高铁LTE网络射频优化实践

    席素伟

    

    

    

    摘要：高铁场景LTE网络覆盖受到车体损耗、多普勒效应、车速过快等影响，以致组网信号覆盖及网络性能优化处理较为复杂。文章针对无线环境变化、站点地理分布、天线安装质量等因素导致的高铁质差路段，综合小区有效覆盖距离和重叠覆盖度分析研究成果，指导高铁沿线站点的射频优化。

    关键词：高铁；有效覆盖距离；重叠覆盖度；射频优化

    1内容概述

    随着无线网络发展至4G时代，高铁4G也面临着许多问题：

    （1）新型全封闭高速列车带来的高穿透损耗；（2）多普勒频偏带来的接收机解调性能恶化；（3）超高速移动带来的重叠覆盖不足及频繁切换。

    针对无线LTE网络中无线环境变化、站点地理分布、天线安装质量等因素导致的质差问题路段，开展系统的分析优化，总结射频优化的经验和方法，提升高铁网络质量和改善用户感知体验，本文是针对某某高铁XX段进行研究。

    2高铁网络现状

    2.1高铁站点规模

    高铁站点在初期建站时采用的多是与移动和联通共站，因此从现网的运营商的建站规模分析，3家运营商基本一致。

    统计高铁沿线站点，其中移动站点87个，小区数目220个（F&D叠加组网/20 M）；联通基站73个，小区数目165个（1.8G/20 M）；电信基站85个，小区数目159个（1.8 G/15 M），如图1所示。

    2.2站点分布分析

    建议高铁两边站点均匀分布，避免长距离高铁在铁轨的最侧。

    某某高铁XX境内，全长约85km，沿线近侧站点数85个，主服务小区按行驶的南北方向分布统计如表1所示。

    ××段高铁站点主要分布在北侧，故位置靠北信号强度相对较好，如图2所示。

    2.3站间距分析

    站间距分布合理，避免过大或过小造成切换不及时或频繁切换，影响高铁性能；

    某高铁××段高铁小区整体站间距情况如图3所示。通过数据可知：600～900 m，900～1200 m，1200～1500 m为主要站间距范围，存在1个站点与周围高铁站点距离较近，主要是问题路段弱覆盖导致过远覆盖。

    2.4站轨距分析

    纵观整体某某高铁XX段，站规距普遍在200 m以内，因此在优化过程中要重点关注小区方位角和下倾角，避免入射角过小穿透损耗加大，从而影响了高铁覆盖性能。

    某某高铁XX段高铁小区整体站轨距情况如图4所示。

    2.5天线夹角分析

    采用背靠背两扇区覆盖高铁场景，天线夹角应尽量要求小于160°，避免覆盖出现空洞。

    某某高铁XX段高铁小区整体天线夹角情况如图5所示。

    2.6相对高度分析

    天线相对高度不足，容易天线覆盖下降，影响小区中远点信号覆盖性能。

    某某高铁XX段高铁小区天线相对高度情况如图6所示。

    2.7高铁网络难点

    综合现网高铁网络的站点基础信息、前期测试数据和现场勘查情况，目前某某XX段高铁主要的难点如下：

    （1）高铁小区站点间距存在不合理，部分不同基站小区切换带信号干扰严重。（2）小区的天线相对铁轨高度与高铁线路基本持平，入射角过小，穿透损耗较大。（3）部分高铁小区站轨距在100 m以外，在小区射频优化时需兼顾非高铁场景下信号的覆盖和用户的使用，调整不当易导致非高铁场景覆盖空洞。

    3射频优化实践

    针对高铁LTE网络现状，为了进一步改善高铁网络质量，现场联合优化团队通过大量的路测数据分析，针对高铁质差路段，兼顾高铁和非高铁用户，开展射频优化实践摸索，提出了高铁小区“有效覆盖距离”和“重叠覆盖度”概念，总结了一套现场射频优化调整方法论。

    3.1有效覆盖距离

    有效覆盖距离，是主服务小区连续覆盖的参考范围。

    控制小区有效覆盖距离避免覆盖不合理导致的网络同频干扰，通过梳理现网分布较为理想站点的信息，分析不同小区在不同站轨距和天线相对高度的有效覆盖距离，同时推导误差合理范围内的修正值，指导高铁沿线小区的覆盖控制。

    （1）有效覆盖距离。有效覆盖距离定义：指结合优化后的路测数据小区作为主服务连续覆盖高铁线路的距离。

    （2）分析优化思路。有效覆盖距离指小区作为主服务连续覆盖的距离，结合不同站轨距和相对天线高度的测试数据分析，同时推导修正值。

    推导过程：（1）以站轨距和天线相对高度为参考维度，开展有效距离推导；（2）结合路测数据，计算每个小区在高铁场景下的实际覆盖距离；（3）使用工具计算每个小区的理论覆盖距离做参考；（4）通过两者覆盖差异，推导出修正范围，引导后续高铁优化。

