中国联通北京分公司高速铁路GSM优化技方案

中国联通北京分公司高速铁路GSM优化技术方案高铁网络优化小组2011年7月1高速列车对现网质量的影响分析1.1CRH3衰耗图1：CRH3型列车测试平面图表2：CRH3型列车衰耗表车厢类型位置接收电平(dBm)衰耗值(dB)软座车厢A点-490C点-501E点-6011B点-530D点-552F点-629车体加车厢内空间衰耗约为11dB。1.2高铁沿线覆盖信号强度需求1.2.1手机在单小区内的最低信号强度需求根据理论计算，为了手机能发起和建立呼叫，需要的最低信号强度为：SSreq=MSsens+RFmarg+IFmarg+BL其中：MSsens：手机接收机灵敏度、为-104dBmRFmarg：瑞利衰落（快衰落）余量，与“正常”移动的手机相比，快速衰落对高速移动的手机的影响很小，假设为0dBIFmarg：干扰余量2dBBL：人体损耗5dB因此，SSreq=-97dBm1.2.2考虑切换的最低信号强度随着列车的运行、手机逐渐远离基站，服务小区的信号强度也在衰落。为了保证呼叫建立或者持续通话，手机要在接收的信号强度低于SSreq前切换到新的小区。也就是说，车内的覆盖目标为：SSdesire=SSreq+HOVmargin其中：SSreq：-97dBmHOVmargin：切换时间内的信号衰减余量，手机远离基站而产生的慢衰落。一次切换的最短时间包括：滤波器处理时间，我们建议高速铁路服务小区的测量报告滤波器长度设置为2，即1秒；解码BSIC的时间，平均1-2秒；切换执行时间，100ms级别，可以忽略不计。总共需约2-3秒，在这段时间内，列车行驶了85*3=255m，在离基站300米到1000米的距离内（目前现网铁路沿线站间距一般都小于2km），用户向远离基站的方向移动255米，信号衰减约在4－8dB左右，即HOVmargin＝8dB；因此，列车内SSdesire=-89dBm。而车外的信号强度设计目标SSdesign为：SSdesign=SSdesire+LNFmargin(o+i)+TPL其中：LNFmargin(o+i)：正态衰落余量，在市区、室内环境下取值，为13.1dB；TPL：TrainPenetrationLoss,火车厢穿透损耗，11dBSSdesign＝-65dBm也就是说，车厢外的设计信号覆盖至少要达到-65db，低于-65db就需要有更好的小区出现，以便手机进行切换，否则按照以上的计算理论，在完成切换前车厢内的手机很可能因达不到保持通话的最低信号电平要求（SSreq=-97dbm）而产生掉话。1.2.3小区覆盖半径假设EIRP为51.1dBm（考虑了大多数基站的发射功率、馈线及跳线损耗，CDU-D，天线增益为13dBi），则最大允许的路径损耗为：Lpathmax=EiRP-SSdesign=51.1-(-64.9)=116dBm根据Okumura-Hata传播公式，Lpath=A-13.82logHb+(44.9-6.55logHb)logR-a(Hm)其中Lpath为路径损耗、Hb为基站高度（米）、Hm为手机高度（米）、R为手机到基站的距离（km）、a(Hm)=3.2*(log11.75Hm)2-4.97我们假定：基站高度30米、手机高度2米，市区环境A=146.8。可以算出小区半径R＝546m，站间距1092m。若采用各种手段增加EIRP，站间距还可以增大，例如采用增益为18dBi的天线，EIRP可以达到56.5dBm，则R可以达到777米，站间距1554米。1.3相邻小区的重叠区域手机在服务小区的信号强度衰落到一定程度，会触发小区重选（idle模式）或者切换（Active模式）过程，我们必须保证在手机顺利进入新小区之前，当前小区的信号不会进一步衰落到门限值以下，否则空闲的手机可能进入NoServiceMode（即脱网）、或者Active模式的手机切换失败而掉话。因此需要控制重叠区域的大小，来保证重选或者切换的完成。