沪宁高速铁路WCDMA网络覆盖优化及应用对策

沪宁高铁WCDMA网络覆盖优化及应用对策中国联通江苏分公司运行维护部网络优化中心2021年12月13日2沪宁高速铁路于2021年7月1日正式通车并投入运营，是长江三角洲地区城际轨道交通网规划的重要组成局部。全线长约300公里，其中在上海市境内32公里，江苏省境内268公里，线路走向根本与京沪线沪宁段平行，全线共设31个站点。列车设计时速350公里，采用无渣轨道设计，真正实现南京与上海之间一小时通达的“1小时经济圈〞。由于高速列车主要采用CRH2、CRH3等车型，车体密封性好、损耗高，并且由于列车运行速度快的原因，在前期WCDMA大网覆盖下车厢内通话质量明显下降。为提高沪宁高铁覆盖质量，提高联通WCDMA网用户的高铁使用感受，并为后期京沪高铁江苏段提供优化经验和思路，江苏联通于2021年5月中旬开始启动沪宁高速铁路专项优化工作。前言3

沪宁高速铁路情况

高铁高速性引出的问题

高铁覆盖关键问题分析及对策

高铁网络配置和优化建议江苏优化典型案例介绍

目录沪宁高速铁路情况4沪宁高速铁路情况：1、全线介绍：沪宁城际铁路是在中国上海与江苏省南京市之间建设联系区域内部交通的高速铁路规划，从2021年7月开始兴建。2021年7月１日上午８时，上海虹桥站和南京站同时相向发出首列动车，世界上标准最高、里程最长、运营速度最快的城际高速铁路——沪宁城际高铁正式开通运营。共设31个车站，正线全长300公里，其中上海市境内32公里，江苏境内长268公里。2、江苏段介绍：

沪宁城际铁路在江苏省境内长度为268公里，共跨越五个地市：南京、镇江、常州、无锡、苏州。车型：CRH1，CRH2，CRH3，CRH5。

配备200公里至250公里动车组和时速300公里至350公里本线高速列车。沪宁城际轨道交通正线贯穿共有隧道5座，总长2740m，均为双线隧道。包括南象山隧道，红枫公园隧道，正盘山隧道，桐山路隧道，灵隐路隧道。

5沪宁高速铁路情况沪宁高速铁路全程线路图：

6高铁建设蓬勃开展，通信质量面临考验12500亿元人民币的总投资，2006到2021年间，全国高铁建设将突飞猛进。17000公里铁路新线，其中客运专线7000公里。431Km/h的最高运行速度，上海磁浮列车示范运营线已于2002年年底开通。 全国高速铁路平均时速将到达200至300公里。蓬勃开展的高铁建设，对高铁覆盖提出了高需求.用户体验和运营商品牌受到严重威胁用户体验差KPI变差高速车体损耗大，甚至高达20dB多普勒效应重叠区不能满足切换和重选要求接通率下降切换成功率下降掉话率上升掉网或在网打不通语音质量差数据连接不稳定用户投诉大幅上升，对品牌影响严重话务量降低导致收益降低运营商收益和品牌受到影响8高速覆盖的主要特性9高铁覆盖关键问题分析及对策由于高铁列车的高速移动性，导致列车内的WCDMA网用户相对于其他低速无线环境〔如市区等〕下的用户而言，以下主要因素需要分析和解决：多普勒频移问题高速小区重选问题高速呼叫接入问题V型地带覆盖问题铁路站点的覆盖策略超近距离站点覆盖

高速小区选择问题

高速切换问题2G/3G重选和切换策略

隧道典型覆盖问题高铁沿线IUR接口实现

10高铁覆盖关键问题分析及对策多普勒效应问题因波源或观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象称为多普勒效应。v：车速；C：光速；f：系统工作频率。

速度越高，频移越大：430km/h：最大多普勒频偏约852Hz/下行，776Hz/上行；250km/h：最大多普勒频偏约495Hz/下行，451Hz/上行；120km/h：最大多普勒频偏约238Hz/下行，217Hz/上行；两倍效果的频移影响：

