趙麟杰

（中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海工程局集團(tuán)有限公司，上海 200436）

近年來(lái)，第四代移動(dòng)通信（LTE）技術(shù)已經(jīng)在民用通信領(lǐng)域內(nèi)獲得大規(guī)模發(fā)展，也給鐵路等軌道交通專(zhuān)用通信系統(tǒng)的寬帶化發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)。鐵路專(zhuān)用化的LTE無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，與一般電信運(yùn)營(yíng)商的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)在特殊地理區(qū)域的無(wú)線(xiàn)覆蓋模式、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)等多個(gè)方面具有明顯的差別，尤其是鐵路專(zhuān)用化的高可靠性業(yè)務(wù)，如列車(chē)調(diào)度通信、無(wú)線(xiàn)重聯(lián)、可控列尾、高清視頻傳送等，更要保證網(wǎng)絡(luò)高速暢通、穩(wěn)定可靠，這就對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提出更高的要求。因此，鐵路LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作顯得尤為重要。場(chǎng)強(qiáng)全覆蓋，區(qū)域內(nèi)無(wú)其他干擾信號(hào)，保證列車(chē)高速行進(jìn)過(guò)程中無(wú)線(xiàn)通信不中斷，跨區(qū)瞬間切換成功，從而確保承載的各項(xiàng)鐵路專(zhuān)用業(yè)務(wù)能夠正常工作。因此在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面，采用A/B雙層網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷分擔(dān)方式工作，兩網(wǎng)同時(shí)承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

鐵路專(zhuān)用的LTE網(wǎng)絡(luò)，一般沿著鐵路沿線(xiàn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)覆蓋，因此形成了典型的“帶狀”覆蓋，而與民用通信的“平面”覆蓋有著較大差別，朔黃鐵路LTE試驗(yàn)段“帶狀覆蓋”示例，如圖3所示。

2 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試技術(shù)

LTE系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和工程質(zhì)量需要實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)驗(yàn)證，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)就體現(xiàn)了工程質(zhì)量情況。LTE網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量評(píng)估技術(shù)較傳統(tǒng)2G/3G無(wú)線(xiàn)測(cè)試技術(shù)又有新的發(fā)展。首先，鐵路帶狀環(huán)境的無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋需滿(mǎn)足最小參考功率RSRP；其次，針對(duì)鐵路專(zhuān)用業(yè)務(wù)承載能力制定服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，主要包括吞吐量、端到端傳輸時(shí)延、切換成功率、切換中斷時(shí)間、呼叫建立時(shí)間等重要指標(biāo)，較一般民用無(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量要求高。應(yīng)用LTE寬帶移動(dòng)通信測(cè)試工具和業(yè)務(wù)仿真模擬工具測(cè)試服務(wù)質(zhì)量，參照列車(chē)行進(jìn)速度模擬業(yè)務(wù)通信，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)客觀評(píng)估，獲取關(guān)鍵服務(wù)質(zhì)量數(shù)據(jù)，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供依據(jù)。

2.1 LTE系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試

無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋指標(biāo)用車(chē)載終端全向接收天線(xiàn)接收到的最小下行參考信號(hào)功率RSRP來(lái)描述，設(shè)備的最小RSRP值一般為-105 dBm,低于該值將無(wú)法正常工作。

LTE場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試框如圖4所示，為模擬現(xiàn)網(wǎng)情況，測(cè)試時(shí)需對(duì)上行進(jìn)行加載，下行進(jìn)行加擾。上行加載采用移動(dòng)端服務(wù)器通過(guò)LTE無(wú)線(xiàn)終端與固定端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，模擬上行用戶(hù)工作；下行加擾采用OCNG（OFDMA Channel NoiseGenerator）方式進(jìn)行模擬比例加擾，加擾比例分別為0%、50%、70%。

測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)LTE路測(cè)系統(tǒng)連接掃頻儀或者測(cè)試終端分別對(duì)各種加擾情況下的LTE系統(tǒng)的RSRP進(jìn)行測(cè)試記錄，并繪制RSRP曲線(xiàn)。如圖5所示，為某一區(qū)段RSRP的測(cè)試結(jié)果曲線(xiàn)，形狀似正弦波，其信號(hào)接收強(qiáng)度基本處于-65 dBm和-100 dBm區(qū)間，基本能滿(mǎn)足通信能力需求。

2.2 LTE系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線(xiàn)傳輸性能測(cè)試

車(chē)地?zé)o線(xiàn)傳輸性能是評(píng)價(jià)LTE網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的重要指標(biāo)，反映了LTE網(wǎng)絡(luò)所能實(shí)現(xiàn)的端到端性能，主要包括平均吞吐量、時(shí)延和丟包率等指標(biāo)。LTE系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線(xiàn)傳輸性能測(cè)試框如圖6所示，測(cè)試時(shí)網(wǎng)絡(luò)處于空載狀態(tài)。

