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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48dB左右，即HOVmargin8dB；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 ： Train Penetration Loss, 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R546m，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No Service Mode（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Ro2OA850 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：l 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。l 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）。l 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M2 0.47 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（Cell Reselection Hysteria）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GPRS READY 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.READY TIMER （T3314）的优化过大的ReadyTimer 会导致手机经常处于GPRS Ready 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520 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。为了解决这些问题，下面就如何对切换以及与切换相关的参数进行优化，进行探讨。但是要强调一点，只对高速铁路主覆盖小区的参数进行调整，也就是说必须保证高铁沿线只有主覆盖小区的信号没有其他多余的信号，才能对小区的参数进行调整。否则，没有处理好覆盖就优化参数，会“适得其反”切换也会变差。1简化切换邻区关系切换相邻关系越多，则需要测量的邻区信号越多，测量精度和测量及时率都会下降，在一定程度上会影响切换的准确性和及时性。因此应尽量简化切换相邻关系。2 BCCH 的优化手机在激活状态下测量邻区时只根据BCCH 和BSIC 来识别邻区，而BSIC 是此时识别同BCCH 小区的唯一标识，由于高速列车运动速度快，手机有可能不能及时更新BSIC，错误地将旧的邻区的BSIC 上报给BSC，导致BSC 切换决策错误，因此对高速列车的沿线小区的BCCH 要进行优化，避免与周边小区同BCCH。3切换关键参数的优化在高速状态下可以适用，这些参数的调整可以使得动车内信号在高速情况下，缩短切换判决时间、提高切换灵敏度、保证切换到最优小区；在动车的车速较低时没有必要调整，现网中参数值可以满足车速较低时的需求。 4其他相关参数优化1、上下行功率控制GSM 系统中，上下行功率控制的最小周期为480 毫秒，以高速列车的运行速度，480 毫秒可以行驶超过30 米，信号强度可能发生较大变化，因此现有GSM 功率控制的速度无法适应高速列车的环境，建议铁路沿线的小区应关闭上下行功率控制功能。2、上下行不连续发射功能如果启用了不连续发射功能，在语音静默期，手机或基站会停止发射，此时手机/基站对下行/上行信号的测量只在少量的帧中进行，测量时间大大减少，测量精度也下降，有可能因此影响切换，因此建议关闭上下行的不连续发射功能。3、无线链路失效计数器TIMER（RLINKT 、RLINKUP）手机和基站中均使用特殊的TIMER （RLINKT 、RLINKUP）分别对下行和上行无线链路进行监测，当在一定时间内连续无法解码SACCH 信息时，手机/基站就会主动释放无线链路。在普通环境下，设置较大的TIMER 有利于无线链路保持和通信恢复，但在高速列车环境下，小区信号衰落后一般很难恢复，而设置过大的TIMER 会造成用户无法重新起呼或者被叫失败（系统还将手机认为是处于连接状态），因此对高速铁路线上的小区相关TIMER（RLINKT 、RLINKUP） 应调小。建议调整为10（单位为480ms）。5具体参数建议修改值小区参数参数名缺省值推荐值单位取值范围及一般建议取值AGBLK11再不影响接入的情况下，尽可能的小MFRMS22CCCHBSPWRBDBM建议最大设置,增强覆盖BSPWRTDBM建议最大设置，增强覆盖MSTXPWRDBM建议最大设置，增强覆盖DBPSTATEINACTIVEINACTIVE建议关闭小区基站动态功率控制DMPSTATEINACTIVEINACTIVE建议关闭小区的MS动态功率控制DTXDOFFOFF不启用上行不连续发生DTXU02不启用上行不连续发生RLINKUP1610SACCH上行无限链路超时RLINKT1610SACCH下行无线链路超时MBCCHNOARFCN尽可能的减少测量频点的个数ACCMIN110100-DBM为手机接入网络时的门限电平CRH442DB现网目前为14，建议修改成4CBQHIGHHIGHCRO002DBMAXRET74PT0020STO0010DB小区切换参数参数名缺省值推荐值单位取值范围及一般建议取值IHOOFFOFF小区内切 ，建议关闭SCHOOFFONSDCCH上的切换建议打开FASTMSREGOFFON快速测量，建议打开LAYER2建议高铁周边900、1800基站同层LAYERHYST2dBLAYERTHR95-dBmPSSTEMP00dB建议不测试惩罚PTIMTEMP00S建议不测试惩罚