WCDMA基站采用相干解调检测方式工作，接收端的本地解调载波必须与接收信号的载波同频同相，载波频率的抖动会对接收机的解调性能产生明显的影响。由于UE根据接收到基站的信号频率调整发射频率，因此对于NodeB而言将产生两倍的多普勒频移。多普勒效应多普勒频移计算公式ѲѴff11高铁覆盖关键问题分析及对策当前载波频点（MHz）2142.6移动速度（km/h）最大多普勒频移（Hz）5099.2100198.4150297.6200396.8350694.4当反射方和接收方距离变远时，多普勒频移为负；当反射方和接收方距离变近时，多普勒频移为正。中国联通可用频段为1940MHz至1955MHz〔上行〕，2130MHz至2145MHz〔下行〕，上下行各15MHz，频点带宽为5MHz，可用频点为3个，目前WCDMA网单载波配置上行频点9763

〔对应频率1952.6MHz〕，下行频点10713〔对应频率2142.6MHz〕。当列车行使与基站传输方向夹角θ为“0〞时，产生最大的多普勒频移，各种速率对应的最大频移如下表：由以上计算可以看出，多普勒频移的大小和运动速度成正比。当沪宁高铁运行在设计速度350km/h时，在当前10713频点下多普勒频移在±695.4Hz之间。该偏移是基站到的下行信号的频移量，由于会通过下行信号的频率来校正上行频率，因此实际将产生两倍的偏移量。如此高的频率偏移将直接影响对邻区测量结果，容易引起切换掉话。12高铁覆盖关键问题分析及对策多普勒频偏较正算法多普勒频偏会对接收信号和本地信号之间的帧同步过程产生影响。接收机在进行同步时采用的是相关检测的方式，如果频偏是正的，那么检测到的相关峰将越来越提前到达，如果频偏是负的，那么相关峰将越来越落后到达。如果NodeB采用固定的搜索窗，那么相关峰值将产生移动，定义驻留时间的概念为：相关峰停留在1chip时间范围内的时间长度.是UE在NodeB方向上的速度分量；为码片速率，3.84Mcps。

C为电磁波传播速度；车速(Km/h)(s/chip)(frame/chip)(frame/0.125chip)1201.17117.1914.653000.4746.885.864300.3332.704.09对不同车速下的同步驻留时间进行计算，结果如下：多径搜索窗位置调整的频率：目前中兴通讯UMTS接收机的搜索窗位置调整频率是24frame，远远满足最大车速430Km/h时的要求〔frame/chip<32.7frame〕。13高铁覆盖关键问题分析及对策高速小区选择问题当UE选择了PLMN，同时UE处于空闲模式时，UE发起选择一个属于该PLMN的小区并驻留，然后获取正常效劳。两种情况下UE发起小区选择过程：UE开机、UE每次通话完毕。UE移动速度越大，在一个小区中驻留的时间越短，小区选择过程应在单个小区的驻留时间内完成。假设单小区在高速移动线路上的覆盖范围为1.5公里左右430km/h情况下，UE在一个小区中最多驻留12-13秒。14高铁覆盖关键问题分析及对策应对策略：排除一些不需要的或重复的系统信息。简化邻区关系，降低重选时间为800ms之内。通过调整小区级参数Qqualmin、Qrxlevmin、Pcompensation等参数门限，降低小区选择门限，提前小区选择过程。15高铁覆盖关键问题分析及对策高速小区重选问题效劳小区和邻小区两个的信号强度随着UE的移动不断发生改变，因此处于高速移动环境下的UE需要不断选择一个更好的适宜小区进行驻留，进行小区重选过程。UE移动速度越大，在同样小区重叠覆盖区域情况下，允许小区重选时间变短。小区重选过程包括两个步骤：触发测量小区重选

16高铁覆盖关键问题分析及对策17高铁覆盖关键问题分析及对策18高铁覆盖关键问题分析及对策19高铁覆盖关键问题分析及对策应对策略：优化重选参数(如Treselection等〕，缩短小区重选时延，优化小区重选条件，重选时间800ms之内。合理设置重叠覆盖区，保证小区重选成功率。建议重叠重选区应到达：根据800ms的重选速度,在120km/h、250km/h、350km/h移动速度下，重叠区长度(Length=Speed*Time)分别为26.67m，55.56m，77.78m。

