高速铁路数据业务质量提升技术方案报告汇报12.doc
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1、高速铁路数据业务质量提升技术方案报告广东公司网络优化中心2009-02-24目录一、研究背景4二、方案概述51.优化效果52.影响因素63.优化策略7三、铁路数据业务性能影响因素91.覆盖范围因素92.列车速度因素133.小区重选因素164.容量资源因素21四、优化策略描述251.NACC新功能应用252.覆盖优化策略403.参数优化策略42五、技术方案总结481.覆盖方案482.资源方案493.参数方案(爱立信)494.新功能应用方案51六、附录521.GMCC高速铁路EDGE专项优化_车速对数据业务质量的影响522.GMCC高速铁路EDGE专项优化_R4终端比例523.GMCC高速铁路ED
2、GE专项优化_无线参数建议方案52一、研究背景1. 铁路网建设不断扩大,车速不断提高2008年全国铁路网建设投资达3000亿以上,随后几年并不断加大投资,进入中国铁路建设的高峰期,预计至2012年,全国铁路营业里程将达到11万公里,快速客运网络将覆盖全国90%以上人口。在加大铁路网建设的同时,提速也是铁路建设的另一主题。2007年4月18日,中国铁道部进行了第6次列车提速,列车时速普遍提升至200公里,京哈、京沪、京广、胶济等提速干线部分区段可达到时速250公里。2. 列车型号不断更新,车体损耗对信号覆盖要求越来越高在铁路提速的同时,铁道部引入了CRH(China Railway High-s
3、peed)这一新型列车。该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类,其中,CRH1、2、5均为200公里级别(营运速度200KM/h,最高速度250KM/h)。 CRH3为300公里级别(营运速度330KM/h,最高速度380KM/h)。而CRH2具有提升至300KM级别的能力。CRH列车采用密闭式厢体设计,增大了车体损耗。广深铁路目前行驶的CRH为CRH1型列车,采用欧洲庞巴迪动车组技术,全车无卧铺车厢, 广东公司的测试结果显示穿透损耗为14dB,比普通列车高7dB。3. 数据业务用户量不断增长,资源需求更大,速率要求更高近年,数据业务的用户量和话务增长均十分迅猛,数据业务的
4、新品种、新类型也不断增加,所以各种场景的数据业务资源需求更大,用户对数据的数率的要求也更高。由于CRH车体密封性好、损耗高、列车速度快等原因,导致信号衰落快、小区重选频繁,小区资源利用成脉冲形态冲击等,对数据业务的质量影响尤为明显,对数据业务用户感知影响较大。因此,广东成立了广深铁路网络EDGE专项优化小组对广深铁路进行全面研究和分析,以寻求各种提升数据业务网络质量的优化方法和手段。 二、方案概述1.优化效果对比优化前后指标:FTP下载平均速率(kbps)总断流时间(秒)高编码使用率优化前76.0148243.04%优化后95.7632570.50%l 下载速率提高了19.75kbps,上升比
5、例达25.98%。l 总断流时间减少了157秒,降低比例达32.56%。l 高编码比例提高了27.46,上升比例达63.80%。2.影响因素根据对高铁全线数据的深入研究,我们总结了影响高铁场景数据业务质量的主要因素如下三方面:1 小区重选频繁。由于重选过程中因系统交互信息产生的数据传输中断,对数据业务感知造成影响。而在高铁的特殊场景中,由于车速的原因,使小区重选的次数大大增多,对数据业务的影响很大。其具体的影响程度可通过以下一个量化的计算公式评估:对FTP应用层下载速率影响比例 = 5列车速度(米/秒) / 小区平均覆盖范围(米)100%通过影响比例确定对小区重选对数据业务的影响程度,并衡量是
6、否或需要采取何种手段对小区重选进行优化。2 资源利用紧张。由于高铁场景的特殊性,对高铁专网小区的话务,只有列车经过时才会出现话务,如果列车客运量很大,当用户同时进入一个小区时,对该小区的实时话务冲击很大,特别是目前PS业务一般优先权低,PDCH会被TCH清空的情况下,数据业务受到冲击还将大于语音业务。而且由于其脉冲性的话务状态,很有可能在话务统计中的平均流量和吞吐量不太高的情况下,也会发生拥塞现象。3 覆盖信号快衰落。由于车速快,在小区边缘地带容易发生信号快衰落现象,造成小区重选延迟,覆盖拖远,C/I变差,影响数据业务吞吐速率,甚至导致掉线脱网。特别是广州段采用的非专网覆盖,覆盖往往为小区旁瓣
7、信号,情况相对更为严重。3.优化策略根据影响高铁场景数据业务质量的三个主要因素,提升数据业务质量的优化方向:1 提高小区重选性能2 资源合理分配3 改善覆盖而相应的优化手段和措施如下:1 开通NACC(网络辅助小区重选)功能l 开通NACC功能,缩短小区重选时延和提高重选成功率,正面缓解重选频繁引起的速率下降。l 对于小区重选时延,从用户感知角度看,数据传输中断时间缩短了1.82秒,节省了24.11%的时间。l 对于下载速率,FTP应用层下载速率提升了13.88% ,RLC层下载速率提升了4.96%。2 使用专网覆盖:l 使用专网覆盖,减少外来用户占用高铁网络资源。l 使用专网覆盖,增加铁路沿
8、线覆盖范围,减少覆盖阻挡或信号快衰落现象。l 优化非专网小区(或非铁路沿线主服务小区)覆盖,以避免占用该信号导致不必要重选甚至脱网。l 采用GSM900基站覆盖,减少路径损耗。3 改善覆盖的设备调整措施:l 拉远直放站的应用,延长覆盖范围,减少小区重选。l 调整天线下倾角、方向角,使小区主波瓣更好地沿铁路方向覆盖。l 采用窄波束的高增益天线,延长覆盖范围。l 功分扇区,增加邻小区覆盖重叠范围,保证小区重选过程。l 应用功率放大器,抵减因功分等原因造成的发射功率损耗。4 容量资源硬件设备保障:l 对于PCU和RPP拥塞情况,进行RPP板扩容,保证基础设备的容量充足。l 对于出现语音TCH拥塞小区