1）平均吞吐量測(cè)試：LTE測(cè)試終端1進(jìn)行上行吞吐量測(cè)試，LTE測(cè)試終端2進(jìn)行下行吞吐量測(cè)試，固定端服務(wù)器進(jìn)行配合測(cè)試。測(cè)試完成后繪制上行吞吐量曲線(xiàn)和下行吞吐量曲線(xiàn)，并分別計(jì)算上、下行平均吞吐量。

2）時(shí)延測(cè)試分為用戶(hù)面和控制面時(shí)延測(cè)試：

用戶(hù)面時(shí)延主要指LTE移動(dòng)終端至固定端服務(wù)器的時(shí)延，采用LTE路測(cè)系統(tǒng)通過(guò)LTE測(cè)試終端1通過(guò)PING固定端服務(wù)器，進(jìn)行用戶(hù)面時(shí)延測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后，記錄最大時(shí)延、平均時(shí)延、最小時(shí)延和丟包率。

控制面時(shí)延是指移動(dòng)終端從空閑(IDLE)狀態(tài)進(jìn)入激活(Active)狀態(tài)的時(shí)延，采用LTE路測(cè)系統(tǒng)控制LTE測(cè)試終端2處于空閑狀態(tài)；然后從空閑狀態(tài)接入系統(tǒng)，進(jìn)入激活狀態(tài)并進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，測(cè)試完成后，統(tǒng)計(jì)最大時(shí)延、平均時(shí)延和最小時(shí)延。

3）丟包率測(cè)試：在進(jìn)行用戶(hù)面時(shí)延測(cè)試的同時(shí)進(jìn)行丟包率測(cè)試。

以某重載鐵路LTE系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果為例，如表1所示，展現(xiàn)了較好的寬帶通信能力和較短的傳輸時(shí)延，丟包現(xiàn)象不顯現(xiàn)，均滿(mǎn)足項(xiàng)目預(yù)期確定的雙向吞吐量≥15 Mbit/s、車(chē)→地吞吐量≥6 Mbit/s、地→車(chē)吞吐量≥8 Mbit/s的目標(biāo)。

表1 車(chē)地?zé)o線(xiàn)傳輸性能測(cè)試結(jié)果

2.3 切換性能測(cè)試

切換性能測(cè)試反映LTE網(wǎng)絡(luò)所能實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)終端從一個(gè)小區(qū)切換到另外一個(gè)小區(qū)的性能。切換性能測(cè)試主要包括切換成功率測(cè)試和切換時(shí)延測(cè)試。切換成功率是指切換成功次數(shù)/切換嘗試次數(shù)，切換嘗試指在預(yù)期的切換區(qū)（如從小區(qū)A覆蓋區(qū)向小區(qū)B覆蓋區(qū)移動(dòng)）預(yù)期發(fā)生的切換；切換成功以信令交互完成為指標(biāo)（LTE測(cè)試終端向源小區(qū)發(fā)送測(cè)量報(bào)告信令后，LTE測(cè)試終端收到切換指令“RRC連接重配置”信令，隨后測(cè)試終端向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送“RRC連接重配置完成”信令）。

切換時(shí)延通過(guò)信令來(lái)統(tǒng)計(jì)，從測(cè)量報(bào)告后的第一個(gè)“RRC連接重配置”信令（包含源小區(qū)向測(cè)試終端發(fā)送的切換命令內(nèi)容）到“RRC連接重配置完成”信令（包含測(cè)試終端向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送的切換完成內(nèi)容）之間的時(shí)間差。

切換性能測(cè)試可與平均吞吐量測(cè)試一并進(jìn)行。以某重載鐵路LTE系統(tǒng)切換性能測(cè)試結(jié)果為例，如表2所示，展現(xiàn)了較好的切換成功率，滿(mǎn)足時(shí)延＜200 ms成功率≥99.5%的預(yù)期指標(biāo)。

表2 切換性能測(cè)試結(jié)果

2.4 其他服務(wù)質(zhì)量測(cè)試內(nèi)容

除此之外，服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)包括網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延、連接建立時(shí)延、連接建立失敗率等一些靜態(tài)測(cè)試指標(biāo)。鐵路調(diào)度通信所涉及的內(nèi)容包括單呼、組呼、廣播、優(yōu)先級(jí)呼叫等，其中端到端呼叫建立時(shí)間和呼叫成功率等以某重載鐵路LTE系統(tǒng)呼叫測(cè)試測(cè)試結(jié)果為例，如表3所示，均滿(mǎn)足項(xiàng)目預(yù)期確定的呼叫建立時(shí)間＜3 s、呼叫成功率＞99%的目標(biāo)。

