=662*1.99=1317。高铁扩容方案整体扩容原则解决网络容量问题，有各个方面的手段。如RF优化，网络参数优化，单载波算法优化，扩容等。从减少成本方面考虑，网络扩容的原则是：能优化则尽量先考虑优化，然后再考虑扩容。通过对现有网络容量状况的评定，在制订有关扩容方案之前，首先要考察容量拥塞区域的社区系统参数设立与否合理，观察分析与否能够通过优化现有系统参数的方式来提高网络承载能力，进一步提高系统资源的运用率。当RF优化和网络参数3优化已经无法改善网络承载和顾客体验的状况下，则考虑通过扩容方式解决网络容量问题。高铁扩容评定整体流程图表STYLEREF1\s4SEQ图表\*ARABIC\s11高铁扩容评定流程高铁场景化扩容方案FDD-LTE高铁组网方案根据高铁建设特点，涉及多个不同的组网场景。具体涉及线路链状覆盖场景，桥梁场景，隧道场景，车站场景，分叉及多线交汇场景。在高铁扩容规划中，我们根据不同区域的组网特点，可将扩容场景分为下列三个;高铁站台区域（专网覆盖）线路区域（专网宏覆盖+链状社区合并）候车厅（室分场景）下面就以上三种场景的扩容方案进行具体阐明。线路区域扩容方案（宏覆盖+链状社区合并场景）组网现状高铁线路区域的覆盖普通采用双通道RRU3632，以利于LTE系统实现MIMO传输。产品版本收发通道使用射频接口数射频接口使用方式备注BTS3900LTEV100R006C01及后续版本1x2T2R2ANT_TX/RXA和ANT_TX/RXB组合使用单扇区1x2T4R4ANT_TX/RXA和ANT_RXC、ANT_TX/RXB和ANT_RXD在单扇区内组合使用单扇区天线方面，高铁场景普通采用高增益窄波瓣天线进行覆盖。高增益窄波瓣天线普通能够做到增益18～21dBi，波瓣宽度约35度。华为高铁天线以下。表格STYLEREF1\s5SEQ表格\*ARABIC\s12华为高铁天线频段型号选型建议工作频率(MHz)增益Gain(dBi)尺寸(mm)水平波瓣宽度(度)电下倾角(度)与否电调FAA19452101窄波束高增益1710-217020.51318x289x85332-10电调FA/DAFDD4519R05月份开始供货1880-2025/2555-265519.5/19.5/201396×319×116332-12电调组网方面，普通采用单抱杆双RRU背靠背方案：在每个抱杆上放置两个双通道的RRU，每个RRU与一种双极化的定向高增益天线相连，分别覆盖抱杆两侧的铁路。每个抱杆可称为一种子站，为节省站址资源，子站通过光缆连接到集中放置的BBU处。图表STYLEREF1\s5SEQ图表\*ARABIC\s11高铁组网形式社区合并方面，线路链状区域为减少列车高速移动造成的频繁切换，普通采用多社区合并的方案，单BBU最多支持6个社区合并。扩容方案在以上组网条件下，高铁线路区域的扩容方案推荐载波扩容的办法。铁路线路覆盖不推荐通过小分辨裂扩容，因素重要有下列两条：线路区域，顾客重要分布于列车上，是集中的，并非在覆盖区域均匀分布。小分辨裂产生的新社区在列车未进入前是没有顾客的，小分辨裂不能有效的起到吸取容量的作用。线路区域切换区域是通过设计的，社区边沿杆间距普通要不大于非社区边沿的杆间距，大概小300m，这重要是保障足够大的覆盖重叠区，为高速移动的顾客留足切换的时间。当小分辨裂时，实际部分非社区的边沿会变形成新的社区的边沿，这时非社区边沿的杆间距过大，不符合覆盖重叠区的规定，会产生切换失败的问题。小分辨裂在线路上产生了更多的切换区，会使高铁顾客在列车上频繁跨越切换区，带来过多切换，影响顾客体验。方案要点载波扩容方案要点：频率规划：现在高铁的频率规划原则：整体向1.8(15M)+2.1(20M)双层网演进，以1.8G带宽为主，公专异频组网，也不允许任何形式的公专同频组网。具体规定以下：表格STYLEREF1\s5SEQ表格\*ARABIC\s13高铁频率规划原则高铁专网周边公网高铁扩容两载波的频率建议备注1.81.82.1+1.81.8可能不持续覆盖，需要加站。推荐。功率规划在高铁采用单载波覆盖时，建议1.8单载波功率最大10W/path，后台RS最大功率不超出12.2dBm，2.1G频段单载波功率最大20W/path，即后台RS最大配备功率不超出15.2dBm，原则上初始规划时应为载波扩容预留资源。当同频段载波扩容时，扩容载波需要与原载波同覆盖，因此扩容载波要与原载波采用相似的RS功率和PA，PB配备。且双载波功率之和不能不不大于设备能力。邻区规划当高铁线路通过载波扩容成为多载波社区时，邻区规划有以下几个状况：1.8G同频覆盖1.8+2.1新增载波能确保持续覆盖1.8+2.1新增载波不能确保持续覆盖下面分别对三种状况的邻区配备进行阐明：1.8G同频覆盖新增载波层只需要考虑链形社区前后2个方向上各一种同层专网社区作为邻区即可，与公网不配备邻区关系。