20高铁覆盖关键问题分析及对策高速切换问题移动通信系统的重要特点就是用户终端具有移动的特性，系统中切换的根本目的就是为移动用户提供连续的，无中断的通信效劳。RNC基于UE的测量报告和小区参数进行切换的控制相同切换时延情况下，UE移动速度越大，小区间需要设置越长的切换重叠覆盖区。CELL_DCH状态下效劳小区的切换，包括以下三种类型：同频切换异频切换异系统切换当发生切换的两个小区使用同一个频点时：如果在同一RNC下，对于低速业务一般开启软切换和更软切换，以获得最好的效劳效果。不同RNC之间，如果没有配置Iur接口，那么无法发生软切换，只能发生硬切换。对于高速BE业务〔如R99PS384K业务〕，由于此类业务占用大量的系统资源，往往不允许进行软切换。可以通过RNC参数配置当BE业务速率超过一定门限后就不使用软切换，即使这两个小区在同一RNC下。21高铁覆盖关键问题分析及对策22高铁覆盖关键问题分析及对策23高铁覆盖关键问题分析及对策24高铁覆盖关键问题分析及对策WCDMA网络软切换功能通过增加多条无关分支的存在降低了阴影衰落余量需求，同时通过不同基站信号快衰落的不相关特性，提高小区边沿UE通信质量，减少掉话概率。由于沪宁高铁列车运行速度较快，对软切换带大小比较敏感，随着速度的增加，在同样切换时延条件下，软切换带的大小与速度成正比。否那么来不及完成切换时，原小区信号将衰减至低于解调门限，从而导致切换掉话。一般情况下，1A的软切换时延200∽600ms，考虑到测量需要的时间，实际软切换时延约为800ms左右，为更大限度降低对软切换带的要求，只考虑1A切换时延，不考虑1B切换时延，根据理论分析，这样并不会导致切换失败问题。以下为不同速度需要的软切换带大小：

25高铁覆盖关键问题分析及对策应对策略：优化测量周期等切换参数，在保障成功率的前提下，尽量缩短切换时延。合理设置切换重叠覆盖区，保证切换成功率。建议重叠覆盖区应满足一次切换的需要，一般1次切换时延约为400~800ms左右。根据1A事件触发条件公式：有效抬升“小区独立偏置CIO〞值，在移动信号快速衰减下，促使提前进行测量和提前触发软切换过程。

26高铁覆盖关键问题分析及对策高速呼叫接入问题随机接入是UE向系统请求接入，收到系统的响应并分配接入信道的过程。该过程发生在UE开机进行附着，关机进行别离，位置区更新，路由区更新，执行任何业务的信令连接建立过程中。

27高铁覆盖关键问题分析及对策28高铁覆盖关键问题分析及对策高速场景下UE在单个小区内的驻留时间很短，主叫/被叫流程进行过程中经常会发生从一个小区的覆盖区移动到另一个小区的情况。呼叫过程如果发生在小区覆盖边界，随着信道衰落容易造成PRACH/AICH信道解码异常，导致接入失败。同时如果UE在接入过程中进行了小区重选过程，虽然在接入子信道发送了接入尝试，由于无法收到基站下发的捕获指示消息，同样导致接入失败。应对策略：尽可能扩大单个小区的覆盖范围，减少主叫/被叫流程发生在从一个小区的覆盖区移动到另一个小区的情况。优化呼叫流程，缩短呼叫时延，尽量使呼叫过程在一个小区覆盖范围内完成。根据呼叫流程的时延统计，合理设置计时器参数，防止计时器过短而造成呼叫过程失败。对3gpp标准的思考，对覆盖高铁小区实现簇管理方式，捕获指示消息可以基于簇的下发实现。

