GSM高速移动环境下的覆盖问题研究.docx
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GSM高速移动环境下的覆盖问题研究
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GSM高速移动环境下的覆盖问题研究
中国移动通信有限公司研究院余立丁海煌刘佳
了摘要2。
。
7年全国铁路第六次大提速后,部分地区GSM网络出现了铁路覆盖区冬域掉话率大幅度上升及话音质量严重下降现象,极大地影响中了国移动GSM网络服务墓和业务质量。
针对以上问题,文章从高速多普勒频移原理上进行分析,提出产生该问题通的原因,并从增强覆盖,改善切换带设置,调整无线参数三方面给出相应的解决方案。
垂关键字覆盖高速铁路GSM切换
Abstract:
EversincetheSixthrailwayspeedboostinChinaat2007,theCallDropRatehasincreaseddramaticallyalongtherailwaysinsomeareaoftheGSMnetwork,andthevoicequalitydecreasedsharply.AllthesehaveseriouslyinfluencedtheGSMservicequalityofChinaMobile.Thisarticletriestofindoutthecause,andworkoutthesolutionfromthreeaspects:
enhancecoverage,optimizehandoverarea,andadjustwire-lessparameters.
KeyWord:
Coverage,high一speedrailway,GSM,handover
论文集
2007年4月18日,全国铁路开始第六次大提速,提速在京哈、京沪、京广、京九、陇海、浙赣、兰新、广深、胶济等干线展开。
时速达200公里线路,部分区段时速将达到250公里。
列车提速缩短了行驶时间,提高了行驶效率,但是在行驶过程中,部分地区GSM网络出现了铁路覆盖区域掉话率大幅度上升及话音质量严重下降现象,引发了更多的用户投诉,用户满意度降低。
该问题对GSM用户感受产生了严重不良影响,极大地影响中了国移动GSM网络服务和业务质量。
本报告将针对以上问题,从原理上进行分析,提出产生该问题的原因,并给出相应的解决方案。
1高速铁路区域GSM网络质量问题原因分析
铁路的本次提速,一些干线的时速达到了200公里/小时。
移动速度的提高对于GSM网络而言存在的影响可以从以下几个方面进行分析:
1.速度的提高带来的多普勒频移和高频次深衰落,对GSM接收机灵敏度的影响。
2.速度的提高对GSM网络同步可能的影响。
3.速度的提高对原有GSM网络切换、重选的影响。
4.速度的提高对终端性能的影响。
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此外,除了移动速度的提高,由于铁路机车的更换,车厢的穿透损耗的不同,也有可能对GSM网络的覆盖提出更高的要求。
下面将针对以上几个方面逐一进行分析。
1.1高速多普勒频移对GSM接收灵敏度的影响
1.1.1高铁频偏模型介绍
基站布站方式,和初始条件如图1一1,多普勒频移的变化由下式给出几(t)=ftna,coso(t)
其中几为多普勒频移,frnax一fc·训。
;fc为载波频率(Hz);。
是火车速度(m/S),。
速(m/s)。
角度0(t)由下式计算:
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(2)为基站到铁轨的
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为火车到O点的初始距离,。
为基站到铁轨的垂线的垂足距离,
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1一1高速铁路布站示意图
角度0(t)由下式计算:
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其中几为多普勒频移,几a、~fc·训。
;关为载波频率(Hz);二是火车速度(m/s),。
为光速(m/S);T一4d。
/二,d。
为火车到O点的初始距离,dB为基站到铁轨的垂直距离。
1.1.2.1
对GSM接收机灵敏度带来的影响高铁频偏对RACH解调性能的影响
.645.