1.3.1Idle模式下的小区重选我们小区重选采用C1、C2法则。Idle模式手机接收信号的门限值为C10。目前铁路沿线小区的典型参数为ACCMIN=102，CCHPWR=33，CRO=0，TO=0，PT=0。而:C1=(RxLev-ACCMIN)–max(CCHPWR-P,0)上图是典型的小区重选过程所示。手机在从CellA往CellB移动的过程中，一直在测量二者的信号强度，并计算各自C1、C2值。根据小区重选规则，若C2BC2A超过5秒，则重选到CELLB。在O点C2B=C2A。因此重叠区域的定义就是：列车从O点向CELLB行进5秒到达A点时，C1A还是大于0才不会脱网，反之亦然。根据上节设定的覆盖目标，在O点的信号强度为-89dBm，距基站A的距离R为450米，列车以300km/h的时速运行5秒、即85*5=425米到达A点。根据路径损耗计算公式，信号在这425米内衰耗8.85dB，即CellA在A点的信号强度RxLev为-89-8.85≈-98dBm，此时C1A＝(-98-Accmin)-max(CCHPWR-P,0)0，用户到A点时可以重选到CELLB。考虑到从CellB到CellA也需要重叠区域，因此重叠区域Ro＝2OA＝850米。需要注意的是，这里没有考虑天线下倾角的影响，现网中下倾角差异较大，需要依据路测结果作调整，必要时减少下倾角度来增加重叠区域。1.3.2Active模式下的切换Active模式下的切换由手机和网络共同完成。切换算法比小区重选复杂，但一般比小区重选的发生要及时。不考虑各种惩罚和迟滞，只要邻小区信号强于服务小区，BSC即可能发出切换命令，不需要额外等待5秒钟，大约3秒内完成切换（包括滤波、排序、切换执行）。对相邻小区重叠区域长度的要求小于Idle模式，满足idle模式的重叠距离一定满足active模式下的切换要求。1.4小结综合以上分析，高速列车对网络质量的影响主要有以下因素：车体密闭造成的额外的穿透损耗增加，京沪高铁采用的CRH3型列车穿透损耗为11dB。高速运行造成小区切换边缘信号强度提高，根据典型传播模型计算，切换边缘信号强度要求达到-65dBm（车体外）。高速运行要求小区的重叠覆盖区要达到850米。高速运行造成小区切换边缘信号强度提高，根据典型传播模2高速铁路的优化策略2.1覆盖优化针对高速铁路特点，网络必须实现深度覆盖才能保证网络质量。按照前一章的分析结果，网络覆盖应达到以下标准：1、小区切换边缘信号强度-65dBm2、重叠覆盖区850米按照以上标准，采用常规传播模型计算小区覆盖半径约为546米，站间距为1092米。为此一般情况下要对沿线的覆盖进行较大的调整，包括：1、对于较大范围的覆盖空洞需要建设新基站进行补充覆盖；2、对于局部的信号混乱或特殊覆盖路段（如隧道等）需要建设直放站进行补充覆盖；3、对于现网铁路覆盖小区需要进行天线、发射功率方面的调整，增加铁路的覆盖深度；4、减少铁路覆盖小区数量，形成长距离的主覆盖信号，将越区覆盖、过覆盖、覆盖距离短、覆盖衰落快的信号清理出铁路覆盖，避免频繁重选和切换。2.2重选与切换算法优化小区重选与切换算法的各项参数要保证重选与切换的顺畅和快速完成，以配合高速列车的信号快速衰减的特点，尽量使手机能及时地占用到最强的覆盖信号。主要涉及的参数优化方法包括：1、邻区列表的简化；2、C1、C2算法参数优化；3、切换滤波、决策的相关参数优化；4、1800M或900M小区的层级；5、其他辅助功能参数的优化。2.3主覆盖小区频点的优化在网络规模不断扩大的情况下，由于频率资源的限制，频率复用度必然增加；由于规划或地理位置的原因，在多小区的情况下多会产生同频、邻频干扰，使通信质量下降，网络服务性能变差。干扰是影响通话质量及掉话率、接通率等网络系统指标的重要因素。由于无线电波传播的特性，决定其在通信过程中必然受到外界多种因素的影响，这些干扰的存在给我们网络的正常运行带来了一定的不良影响，故应对高铁沿线主覆盖信号的频点进行优化，保证其“纯净度”，降低由同邻干扰造成的掉话。