表3 呼叫建立測(cè)試結(jié)果

3 LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是系統(tǒng)正常開(kāi)通和后續(xù)保障的一項(xiàng)重要工作，實(shí)際業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行后，原先未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或預(yù)料不到的問(wèn)題將會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，尤其是鐵路沿線(xiàn)的地形復(fù)雜，氣象環(huán)境變化、以及外部信號(hào)干擾等均會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)試，通過(guò)對(duì)基站天線(xiàn)角度調(diào)整優(yōu)化覆蓋、系統(tǒng)參數(shù)調(diào)優(yōu)等一系列措施對(duì)突出問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化，以解決最終實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用情況下的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問(wèn)題，保證系統(tǒng)整體的可用性和實(shí)際業(yè)務(wù)的運(yùn)行效果。LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試流程如圖7所示。

3.1 問(wèn)題定位

1）工作準(zhǔn)備階段主要完成測(cè)試工具準(zhǔn)備、優(yōu)化計(jì)劃制定、網(wǎng)絡(luò)信息收集等工作，其中網(wǎng)絡(luò)信息收集主要包括工程規(guī)劃參數(shù)收集、基站配置信息收集等，可為后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)輸入；

2）單站問(wèn)題定位主要完成單基站故障等問(wèn)題的處理，如基站告警、單基站無(wú)法接入用戶(hù)等；

3）話(huà)統(tǒng)分析主要對(duì)基站收集到的各種網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題進(jìn)行定位；

4）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)覆蓋、接入、切換等問(wèn)題，并結(jié)合話(huà)統(tǒng)分析數(shù)據(jù)對(duì)出現(xiàn)的弱覆蓋、過(guò)覆蓋、接入失敗、切換不合理等網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題進(jìn)行定位和處理。

3.2 優(yōu)化分析

收集完成各種測(cè)試項(xiàng)目所采集的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的回放及后處理，主要對(duì)如下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

1） 覆 蓋：如 RSRP、SINR、RSRQ、PCI分布、各扇區(qū)PCI覆蓋圖等，這是整體衡量空口質(zhì)量的重要方面，某重載鐵路LTE通信系統(tǒng)試驗(yàn)段工程加擾覆蓋分析如圖8所示。

2）KPI：是衡量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶(hù)感知的重要指標(biāo)，常用分析指標(biāo)包括FTP下載速率。

3）DT（DRIVE TEST）測(cè)試與分析優(yōu)化：主要包括覆蓋分析、干擾分析、切換分析、掉話(huà)分析、未接通分析、射頻優(yōu)化調(diào)整、頻率及參數(shù)調(diào)整等。

3.3 優(yōu)化調(diào)試

1）解決場(chǎng)強(qiáng)覆蓋問(wèn)題操作要點(diǎn)

a.調(diào)整天饋參數(shù)，調(diào)整天線(xiàn)下傾角和方位角；

b.調(diào)整覆蓋小區(qū)的發(fā)射功率，控制覆蓋范圍；

c.調(diào)整網(wǎng)絡(luò)切換參數(shù)，讓終端在弱覆蓋小區(qū)內(nèi)盡快切出；

d更換天線(xiàn)，根據(jù)問(wèn)題更換高增益或者低增益的天線(xiàn)；

e若覆蓋有較大盲區(qū)，應(yīng)在相鄰基站中間新增加基站。

2）解決切換問(wèn)題操作要點(diǎn)

a.鄰區(qū)漏配，導(dǎo)致無(wú)法找到目標(biāo)小區(qū)而導(dǎo)致切換失敗；

b.切換不及時(shí)可通過(guò)調(diào)整切換相關(guān)參數(shù)：切換門(mén)限、遲滯、切換延遲觸發(fā)時(shí)間、CIO等來(lái)控制切換時(shí)機(jī)；

c.覆蓋不合理（弱覆蓋、越區(qū)覆蓋等）易導(dǎo)致切換失敗或者掉話(huà)，需要通過(guò)天線(xiàn)調(diào)整、功率調(diào)整等手段來(lái)控制信號(hào)覆蓋范圍。

3）解決干擾問(wèn)題操作要點(diǎn)

a.排除硬件故障，如天線(xiàn)故障、饋線(xiàn)損壞、進(jìn)水等；

b.GPS不同步；

c.天線(xiàn)高度、方向角、下傾角的調(diào)整；

d.優(yōu)化導(dǎo)頻功率、PCI規(guī)劃等；

e.應(yīng)對(duì)帶狀覆蓋，使用窄波束天線(xiàn)；f.排除設(shè)備內(nèi)部互調(diào)干擾；

e.排除外界無(wú)線(xiàn)信號(hào)干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)某重載鐵路LTE系統(tǒng)上進(jìn)行應(yīng)用。綜上所述，通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、車(chē)地通道性能以及切換性能等關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試，客觀評(píng)估列車(chē)高速移動(dòng)狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，也為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供可信數(shù)據(jù)依據(jù)，使鐵路專(zhuān)用的LTE無(wú)線(xiàn)寬帶通信系統(tǒng)的工程質(zhì)量得到有效保障。

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