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日通信学会‘移动增值业务与应用学术年会
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按照协议要求,RACH参考灵敏度性能在一IO4dBm的时候,高铁频偏对RACH解
调性能的影响如下图:
performanceLossCausedbyFreqoffset
gOOM卜12,1800Mljz
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1一2高速频偏带来的系统性能损失曲线《900M日z/18OOM日z)
1.1.2.2高铁频偏对TCH/FS解调性能的影响
按照协议要求,TCS/FS的解调灵敏度是在一104dBm的时候,高铁频偏对RACH
论文集
解调性能的影响如下图:
PerformancoLossCausedbyFreQ0ffset
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1一3高速频偏带来的系统性能损失曲线(900/1800M日z)
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论文集
综上所述,由1一2和l一3图可知随着速度的提高,在保证一定FER系统性能的损气\失也随之加大。
我们从公式
(1)可以看出18。
。
M所产生的频偏是gu0M所产生频偏的两倍,我们对应1一2和1一3图可知,1800M,25Okm/h所产生的系统性能损失,相当于900M,SOOkm/h所产生的系统性能损失,所以我们建议铁路沿线使用900M网络覆盖。
在25Okm/h速度下,对于GSMgooMHz无论RACH或者TCH信道而言,对Eb/No的要求与低速度下的要求变化不大,对系统性能损失不大。
但当移动速度超过25okm/h后,Eb/No的恶化成非线性恶化趋势,GSM接收机灵敏度的急剧下降,系统性能的损失量将迅速增大,会对GSM网络覆盖及业务质量带来相当大的影响。
1.2速度提高对GSM网络同步性能的影响
高速运动情况下保持基站和移动台之间的同步问题,主要体现在GSM时间提前量(TA)这个参数的解码能力上。
TA的信息由网络通过SACCH消息发给MS,其发送的频率为每480ms一次。
在协议TS45.010V6.6.0的5.6.1节规定:
当网络发现MS的TA改变超过一个码元时(3.7户),下方信令让MS的TA调整一个码元。
也就是说GSM系统TA的最快的调整为每480ms调整一个码元,可以推导出其可支持的最大速率为:
3.7户sX30000000O/2/48OmsX3600=4162km/h。
故在高速下目前rl'A机制完全能够支持到25okm/h。
1.3高速移动对GSM切换、重选带来的影响分析
1.3.1对切换的影响
GSM话音在通话过程中经过不同小区时,要进行话音切换。
切换过程前后的信号检测时间、测量值平均时间、切换执行时间等都必须考虑。
根据现网测试数据,在覆盖良好、邻小区关系明确、相关切换参数优化的情况下,GSM通话状态下在一个小区内从启动切换测量到切换完成所需的时间为2.55一3.55左右。
如果希望在自由空间传播条件下重叠区域的设置能够确保切换成功,系统应该允许第一次切换失败后,有充足的时间尝试第二次切换,因此可以考虑1倍的余量因素,切换所需时间可以考虑7一8秒左右。
(目前,西门子和华为公司保证完成2次快速切换的时间,都推荐8秒。
)
高速移动时,在相同的切换时延情况下,由于速度的提高,必然会导致切换带的增大。
按照目前最大250km/h的车速,其切换带所需大小为:
25okm/h\8,/3.6=556m,建议取值56Om;
如果今后高速铁路车速提高到35okm/h,其切换带所需大小为:
35Okm/h火3.6=777m通常建议取800m。
1.3.2对小区重选的影响
GPRS数据业务在通过不同小区时,是经过小区重选机制进行的。
假设在覆盖良好、邻小区关系明确、相关参数优化的情况下,GPRS在数据传送状态下要进行重选必须满足重选质量门限55以上,加上本身重选时间25一35,总共需要时间在85以上。
高速移动时,按照目前最大车速25okm/h,GPRS小区重选重叠覆盖范围应该为:
.647.
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一华方\女一/
中国通信学会移动僧值业务与应用学末年会
25Okm/h只8s/3.6一556阴考虑一倍的优化余量因素,建议取值1.Ikm;今后高铁速度提高到35Okm/h,GPRS小区重选重叠覆盖范围应该为:
35okm/h只85,/3.6一777m考虑一倍的优化余量因素,建议取值大于1.56km。
在我们实际工程建设中,小区之间的重叠区域设置应根据各省公司的具体情况进行设定,并兼顾考虑GSM切换区域和GPRS小区重选区域的折中。
在保证切换成功率的基础上,可以大大减小重叠区域。
14高速移动对终端的影响分析
由于MS是通过FCCH来保持和BTS频率一致,同时,MS接收信号的频偏只有BTS接收信号频偏的1/2,因此,高铁带来的大频偏对MS的影响很小。
通过采用在发射端(基站BTS的晶振)预置一定的频率偏移的方法来模拟高速移动的环境,测试不同手机对频率偏移量的敏感程度。
测试结果表明大部分手机能够正确解码邻小区BCCH所能承受的移动时速为36。
~480公里。
由此可知,目前终端可以承受高铁提速带来的频率偏移量,暂不需要提出针对终端优化的解决方案。
2解决方案和建议
2.1网络规划和优化的解决方案和建议
2.!