3基于现网结构的参数优化方法3.1空闲模式参数优化手机空闲模式下主要完成信号监测、服务小区和相邻小区的广播消息监听、寻呼监听、小区重选等任务。为适应高速铁路的信号快速变化的特点，应加快小区重选的流程，使手机能尽量驻留在最强的信号上。空闲模式的参数优化主要包括以下几方面：1空闲BA1表的简化简化空闲BA1表，减少需要监听的邻区BCCH数量。BA1表越长，则手机对单个邻区的测量时间越短，越少时间去监听邻区的BSIC，造成小区重选的滞后，因此必须减少BA1表，建议降低到12个以下。2.BS_PA_MFRMS的优化手机在空闲状态使用不连续接收（DRX）来降低手机耗电(见下图)，但如果DRX周期过长，则手机监测网络的时间就越短(如下图)，测量的准确性和及时时就会下降，因此在铁路线上应尽量缩短DRX周期。DRX周期由寻呼的多帧结构长度（BS_PA_MFRMS）决定，以300km/h的时速计算，当BS_PA_MFRMS=2时，对邻区的测量时间间隔为为0.47秒，列车运行了39米，而如果BS_PA_MFRMS设为9，则测量间隔达到2.12秒，列车运行了177米，可见当BS_PA_MFRMS设置过大时，对邻区的测量不能及时追踪信号的变化情况。因此减小铁路沿途小区的BS_PA_MFRMS值，可以提高手机在空闲状态下信号测试数量和准确性，建议统一设BS_PA_MFRMS为2。BS_PA_MFRMS检测周期S列车运行里程M20.47秒3951.18秒9871.65秒13892.12秒1773.ACCMIN、CRO的优化ACCMIN直接影响C1值的计算，CRO则影响C2的计算，如果铁路线上相邻小区的ACCMIN和CRO不相等，则必然造成列车一个运行方向上的重选滞后，因此建议铁路线上的主覆盖小区的ACCMIN取相同值（-102dBm），CRO值取0。为提高铁路线上主覆盖小区的重选优先权，可以提高周边小区的ACCMIN值（设为-100dBm），使其C1、C2值减小。4.PT与TO的设置PT与TO参数配合可以实现对邻区C2值计算的临时惩罚，在普通环境下可以减少小区重选，但对于高速列车的环境，延迟小区重选只能造成起呼无法占用主覆盖信号，加大起呼失败的机会，因此建议PT与TO设置为0。5.CBQ的设置设置CBQ参数可以调整小区选择时的优先级别，一般现网小区该参数均为HIGH。在专网配置时可以考虑将铁路专网小区CBQ设为LOW，以避免铁路周边用户错误进入专网小区，在现网调整方案中考虑到铁路线较长而且存在部分区域的信号覆盖不足，客户可能在列车运行期间开关机或换电池，又或者通信中断，此时将CBQ设为LOW，将导致列车上的用户无法选用铁路线的主覆盖小区，因此建议在现网优化方案中CBQ保持与大网一致，设为HIGH。6.小区参数CRH（CellReselectionHysteria）的优化为了保证在高速列车上的小区重选性能，应当对参数CRH进行重新评估。在GPRSREADY状态，参数CRH对小区重选有影响，邻区信号强度必须比驻留小区高出CRH(dB)，手机才能重选到新的小区去；另外在位置区边界，小区重选也必须满足以上条件才能发生，因此为避免CRH对小区重选的滞后作用，所有铁路沿线的小区如果没有特殊原因，CRH的值应当默认为4或更小。防止CRH过大，导致手机迟迟不重选，影响接收电平和接收质量。7.READYTIMER（T3314）的优化过大的ReadyTimer会导致手机经常处于GPRSReady状态。而在Ready状态下，手机在计算相邻小区的C2值时，无论是LA内部小区还是LA外部小区，额外要加CRH的迟滞，为了减少手机处于Ready状态的时间，建议将覆盖铁路沿线的SGSN中的ReadyTimer相应调小，具体数值需要结合SGSN覆盖区的业务特点和GPRS寻呼指标进行调整，调整范围建议为5~20秒。3.2切换相关参数优化切换对于通信的保持性非常重要，高速列车容易产生切换混乱或切换不及时问题。为了