29高铁覆盖关键问题分析及对策2G/3G重选和切换策略沪宁高铁同样采用GSM/WCDMA双网覆盖方式，由于WCDMA网软切换、频率补偿以及地市内/地市间RNCIUR接口实现的软切换方式等，相对GSM网有较多的覆盖和切换优势，整体性能上优于GSM网，因此在高铁线路2G/3G重选和切换策略上，需要设置不同于市区大网的互操作方式。重选方面：应通过参数设置，使3G用户尽量小区选择和重选在3G网络上，以获取更好的接入呼叫性能。切换方面：应通过参数设置，在整个路段设置上抬高3G到2G的切换门限，使3G用户通话尽量保持在3G网络上，以获取更好的切换方面的性能，在局部3G质量差的路段，可采用和大网同样的设置，用户同样可以切换到2G网上，保持用户通话的连续性。为提高持续长呼用户的通话感受，可否考虑翻开2G－>3G的切换功能？江苏现网通过实际多轮23G互操作参数的调整和测试分析，用户在23G重选和切换方面已到达初步预期效果。

30高铁覆盖关键问题分析及对策V型地带覆盖问题此处所指的V型地带主要是指高铁轨道缓慢变向的区域，如以下图中标识：针对铁路线上V型路段的覆盖，需要充分考虑基站选址问题。如上图中红色椭圆型标识的区域，铁路的上方是基站调整或增加新站的合理位置，这样既能保证天线主波瓣方向与铁路方向有较大的掠射角，有效降低列车穿透损耗，又可尽量防止小区间覆盖阴影，到达良好覆盖效果。

31高铁覆盖关键问题分析及对策隧道典型覆盖问题隧道作为铁路的组成局部，直接影响到铁路覆盖的指标，必须采用特定的覆盖策略。由于隧道的长度不同直接影响到信源选取、覆盖方式等，通常将高铁隧道按长度小于200m的隧道称为短距离隧道，200m～2000m之间的隧道称为中长距离隧道，大于2000m的隧道称为长距离隧道。长隧道覆盖通常采用RRU作为信号源，使用泄露电缆覆盖，通常需要在隧道内安装多个RRU。并在隧道出入口设置足够的切换区域，以满足切换带需求。为了保证隧道口信号顺利切换，通常在隧道口顶部安装天线，通常采用高增益天线，以保证足够的天线功率。

32高铁覆盖关键问题分析及对策铁路站点的覆盖策略根据无线电波传输特性，小区下行信号在覆盖列车的传输过程中，会不同程度的出现直射衰减损耗，同时由于主波瓣方向与列车存在夹角传播时，也会有较多的信号被列车车体反射，出现反射损耗问题，从而较大程度减弱信号实际覆盖到车厢厢体内部的能力。小区对列车覆盖能力与掠射角的关系：以下图模拟显示了小区方向与列车的实际覆盖方式效果，其中θ为小区主波瓣方向与铁路的夹角，也称掠射角。

33高铁覆盖关键问题分析及对策根据相关测试统计数据，CRH1车厢的穿透损耗与掠射角的关系如以下图所示：可以得到关于新型动车组车厢的穿透损耗如下结论：1)随着掠射角的减小，列车车厢穿透损耗增加幅度增大。当掠射角小于10度时，列车车厢穿透损耗比30度时将额外增加10dB以上，当掠射角小于5度时，列车车厢穿透损耗比30度时将额外增加15dB以上。2)当掠射角在10度以内，列车穿透损耗增加幅度明显加快，所以在网络规划设计的时候，我们建议实际的掠射角应该控制在10度以上。3)根据测试数据，CRH1动车车厢整体穿透损耗平均值在20dB以上。

34高铁覆盖关键问题分析及对策小区对列车覆盖能力与基站铁路间垂直距离的关系：以下图主要模拟了天线高度在10米到90米间不同塔高情况下，基站与铁路间距实现的的实际覆盖铁路长度效果：根据模拟统计结果，基站与铁路垂直距离在500米左右时，能够提供最好的铁路覆盖效果，并随着基站离铁路的距离变大，小区对铁路的覆盖长度逐步降低。以通常的40米天线高度为例，根据上图统计可知，小区能够覆盖铁路上约2.4公里的长度。

35高铁覆盖关键问题分析及对策应对策略：充分考虑新站到铁路的距离，500米左右垂直站距能实现铁路覆盖长度的最大化。合理控制小区覆盖方向与铁路夹角的关系，减少列车的反射损耗。在计算小区覆盖能力时，综合考虑各型列车的穿透损耗。

