高鐵WCDMA雙載波專網實現及策略部署研究

梁松柏，李文生，魏 寧，劉 偉

（中國聯合網絡通信有限公司河南省分公司 鄭州 450045）

高鐵小區功率在列車通過時具有突發脈沖特性，瞬時用戶數過多，底噪抬升明顯，嚴重影響系統容量和質量，同時也降低了用戶感知。結合京廣高鐵和京滬高鐵的優化實踐證明，雙（多）載波組網是高鐵WCDMA網全覆蓋場景下，保證高鐵網絡質量和用戶感知的唯一解決方案。同時，高鐵WCDMA網覆蓋在不同場景與基本完善的大網覆蓋之間存在交叉、重疊覆蓋，導致網內干擾十分突出。如何兼顧高鐵和大網WCDMA網絡的質量和用戶感知，已經成為通過策略加載和優化、提升高鐵WCDMA網絡覆蓋和質量需考慮的關鍵因素。

本文重點從高鐵不同無線環境場景下專網的實現、不同業務資源的分配、頻率選擇策略、回落策略等角度，分析和思考當前高鐵環境中WCDMA網雙（多）載波專網部署時需考慮的因素及相關影響，為后續高鐵WCDMA專網規劃、設計及優化提供參考思路。

2 雙載波專網策略

2.1 專網覆蓋策略

高鐵WCDMA雙（多）載波專網可有效解決由高鐵用戶業務資源需求相對集中造成的小區功率資源枯竭、用戶感知下降的問題，能快速改善用戶感知并提升網絡口碑。根據高鐵專網覆蓋的要求，高鐵用戶僅在專網小區發生業務，且網絡性能滿足用戶業務要求。高鐵WCDMA專網的實現主要通過對高鐵不同場景加載不同的鄰區策略實現。我國高鐵WCDMA專網覆蓋最具挑戰性的場景有車站場景、并行線場景、交叉線場景等，具體介紹如下。

2.1.1 車站場景

正常情況下，車站為用戶出入高鐵的主要場景，是用戶手機終端出入高鐵專網的通道。我國現有高鐵車站在移網覆蓋上存在兩種情況:一是有室內分布 （以下簡稱室分），二是無室分。

（1）有室分覆蓋車站

在有室分的候車廳場景，高鐵基站與大網基站在進行規劃、設計和優化時，必須考慮在候車廳的不同區域形成重疊覆蓋區域，如圖1所示，高鐵小區、大網小區分別與候車廳小區形成不同的重疊覆蓋區域。在圖1中，候車廳室分系統成為過渡網絡，幫助終端完成高鐵網絡與大網之間的小區選擇、重選及切換。因此，一可以確保用戶在候車廳和大網之間自由出入，即F1小區2/F2小區2（大網）與F1小區3/F2小區3（候車廳室分系統）之間有足夠的重疊覆蓋范圍；二可以確保用戶在候車廳與高鐵站臺之間自由出入，即F1小區1/F2小區1（高鐵專網）與F1小區3/F2小區3（候車廳室分系統）之間有足夠的重疊覆蓋區域。

采用的鄰區配置原則介紹如下:同站雙層小區（不同頻率）之間互設鄰區，如F1小區2/F2小區2；大網雙層小區與候車廳室分系統雙層小區之間互設鄰區，如F1小區2/F2小區2（大網）與F1小區3/F2小區3（候車廳室分系統）；高鐵專網雙層小區與候車廳室分系統雙層小區之間互設鄰區，如F1小區1/F2小區1（高鐵專網）與F1小區3/F2小區3（候車廳室分系統）。大網小區與高鐵專網覆蓋小區之間不設鄰區。

（2）無室分覆蓋車站

在無室分候車廳場景，高鐵基站與大網基站在進行建設和優化時，必須考慮在候車廳形成單一重疊覆蓋范圍，如圖2所示，高鐵小區、大網小區分別與候車廳小區形成交叉覆蓋區域。通過鄰區配置策略確保用戶在候車廳內，即F1小區1/F2小區1（高鐵專網）與F1小區2/F2小區2（大網）之間完成小區選擇、重選及切換。