.1调整GSM基站原有网络覆盖
调整GSM基站原有网络覆盖是一种量主要的解决当前问题的方法。
改变原有的网络结构,通过调整站间距,增加新站,针对高速铁路进行带状覆盖建设,控制切换距离,提供可靠的网络质量。
在满足基本的通话需求同时,能保证一定的QOS,特别是数据业务的使用。
此方法可以从根本上通过调整基站到铁轨的距离来提高GSM接收机的灵敏度;通过台理的规划后布站形成新的切换带;和通过针对性的调整使目标覆盖区域的电平值提高10一12dB,来抵消车厢穿透损耗所带来的影响。
2.1.2无线参数调整
2.1.2.1切球参数调整
1优化切换参数,减小测量报告判别的个数,减小P/N数目,对于电平满足的区域,质量等级尽量设置到质量高的等级,但调整的前提是覆盖较好,如果覆盖比较差,对于质量引起的切换需要有针对性考虑。
2优化邻区列表,对于手机而言,邻区列表的多少将影响测试的精度和手机测量时间,因此尽可能的优化高速铁路的基站邻区,不需要配置的邻区尽量不要配置。
3为使手机能及时进行切换,降低了所有切换小区的切换窗口值:
切换窗口值,LevHo窗口,QualH。
窗口,PBGTH。
窗口。
为使手机在电平降低时也能及早进行切换,抬高了所有切换小区的电平切换门限。
4为使手机在LU、收发SMS时也能及时进行切换,开启所有切换小区的SDCCH信道的切换功能。
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论文集
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李甘
论文集
中国通信学会移动增咦业务斗应用学术年会{一一一一哟动州2.1.2.2掉话参数调整
加大无线链路失效计数器(RLC或RadioLinkTimeout),SACCH复帧数(RLTO_BS)。
但对于无线链路失效计数器radioLinkTimeout的定义应该小于T3109。
这样有利于呼叫重建的成功,并可有效预防以下情况:
移动台超时释放前,网络侧已经释放完成并将信道资源重新分配给其他移动台,此时将出现两个移动台同时占用同一时隙而造成干扰甚至掉话。
2.1.2.3其它
1呼叫重建允许(RE)。
当覆盖盲点引起无线链路故障造成的断话时,移动台可以启动呼叫重建过程恢复通话。
是否允许呼叫重建通过设置参数“呼叫重建允许(RE)”来实现。
通话中的移动台从覆盖盲点经过时很容易出现掉话现象,若允许呼叫重建,可以有利于降低平均掉话率。
2DTX不使用。
DTX是指移动用户在通话过程中,话音间歇期间移动台不传送信号的过程功控不使用,DTX的应用使通话的质量受到一定的影响,如果铁路沿线的干扰比较小,建议关闭DTX功能。
3功率控制不使用。
根据GSM协议,功控命令的实现将带来3个测量报告延迟,不利于切换的判决,因此功控建议不使用。
以上无线参数分析主要是针对高速移动在原有网络结构不变的情况下作的调整,但是或多或少会对慢速移动的用户产生影响,因此可以借鉴上海磁悬浮专网的形式。
上海磁悬浮专网主要解决了两个方面的问题:
i高速铁路沿线专网小区与外网小区不建相邻关系,手机只有通过站台微蜂窝小区才能进出专网,从而保障在列车上的手机用户只会挂在专网小区上,这样为专网设置的一系列特殊参数设置才能仅对高速列车用户起作用,而不影响外网用户。
ii使高速铁路沿线专网小区尽量归属一个位置区,或者要尽可能减少位置区划分数目,以减少不必要的大量位置更新,致使位置区边界小区信令溢出。
2.2增加新的网络功能
22.1提高GSM接收机灵敏度相应功能
2.2.1.1抵抗多普勒频移技术
1AFC
为了对抗多普勒效应,华为基站接收机可以采用AFc(Automati。
Frequen。
yCor-rection)技术进行频率纠偏。
使接收机前导检测性能、消息解调性能和专用信道解调性能得到极大改善,接收机支持的最大频偏达到1800Hz,在基站信号传播方向与终端运动方向夹角为。
或180度的情况下,可以支持488公里/小时的移动速度,完全满足现有高速铁路的覆盖需求。
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中国通信学会移动增滇业务与应用学术年会
2增强型均衡器
增强型均衡器是通过使用增强型的信道均衡算法,补偿信号强度快速抖动的负面影响来达到支持GSM网络高速移动情况下通话的效果的。
目前西门子均衡器所支持的保证通话的最高速度可达到:
GSM90。
可达500公里/小时、GSM180O可达250公里/小时。
2.2.1.2上下行覆盖增强技术
1时延发射分集技术
一个TRX模块内集成了两个收发信机(TRX)模块,两个载频发射同一用户数据,但在两个发射通道上存在一定的时延差异,从而起到减弱多径效应,改进下行终端接收质量的效果。
从而有效的改进下行覆盖。
2四分集接收技术
类似于GSM基站中采用的二天线分集技术,标准的GSM基站采用两个接收通道实现基站的分集接收功能,以抵抗多径效应,从而获得比二分集接收更高的上行链路性能增强。
3结论和建议
随着国家经济的发展,高速交通工具将在我们的日常生活中得到广泛的应用,人们在高速移动环境下使用通信工具的需求越来越大,因此对高速环境下的网络质量要求也越来越高。
根据本文分析可知,在25okm/h的速度下,高速移动产生的多普勒频偏,TA的网络同步性能,终端的解调性能对目前网络质量的影响不大,我们可以重点从解决覆盖问题和切换优化方面进行深人研究,在铁路沿线尽可能用900M网络覆盖。
各地方需结合自身工程现场的测试情况,结合测试结果,在本解决方案的指导下,对铁路沿线网络进行规划和优化,提升中国移动GSM网络的服务质量,最终使用户对我们的网络满意放』合。
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论文集
参考文献:
口」《GSM无线网络规划与优化》华为技术有限公司人民邮电出版社2004[M〕[2」《GSM原理及其网络优化》韩斌杰机械工业出版社2004仁M〕〔3〕《TS45.010V6.6.0》5.6.1节仁S」
[4」中国移动高速铁路覆盖解决方案讨论2007一5一21,北京「A〕
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