    3.2现网经验推广

    总结实际优化的测试结果，推导有效覆盖距离和修正值，对后续高铁提供优化指导，基于XX现网高铁实际情况，统计汇总如表2所示。

    高铁的各自特性致使高铁站点优化与普通射频优化有着很大的不同，总结实际优化过程中修正值推导过程，得出以下不同站轨距下修正值，对后期高铁优化有着极大的指导意义。

    举例：LF_H_XX大桥高地上_49扇区，站规矩为110 m，该扇区的最远覆盖距离如图7所示。

    则该扇区有效覆蓋距离为：516 m，该扇区天线相对铁轨挂高10 m，垂直波瓣角5°，下倾角6°，根据工具计算得到覆盖为286 m，如图8所示。可推算出修正值为：516-286=230 m左右。

    LF_H_XX大桥高地上_50扇区，站规矩为110 m，该扇区的最远覆盖距离如图9所示。

    则该扇区有效覆盖距离为：787 m，该扇区天线相对铁轨挂高10 m，垂直波瓣角6°，下倾角4°，根据工具计算得到覆盖为573 m，如图10所示。可推算出修正值为：787-573=214 m左右。

    3.3应用案例

    3.3.1问题描述

    UE在某某高铁由北向南行驶，经过LF_H_XX里洋桥南侧路段时，UE占用LF_H_XX里洋桥50扇区信号覆盖存在弱覆盖问题，由非高铁站点LF_H_XX大桥北覆盖，LF_H_XX大桥高地上站点未开通，该扇区覆盖如图11所示。

    3.3.2问题分析

    调整前该扇区工参数配置如下：

    如图12所示，天线相对挂高10 m，屬于10～15区间，站轨距为50 m，属于50～100区间，垂直半波瓣角6°，下倾角12°，根据工具计算出理论半功率点为60 m，明显存在覆盖不足问题。

    按照该扇区与周边站点开通情况所得实际覆盖需求距离为0.3 km左右来计算下倾角，得到下倾角应调整为7°，如图13所示。

    结合不同场景RF调整补偿值的经验，该地点位于高速，按照补偿200～300m重新计算，即按照实际覆盖需求为350m计算得到下倾角设置为9°，如图14所示。

    3.3.3效果评估

    按照下倾角9。进行调整后，复测覆盖图来看与预想结果吻合、效果较好，覆盖如图15所示。

    3.4小区重叠覆盖度

    重叠覆盖度，衡量的是邻区干扰主服务小区的强度。

    邻区探测的强干扰小区造成严重的下行干扰，通过路测数据和MR测量上报，评估小区的重叠覆盖度，梳理TOP小区针对性地进行网络优化，验证优化效果，指导后续高铁小区的干扰优化。

    3.4.1小区重叠覆盖度

    重叠度盖度定义：在主服电平须大于一定门限值时，若实测数据样本在大于等于Threshold=主服电平一定门限值的范围内，若存在大于等于3个邻区的接收信号，则认为该样本为重叠覆盖样本。区域或小区的重叠覆盖次数越多，重叠覆盖越严重。

    小区干扰贡献度的广度体现在计算干扰的总次数多少，深度体现作为干扰信号的强弱，此指标越大，说明该评估小区对整体区域的干扰贡献越大。

    因此在分析重叠覆盖度时，结合重叠覆盖度和干扰贡献度综合。

    3.4.2重叠覆盖分析方法论

    （1）基于路测的重叠覆盖分析。

    由于高铁属于特殊场景，路测数据的采样点栅格反映路线覆盖较为真实。

    优点：采样数据比较真实，更能体现高铁用户真实情况。

    缺点：采样数比较小，分析不全面。

    在使用测试软件时，我们通过定义过滤器的公式筛选重叠覆盖点位，以CDS的测试软件为例，定义表达式过滤器，参考如图16所示。

    3.4.3基于MR的重叠覆盖分析

    通过订阅、采集MR数据，经后台OMstar工具统计重叠覆盖度方法。通过对某个覆盖区域、某个时间范围内所有的在线用户，提取MR文件，获取每个UE的主服务小区、邻区以及经纬度等信息，从而统计小区级、栅格级重叠覆盖度以及小区干扰贡献度。