采用的鄰區配置原則介紹如下:高鐵同站專網小區互設鄰區，如F1小區1/F2小區1（高鐵專網）；高鐵專網小區與大網出入口小區互設鄰區，如F1小區1/F2小區1（高鐵專網）與F1小區2/F2小區2（大網）。

2.1.2 并行線場景

高鐵與其他交通線并行場景如圖3所示，稱為Ⅱ型場景，標記陰影的扇葉為大網小區，其他扇葉為高鐵專項覆蓋小區。

采用的鄰區配置原則如下:同站不同小區分別覆蓋高鐵和大網，鄰區配置在邏輯上保證相互獨立，因此有:

圖1 候車廳室分雙載波、高鐵雙載波、大網單（雙）載波場景

圖3 高鐵與其他交通線并行場景

·高鐵專網鄰區配置，同站、不同站專網小區間互設鄰區，如場景A F1/F2小區1之間、場景A F1/F2小區1與場景B F1/F2小區6這4個小區之間互設鄰區，形成高鐵邏輯專網；

·大網鄰區配置，同站、不同站大網小區間互設鄰區，如場景A F1小區3/F1小區2與場景B F1小區4/F1小區5這4個小區之間互設鄰區，確保高速公路等其他慢速用戶駐留大網；

·高鐵專網小區與大網小區不設鄰區。

2.1.3 交叉線場景

高鐵與其他交通線交叉場景如圖4所示，稱為X型交叉口場景，標記陰影扇葉為大網小區，其他扇葉為高鐵專項覆蓋小區。鄰區配置原則與并行線場景相同。

2.2 業務分配策略

（1）業務態策略

目前，業界主流且已進行大規模應用的雙載波業務態分配策略主要有業務分層策略和自由駐留策略，兩種策略的優劣勢對比見表1。

經過在京廣高鐵鄭州段和廣州段的大規模驗證，自由駐留能夠最大限度地保障每個用戶的感知，數據業務用戶感知提升，語音業務用戶感知有所下降，基于充分利用資源且保證客戶感知的角度，在滿足業務最低門限的前提下，自由駐留更適合于高鐵場景。

（2）空閑態策略

策略1:終端隨機駐留在不同的載波上，當網絡尋呼UE時，需在兩個載波上同時下發paging。

圖4 高鐵與其他交通線交叉場景

表1 雙載波業務態策略優劣勢對比

策略2:所有UE均駐留在F1上，RAN尋呼UE時只需在F1小區上下發paging。所有UE均監聽F1小區的尋呼信道。當UE被激活時，UE在F1小區上報RRC建立請求消息（RRC connect request），RNC收到請求消息后，在F1小區下發RRC建立消息（RRC connect setup）。根據不同的RRC建立請求原因值，RNC為UE分配不同的載波。UE依據RNC connect setup消息，在RNC所分配的頻點上上報RRC建立完成（RRC connect complete）消息，隨后在對應的頻點上建立RAB。

2.3 頻率選擇策略

常用高鐵雙載波頻率策略分析見表2。從京廣高鐵河南南段的實際應用情況看，高鐵雙異頻（完全獨立方式）專網更能有效對抗大網干擾，特別是在東部、中部發達地區，高鐵經過密集城區、縣城、鄉鎮等區域，雙異頻組網Ec/Io≥-12 dB的比例至少提升5%，是高鐵專網的推薦方式。

2.4 回落策略

高鐵專網的形成，是建立在高等級專業維護和優化的基礎上的。在實際運營過程中，存在兩種情況:一是高鐵基站斷站、出現故障，重選和切換鏈路出現故障，用戶終端進入大網；二是因高鐵負荷增加、覆蓋收縮、電平及載干變差，用戶遷移出專網。因此應該在部分大網區域，設置高鐵用戶返回專網的策略。返回帶應遵循如下原則:

表2 常用高鐵雙載波頻率策略分析

·返回帶應選擇在公網話務量較小、網絡覆蓋簡單純凈的區域；

·頻繁斷站且恢復難度較大的區域應考慮設置返回帶；

·返回帶應選擇能滿足切換和重選時間要求的高鐵專網小區；

·高鐵專網返回帶應設置與該區域大網的入口單向鄰區關系。

2.5 關鍵參數策略

關鍵參數策略，是主要應用于高鐵全線專網小區的重要參數，以鞏固高鐵WCDMA專網覆蓋，確保高鐵網絡質量和用戶感知，以兼顧大網用戶感知為原則，具體介紹如下。

·高鐵專網的所有參數設置應滿足接入快 （涉及PRACH初始發射功率、步長、接入次數及等待時長參數）、切換快（快加慢刪，涉及1A/1B/1C/1D門限、遲滯、觸發時間等參數）、重選快 （涉及Qqualmin、Qrxlevmin、Sintrasearch、Treselections等參數）的原則。

·UE移動策略:高鐵在雙載波覆蓋區域內移動時，業務態只進行同頻切換；空閑狀態下，終端根據小區信號質量Ec/Io進行小區選擇和重選。

·鄰區參數策略:所有高鐵專網小區至多互設非本站兩層范圍內的鄰區；同站高鐵專網小區F1及F2互配共站同扇區的空閑態重選鄰區；非同站同頻高鐵小區互配業務態切換及重選鄰區。不建議配置異系統鄰區關系。

·均衡策略參數:高鐵小區F1/F2都承載CS業務和PS 業務（R99+HSPA），配置為“CS+PS preferred”；終端在駐留載頻發起業務請求。

·返回帶參數:主要為異頻切換（2D/2F門限、遲滯、觸發時間）參數和重選參數（Qqualmin、Qrxlevmin、Sintrasearch、Sintersearch、Treselections）等。同時公網返回帶小區應適當設置專網鄰區的CIO偏置，以確?？焖倩芈涔W的用戶能快速返回專網小區。

·部分高鐵功能的開啟:多RRU合并小區（解決切換帶過短）、多普勒頻移補償（解決頻率偏移過大導致的調制困難問題）、cell_FACH（延長用戶資源釋放周期，稀釋信令風暴）和GSM網fast return（配合回落策略要求）等功能的開啟，能有效改善高鐵專網質量。

3 策略應用效果

在京廣高鐵河南段WCDMA專網上加載以上策略，模擬用戶行為，實際測試效果見表3。

通過策略加載和優化，與用戶密切相關的各項指標均達標。

4 結束語

WCDMA雙（多）載波專網是提升高鐵WCDMA移動網絡質量、口碑及用戶感知的唯一解決方案。為實現專網覆蓋，需要針對車站、隧道、并行線和交叉線等特殊場景的網絡覆蓋進行專門規劃、設計和優化，并通過相關鄰區設置策略實現邏輯專網；通過雙載波異頻、隨機自由駐留業務資源分配策略、回落策略及相關參數的加載和優化，能夠有效保證高鐵網絡質量；通過開啟部分功能進一步提升高鐵網絡質量和用戶感知。高鐵專網形成后，如何解決高鐵小區下公網用戶的出口仍需進一步探索。

表3 京廣高鐵河南段各階段WCDMA網指標對比

1 Holma H,Toskala A.UMTS中的WCDMA-HSPA演進及LTE(原書第5版).楊大成譯.北京:機械工業出版社,2011

2 王有為,徐志宇,夏國忠.WCDMA特殊場景覆蓋規劃與優化.北京:人民郵電出版社,2011

3 梁松柏，魏寧，韓廣平等.利用后臺實時跟蹤及多載波解決全覆蓋高鐵網絡質量.中興通訊,2014(1)