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2010年12月13日2沪宁高速铁路于2010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部分。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，线路走向基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2010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2008年7月开始兴建。2010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通共有隧道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高铁建设蓬勃发展，通信质量面临考验12500亿元人民币的总投资，2006到2010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达到200至300公里。蓬勃发展的高铁建设，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掉网或在网打不通电话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。该偏移是基站到手机的下行信号的频移量，由于手机会通过下行信号的频率来校正上行频率，因此手机实际将产生两倍的偏移量。如此高的频率偏移将直接影响手机对邻区测量结果，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，则检测到的相关峰将越来越提前到达，如果频偏是负的，则相关峰将越来越落后到达。如果NodeB采用固定的搜索窗，则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.cvfrCW21rvCf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/chip32.7frame）。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，然后获取正常服务。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高速小区重选问题服务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合适小区进行驻留，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。建议重叠重选区应达到：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，系统中切换的基本目的就是为移动用户提供连续的，无中断的通信服务。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状态下服务小区的切换，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，以获得最好的服务效果。不同RNC之间，如果没有配置Iur接口，则无法发生软切换，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，手机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。否则手机来不及完成切换时，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，考虑到手机测量需要的时间，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，促使手机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，关机进行分离，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，避免计时器过短而造成呼叫过程失败。对3gpp规范的思考，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