新增载波层在相似覆盖区域的两层社区网络之间互配邻区，同时为确保网络线路上不发生不同社区之间的异频切换，建议不同社区间不配备异频邻区，具体以下图图表STYLEREF1\s5SEQ图表\*ARABIC\s12邻区规划示意对双层网络AB两层，以B2社区为例，B2单层社区邻区配备原则同单层网路，同时B2需配备A2为异频邻区（普通A2/B2共BBU且共RRU），B2不配备临近的A1及A3邻区。1.8+2.1新增载波能确保持续覆盖新增2.1G频段载波层可确保持续覆盖，链形社区前后2个方向上各与一种同层专网社区配备邻区。为均衡同覆盖的1.8+2.1G社区，同覆盖的两层社区网络之间互配邻区，确保MLB负载均衡的应用。新增2.1G载波覆盖好于原载波层1.8G，为避免1.8G社区向前后2.1G社区频繁的做基于覆盖的异频切换，建议不配备1.8G与前后2.1G社区间的邻区关系。即A1与B2不配备邻区关系。示意图与同频组网状况相似。1.8+2.1新增载波不能确保持续覆盖为均衡同覆盖的1.8G+2.1G社区，同覆盖的两层社区网络之间互配邻区，确保MLB负载均衡的应用。新增载波不能确保持续覆盖，因此新增1.8G频载波要与前后2.1G社区配备邻区关系，确保高铁顾客的切换。多载波均衡方略考虑到载波扩容后，不同的载波层间的负载问题，建议新增载波层和原载波层间应启动MLB负载均衡。1.8G载波扩容(2.1G)后，可采用双载波随机驻留，依靠MLB均衡两个载波间的负载。扩容后为1.8+2.1的网络，由于1.8G能确保持续覆盖，可作为覆盖层，2.1G作为容量层，建议优先驻留在容量层2.1G载波社区。高铁站台区域扩容方案（专网覆盖）组网现状高铁车站场景重要分为大中型车站和小型车站，普通列车在大中型车站都会停车，车站构造复杂，但站台普通在1楼，站台与候车室社区间顾客变化频繁，车站覆盖社区话务量大等是大中型车站的重要特性；小型车站停车较少或停车时间短（1～3分钟），车站构造简朴，站台和候车厅均在1楼。车站区域由顾客人员多，构成相对复杂（包含上车乘客，下车出站乘客，站务工作人员，乘务人员等），是话务高发区，普通是最容易产生拥塞的高铁场景。由于无论大小车站，站台区域普通与线路同层，普通采用专网覆盖，因此这里不分辨大中型车站和小型车站，统一当作一种场景。扩容方案站台区域可用的扩容方案有三种：分别是载波扩容，小分辨裂和增加站点。站台区域普通是专网覆盖，在有可用载波资源的状况下，普通首选载波扩容。载波扩容代价小，不需要增加过多的设备资源，且对现有载波网络影响最小，是抱负的扩容方案。在载波扩容条件不能满足的状况下，对于站台区域能够考虑小分裂和增加同频站点进行硬扩。扩容方案的优先级为载波扩容->小分辨裂->增加站点。站台区域的扩容流程以下：图表STYLEREF1\s5SEQ图表\*ARABIC\s13站台区域扩容流程方案要点站台区域载波扩容要点：频率规划高铁站台载波扩容频率规划与线路区域相似，请参考线路区域频率规划原则。功率规划高铁站台载波扩容功率规划核心点与线路区域相似，请参考线路区域功率规划原则。邻区规划当高铁站台通过载波扩容成为多载波社区时，邻区规划原则以下：1.8G载波层作为覆盖层，2.1G载波层作为容量层。新载波社区需要考虑与之同覆盖的覆盖层社区配备异频邻区，作为均衡负载的作用。2.1G容量载波层与相邻的候车厅社区间不配备邻区关系，候车厅社区与站台社区的切换统一由2.1G覆盖载波层承当。多个新增载波社区之间互相配备同频邻区。由于站台社区属于低速场景，新增载波社区与原覆盖层的社区间能够配备异频邻区。图表STYLEREF1\s5SEQ图表\*ARABIC\s14站台邻区规划示意A1，A2为1.8G载波覆盖层，B1，B2为2.1G载波容量层，W1为候车区域室分社区。以B1为例，需要与B2配备同频邻区，A1，A2配备异频邻区，但不用于W1配备邻区关系。多载波均衡方略考虑到载波扩容后，不同的载波层间的负载问题，建议新增载波层和原载波层间应启动MLB负载均衡。1.8G载波扩容(2.1G)后，可采用双载波随机驻留，依靠MLB均衡两个载波间的负载。扩容后为1.8+2.1的网络，由于1.8G能确保持续覆盖，可作为覆盖层，2.1G作为容量层，建议优先驻留在容量层2.1G载波社区。站台小分辨裂方案要点：如果载波已扩完，或者没有适宜载波资源时，如果站台社区采用了多RRU合并，能够考虑应用小分辨裂的方式对高铁站台区域进行扩容。小分辨裂是指，在现网逻辑社区是由多个物理社区合并而成的场景下，为增加网络容量，将合并的在一起的物理小分辨裂为多个逻辑社区的过程。站台小分辨裂时应当现场勘察，以设计对应的小分辨裂方案。应当注意对切换的控制，尽量运用天然的隔断进行社区的划分，减少切换发生的频次。同