彭月朋

中郵建技術(shù)有限公司

0 引言

高鐵高端用戶比例高、業(yè)務(wù)需求量大，全國(guó)高鐵加速進(jìn)入高速模式，高端商旅用戶業(yè)務(wù)需求也趨于多樣化，高鐵用戶感知會(huì)極大影響運(yùn)營(yíng)商品牌美譽(yù)度。隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步完善，優(yōu)化措施的逐步落地，以及用戶規(guī)模的發(fā)展等，加之高鐵自身的特點(diǎn)，高鐵用戶感知的進(jìn)一步提升遇到了瓶頸。多小區(qū)合并（SFN）后SFN 內(nèi)扇區(qū)間的對(duì)打疊加覆蓋區(qū)域，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的頻率偏移，影響終端解調(diào)性能而導(dǎo)致下行SINR 質(zhì)量下降，最大降幅超10%；由于高鐵非專網(wǎng)組網(wǎng)，仍會(huì)出現(xiàn)高速小區(qū)向低速小區(qū)發(fā)生切換的情況，造成不必要的RRC 重建。

1 問(wèn)題概述

當(dāng)前，高鐵用戶感知進(jìn)一步提升遇到了瓶頸，主要有以下幾個(gè)難題：

（1）多小區(qū)合并（SFN），緩解了頻繁切換問(wèn)題，但SFN 內(nèi)對(duì)打小區(qū)存在頻率偏移，導(dǎo)致終端解調(diào)能力下降，進(jìn)而影響下行解碼及SINR 質(zhì)量，最大降幅超10%。頻率偏移原理如圖1 所示。

圖1 頻偏原理

（2）高鐵公網(wǎng)組網(wǎng)下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受到周邊低速小區(qū)的干擾程度大，容易從高鐵的高速小區(qū)切換到公網(wǎng)的低速小區(qū)，導(dǎo)致切換過(guò)晚引起掉線。

（3）高鐵高速小區(qū)RRC 重建比指標(biāo)明顯差于大網(wǎng)低速小區(qū)，傳統(tǒng)的射頻、參數(shù)優(yōu)化等提升有限。

2 解決策略

基于當(dāng)前的瓶頸及存在的問(wèn)題，通過(guò)“頻率預(yù)糾偏”及“同頻重定向”兩大特性解決SFN 內(nèi)對(duì)打小區(qū)引入頻率偏移導(dǎo)致解調(diào)能力下降的問(wèn)題，以及高速用戶誤切到低速小區(qū)帶來(lái)的RRC 重建及掉線問(wèn)題，改善RRC 重建比，并提高頻譜效率。

2.1 頻率預(yù)糾偏整體方案

在高鐵場(chǎng)景下，由于高速移動(dòng)，單小區(qū)覆蓋距離小，導(dǎo)致切換頻繁。通過(guò)多小區(qū)合并，減少切換頻度。在低速場(chǎng)景下，由于多小區(qū)合并，不僅減少切換，同時(shí)由于小區(qū)合并，減少了鄰區(qū)的干擾信號(hào)，使得SINR 有所提升；但在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，用戶移動(dòng)到兩個(gè)RRU 對(duì)打的區(qū)域時(shí)，用戶接收到兩個(gè)RRU 發(fā)射的信號(hào)存在一正一負(fù)的頻偏，用戶無(wú)法合并兩個(gè)信號(hào)，導(dǎo)致SINR 無(wú)提升，降低小區(qū)合并的性能提升。

通過(guò)下行預(yù)糾偏功能，eNB 通過(guò)檢測(cè)高鐵用戶的上行信號(hào)強(qiáng)度，主動(dòng)識(shí)別高鐵到達(dá)的區(qū)域，判定出高鐵經(jīng)過(guò)的區(qū)域是否為對(duì)打區(qū)域（存在正負(fù)頻偏的區(qū)域）；當(dāng)算法認(rèn)為高鐵經(jīng)過(guò)區(qū)域存在正負(fù)頻偏的影響時(shí)，將會(huì)啟動(dòng)糾偏。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)用戶的頻偏，折算到下行的頻偏并進(jìn)行下行的頻偏補(bǔ)償，從而使得在對(duì)打區(qū)域，用戶接收到的信號(hào)頻偏一致，減少干擾，提升SINR。

2.2 同頻定向切換方案

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，高鐵的運(yùn)行軌跡都是固定的，對(duì)于建成后的高鐵網(wǎng)絡(luò)，高鐵用戶經(jīng)過(guò)的小區(qū)順序都是統(tǒng)一的，對(duì)于某個(gè)高速小區(qū)而言，大部分場(chǎng)景下，高鐵用戶切換前后僅有一個(gè)目標(biāo)小區(qū)，這種公網(wǎng)中的部分小區(qū)鏈行組網(wǎng)稱為軟串聯(lián)或邏輯串聯(lián)，前后的高鐵小區(qū)與當(dāng)前小區(qū)稱為軟串聯(lián)小區(qū)。

由于高鐵與大網(wǎng)共用頻段，所以高鐵用戶有很高概率切換入公網(wǎng)低速越區(qū)小區(qū)。為規(guī)避這種現(xiàn)網(wǎng)，通過(guò)對(duì)高速小區(qū)設(shè)置串聯(lián)標(biāo)示，為高速小區(qū)設(shè)置不同的CIO 及觸發(fā)時(shí)間遲滯，使高鐵用戶盡可能優(yōu)先切換到高速小區(qū)，保證更好的用戶體驗(yàn)。