    优点：采样范围广、深度覆盖分析比较全面；

    缺点：用户场景复杂，数据准确性欠佳。

    OMStar工具使用步骤：

    （1）新建工程，如图17所示。

    （2）导入数据（工程参数、基站配置数据和MR数据如图18所示）。

    （3）数据分析，如图19所示。

    （4）数据输出。

    输出的重叠覆盖内容应包含excel“被动干扰评估1825 MR”与“主动干扰评估MR”。其中“被动干扰评估1825 MR”中包含小区级重叠覆盖度及TOP干扰小区、棚格重叠覆盖度等几个部分。“主动干扰评估MR”包含小区干扰贡献度。MR数据的输出项能很好实现重叠覆盖呈现、指导网络优化。

    3.4.4分析优化思路

    分析思路：

    （1）以路测数据的重叠覆盖分析筛选问题区域；（2）结合MR数据进行重叠覆盖参考，确认重叠覆盖区域和干扰小区；（3）结合MR的干扰小区贡献度，开展射频和参数优化。

    针对干扰小区是否高铁小区给出不同的优化方案：

    非高铁小区：通过射频调整和功率参数优化控制信号覆盖范围，避免影响高铁性能；

    高铁小区：（1）通过射频调整和参数优化控制主服务小区的有效覆盖距离；（2）通过切换参数优化控制切换重叠区，避免频繁切换；（3）通过超级小区合并SFN和PCI重规划消除站内及站间小区的同频干扰。

    3.4.5现网经验推广

    某某高铁XX段开展重叠覆盖度优化，通过路测数据前后对比指标有较为明显改善，如表3所示。某某高铁重叠覆盖率对比，如图21所示。某某高铁重叠覆盖采样点对比，如图22所示。通过MR重叠覆盖度评估对比可以看出，重叠覆盖的小区数目减少，重叠覆盖小区占比减少，由MR数据和测试数据定位问题点，进行优化后的效果较明显，干扰小区干扰总得分明显下降，并且干扰小区的数目也明显减少，如表4所示。

    3.5应用案例

    UE在某某高铁由北向南行驶，经过LF_H_XX惠民张汇村南侧路段时，UE占用LF_H_XX惠民张汇村_51扇区信号，发现在该区域存在重叠覆盖问题，如图23所示。

    通过后台MR取重叠覆盖指标发现，在该区域确实存在重叠覆盖，主要是周边站点LF_H_XX王棣村_51、LF_H_嘉马家浜_49和LF_H_XX惠民陆家沃_50对LF_H_XX惠民张汇村_51小区有重叠覆盖。MR数据如表5所示。

    MR栅格重叠覆盖如图24所示。

    3.6问题分析

    UE在该问题区域占用LF_H_XX惠民张汇村51（PCI221）扇区信号，RSRP在-100dBm左右，SINR在4dB左右，速率在12Mbps左右，邻区列表中存在LF_H_XXSE棣村51（PCI 254）信号，RSRP在-105dBm左右，两小区在问题区域存在重叠覆盖，并且在两小区存在MOD3干扰，如图25所示。

    LF_H_XXSE棣村站点非高铁主导站点，主要覆盖周边村庄，因此将LF_H_XX王棣村_51（PCI 254）扇区下倾角增大，消除在问题区域的重叠覆盖。

    3.6.1优化方案

    建议将LF_H_XX王棣村_51（PCI 254）电子下倾角有3°～9°。

    3.6.2优化效果

    通过将LF_H_XX王棣村_51（PCI 254）电子下倾角调至9°后，经过复测在该区域的重叠覆盖已消除，如图26所示。

    在后台取出的MR重叠覆盖指标中，该主覆盖小区的重叠覆盖度有较为明显的改善，如表5所示。

    由MR栅格重叠覆盖度图可以看出该问题区域的重叠覆盖有明显的优化，如图27所示。

    输出的RSRP图对比，RSRP无明显变化，问题区域周边非高铁用户基本无影响，如图28所示。

    3.6.3优化成果

    结合现场射频优化的经验方法论，现场开展了3轮系统射频优化，在无站点规模变化的情况，高铁网络质量有较为明显的改善，如表6所示。

    同时在优化过程中，由于考虑到非高铁用户场景下的覆盖范围控制及射频优化，因此对比射频优化调整期间的网络指标监控来看，如图29—32所示，高铁小区的LTE网络掉线率略有下降，其他各项网络指标都波动正常，且未受到非高铁用户的相关投诉。

    4结语

    高铁场景覆盖复杂，在站点规划建设和网络优化中都存在不少的困难，因此控制小区的有效覆盖，减少重叠覆盖度，是高铁无线侧优化的重中之重。XX无线网优联合团队通过高铁优化科学分析梳理测试数据，直面网络根因，科学运用优化手段，减轻网络干扰。在优化过程中不断总结经验，高效支撑高铁优化，保障网络质量，提升用户感知。