36高铁覆盖关键问题分析及对策超近距离站点覆盖因为前期网络建设或覆盖区域需求，局部基站实际距离铁路非常近，如以下图所示：为减少频繁切换问题，小区1和小区2采用0.5/0.5RRU共小区方式覆盖，但由于入射角过小，导致容易产生图中阴影区的出现。应对策略：可通过对1、2小区RRU增加功分的方式，增加3、4小区对阴影区的覆盖，实际逻辑小区仍只有一个，完成对本区域的连续覆盖。

37高铁覆盖关键问题分析及对策高铁沿线IUR接口实现鉴于WCDMA网软切换相对于硬切换在切换时延需求、切换信令的复杂度、切换成功率等方面的优势，为在高速移动环境下较少和防止跨地市间RNC切换失败的情况，建议覆盖高铁的所有RNC间开通IUR接口软切换功能。基于IP承载的Iur是指Iur用户面流量通过IP承载网，传送到另外一个地区的RNC。实施时Iur与IuPS共用一个物理连接，其组网方式如以下图所示。RNC的Iur流量由CE会聚后，经过IP承载网，到达另外一个地区的CE，再转到目的RNC。基于IP的承载网是3G网络的开展趋势，采用IP技术后，可以得到组网灵活、传输效率高等优点，同时对于RNC扩容等网络结构变化时，只需进行数据配置方面的简单变化，能够适应网络的快速变化。江苏现网经过测试，已证明基于IP承载的IUR接口可成功实现。38高铁网络配置和优化建议采用功分方式增大覆盖距离单RRU功分双向发射示意图

在高速覆盖组网时，为了增加单个RRU的覆盖范围，减少RRU数目，可以采用一个RRU功分双向发射的方式来增加单RRU的覆盖距离。

高速小区下行基带信号同时向两个方向发射，逻辑上还是单个小区工作，这样就相当于1个小区的分裂。当列车行驶经过基站时，不会发生软切换，从而提升性能。RRU1RRU2小区1小区239高铁网络配置和优化建议已建宏站采用小区分裂方式第四小区覆盖是指在现有的三小区蜂窝小区结构上，新增一个小区用于提升覆盖，第四小区硬件上要求每小区要功分覆盖两个方向，从而减少高速列车的小区切换和小区重选。40高铁网络配置和优化建议采用双RRU小区合并方式增大覆盖距离BBURRURRUBBURRURRU小区1小区2双RRU小区合并方式示意图在站点资源获取本钱较高，或站间距较大的场景下，可采用双RRU背靠背方式进一步增大单站覆盖距离。在该方案中，上行使用四天线模式，但在单个方向覆盖范围内是2根天线在工作，等价于2天线接收分集模式。下行基带信号复制，同时由2个RRU发射。逻辑上还是单个小区工作。当列车行驶经过基站时，不会发生软切换，但在两个RRU覆盖的交叠区存在KPI的短暂损失。41高铁网络配置和优化建议站点选择42高铁网络配置和优化建议站间距选择43高铁网络配置和优化建议站间距选择44沪宁高铁优化典型案例1、切换〔重选〕类-切换带延长优化问题：南象山隧道室分系统开通之后，每次测试在入隧道口200米处切换不及时掉话。分析：在10:05:39.640上报1d事件，隧道信号psc=424替换友谊路PSC=44〔EC/IO=-10.30〕，但是在10:05:39.781EC/IO恶化到-20，解码不成功，导致掉话。解决方案：由于Ec/Io恶化过快，参数调整无法解决，需要在隧道口增加切换带长度。采用RRU级联并在隧道口利用一外打天线，延长该室分与其它小区的切换带长度。

45沪宁高铁优化典型案例验证效果：46沪宁高铁优化典型案例2、导频污染类－小区合并技术现象：西库基站与广宜路基站之间EC/IO差。分析：在两基站之间发生屡次切换(导频信号过多)，且切换过程中EC/IO偏差。解决方案：该区域导频信号过多，软切换过多，为了防止发生屡次软切换，需要减少导频的信号的数量并加强个别小区的导频信号，对话务量小的基站〔西库基站〕进行小区合并，来扩大软切换区〔满足最小软切换时延要求〕。现网小区配置如下，CELL1与CELL2分别覆盖不同方向。

47沪宁高铁优化典型案例针对以上问题，采用小区合并0.5+0.5配置，具体实