2.2.1 組網(wǎng)與規(guī)劃

在開(kāi)啟同頻定向切換的場(chǎng)景，要求高鐵運(yùn)行線路與周邊區(qū)域的相鄰小區(qū)間互配鄰區(qū)，并配置軟串聯(lián)鄰區(qū)，以及專用小區(qū)偏置，這樣可以通過(guò)本特性的同頻定向切換算法，優(yōu)先將高鐵用戶切換到高速小區(qū)鄰區(qū)。

（1）串聯(lián)鄰區(qū)

在高鐵運(yùn)行路線上，當(dāng)前小區(qū)的下一個(gè)小區(qū)或上一個(gè)小區(qū)為串聯(lián)鄰區(qū)，需要在鄰區(qū)關(guān)系配置中標(biāo)識(shí)，用于同頻定向切換功能的參數(shù)調(diào)整。

（2）多普勒系數(shù)

多普勒效應(yīng)計(jì)算如圖2 所示。用戶接入過(guò)程中，eNodeB 通過(guò)多普勒效應(yīng)維護(hù)用戶的速度屬性，基站能檢測(cè)到的多普勒效應(yīng)程度是多普勒效應(yīng)的實(shí)際量在信號(hào)上的分量，為圖2 中θ角度的余弦值與多普勒效應(yīng)的實(shí)際量的乘積，而θ 角與小區(qū)的覆蓋距離（Z）與站軌距（Y）相關(guān)，如果站軌距較大時(shí)，需要在eNodeB 配置多普勒系數(shù)，以免用戶速度屬性識(shí)別受到影響。

圖2 多普勒效應(yīng)計(jì)算示意圖

其中：fd：多普勒系數(shù)；f：載波頻率；v：移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度；c：電磁波傳播速度，為3×108米/秒；θ：移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)方向和入射波方向的夾角。

2.2.2 方案及設(shè)置

高速小區(qū)間CIO 配置為2dB，A3 上報(bào)觸發(fā)時(shí)間遲滯改為64ms，盡可能保證高速用戶切換到高速小區(qū)。高速小區(qū)間形成串聯(lián)標(biāo)示。

3 效果驗(yàn)證

3.1 預(yù)糾偏驗(yàn)證

3.1.1 特性開(kāi)通觀測(cè)

預(yù)糾偏開(kāi)通后，指標(biāo)“小區(qū)扇區(qū)設(shè)備的下行預(yù)糾偏執(zhí)行次數(shù)”生效，在高鐵經(jīng)過(guò)時(shí)間段執(zhí)行預(yù)糾偏后，會(huì)產(chǎn)生指標(biāo)打點(diǎn)，說(shuō)明高速用戶頻率糾偏識(shí)別成功。小區(qū)扇區(qū)設(shè)備的下行預(yù)糾偏執(zhí)行次數(shù)如圖3 所示。

圖3 小區(qū)扇區(qū)設(shè)備的下行預(yù)糾偏執(zhí)行次數(shù)

3.1.2 糾偏驗(yàn)證增益

預(yù)糾偏打開(kāi)后，下行SINR 平均提升1.1 dB，MCS 提升0.7階，頻譜效率提升0.11，下行吞吐率在拉齊RB 和調(diào)度次數(shù)后，提升約3 Mbps。預(yù)糾偏前后指標(biāo)增益如表1 所示。

表1 預(yù)糾偏前后指標(biāo)增益

從RSRP 對(duì)比曲線分析，在相同RSRP 點(diǎn)上，預(yù)糾偏打開(kāi)后的指標(biāo)優(yōu)于預(yù)糾偏關(guān)閉時(shí)。對(duì)比情況如圖4-圖7 所示。

圖4 RSRP、SINR 對(duì)比圖

圖7 RSRP、下行吞吐率對(duì)比圖

對(duì)打區(qū)域在預(yù)糾偏生效后，終端接收到的兩路信號(hào)間頻偏差值變小，解調(diào)性能增加，SINR 有所提升。

對(duì)打區(qū)域在預(yù)糾偏生效后，終端接收到的兩路信號(hào)間頻偏差值變小，解調(diào)性能增加，頻譜效率提高，下行吞吐率有所提升。

因此，在多小區(qū)合并組網(wǎng)下，可減少切換，提升性能。同時(shí)配合下行預(yù)糾偏使用，可提升下行SINR、路測(cè)吞吐率等指標(biāo)。

3.2 定向切換驗(yàn)證

改造前后同期對(duì)比分析，改造前（4 小區(qū)SFN+特性關(guān)閉）與改造后（4小區(qū)SFN+特性開(kāi)通）重建比指標(biāo)有0.32%的下降。定向切換開(kāi)通前后RRC 重建比例對(duì)比情況如圖8 所示。

圖8 定向切換開(kāi)通前后RRC 重建比例對(duì)比

由此可以看出，在進(jìn)行4 小區(qū)SFN 合并及開(kāi)通同頻定向切換后，重建比指標(biāo)有所提升，從3.66%下降到3.34%。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖5 RSRP、MCS 對(duì)比圖

圖6 RSRP、頻譜效率對(duì)比圖

通過(guò)高鐵預(yù)糾偏及同頻定向切換，終端側(cè)智能識(shí)別高鐵到達(dá)，并進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，提升用戶感知；通過(guò)SFN 組網(wǎng)減少切換、采用同頻定向切換避免高鐵用戶切換至低速小區(qū)，提升網(wǎng)絡(luò)重建等指標(biāo)。下行SINR 改善10%（約1.2dB），DL MCS 提升0.7階，頻譜效率提升10%，提升效果顯著。通過(guò)頻偏補(bǔ)償，高鐵小區(qū)同頻的定向切換，有效提升高鐵用戶SINR，降低RRC 重建比例，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及用戶感知的再提升。