9、,建议扩容,保证语音业务的同时,也保证数据业务的资源。5 参数优化调整:l 对于高铁场景的参数优化,主要从小区重选和资源分配等相关参数着手,其中部分效果相对明显的参数如下: 参数建议值说明BA list 尽量短,12减少需要监听的邻区BCCH数量,缩短测量时间CRH4缩短小区重选时延CRO、PT、TO统一为0避免造成列车一个运行方向上的重选滞后,加大起呼失败的机会。ACCMIN沿线:102边缘:1保证数据业务资源TBFDLLIMIT20降低PDCH复用率,提高速率三、铁路数据业务性能影响因素1.覆盖范围因素1) 小区覆盖情况广深高速铁路(CRH和谐号)全长142公里,沿线主覆盖小区共184个,
10、平均每小区覆盖范围约770米。铁路沿线小区覆盖情况如下:路段长度覆盖方式覆盖小区个数平均每小区覆盖范围广州段60公里非专网76789米东莞段56公里专网80700米深圳段26公里专网28929米2) 小区个数(覆盖范围)对高铁场景的影响1 小区个数太少问题l 覆盖不足,容易脱网或掉话。l 容量不足(含周边话务),导致业务性能下降。2 小区个数太多问题l 干扰严重,频点规划困难。l 小区切换、重选频繁,影响业务性能。3) 最小覆盖范围计算(小区重选需求)为保证合理的小区重选,最小的小区覆盖范围可根据以下方法计算:1 规范规定,在完成一次小区重选后,允许进行下一次小区重选的惩罚时间为15秒。2 小
11、区重选判断时间可在上述15秒内完成。3 一般小区重选执行时间为5秒左右。4 如果在位置区和路由区边界小区发生重选,还必须算上位置区更新和路由区更新时间,一般3秒左右。5 完成一个完整的重选过程,所需时长大约在23秒左右。6 两个相邻的覆盖小区间重叠区域时间大约在13秒左右。7 根据车速的大小,可以计算出小区最小所需覆盖距离:列车时速(公里/小时)80120150200250列车时速(米/秒)22.22 33.33 41.67 55.56 69.44 重选前与上小区重叠距离(米)288.89 433.33 541.67 722.22 902.78 重选后所需距离(米)444.44 666.67
12、833.33 1111.11 1388.89 小区实际所需最小距离(米)733.33 1100.00 1375.00 1833.33 2291.67 8 按广深高铁总长142公里,平均时速150公里/小时,可以计算整段高铁所需的主覆盖小区数量上限:N = 142/1.375 = 103个4) 最大覆盖范围计算(最低接入需求)1 手机在单小区内的最低信号强度需求: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0dBIFma
13、rg :干扰余量2dBBL :人体损耗5dB因此,SSreq =-97dBm2 小区切换最低信号需求计算: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,100m
14、s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70*3=210m,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210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,14dBSSde
15、sign-61.9dBm3 小区覆盖半径计算: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-(-61.9)= 113dBm根据GSM900无线传播模型,Lp= A - 13.82logHb+ (44.9 - 6.55logHb)logd - a(Hm)其中Lp为路径损耗、Hb为基站高度(米)、Hm为手机高度(米)、d为手机到基站的距离(km)、a(Hm)=3.2*(log11.75Hm)2-4.974 高铁不同场景覆盖范围计算:若采用各种手段增加E
16、IRP,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,根据不同场景的链路预算损耗,可计算小区最大覆盖范围:假定:基站高度30米、手机高度2米场景 市区 郊区 农村 道路 A(传播模型) 146.8142138136最大覆盖驱离(米)12701738225825745 按广深高铁属于郊区农村场景,可以计算整段高铁所需的主覆盖小区数量下限:N = 142/2.258 = 63个5) 广深高铁实际覆盖范围对比1 广深高铁沿线的主覆盖小区数量理论计算值范围在63到103个之间。2 实际主覆盖小区为184个,比103个多81个。3 统计多次测试结果,实际中平均每次高铁
17、沿线发生的小区重选次数为140次,并非占用全部主覆盖小区。其主要原因是:l 在部分区域中,特别是车站覆盖区域,为了解决容量问题,而添加了部分重叠覆盖的小区。l 部分三扇区基站中的某两个扇区指向基本一致,从而也增加了部分重叠覆盖小区。l 所以一般情况下,高铁全路段的小区重选过程中不一定会占用全部的主覆盖小区。4 实际平均小区覆盖范围:1421000 /141 = 1007米,小于平均时速150公里/小时的最小覆盖范围1375米,有较大调整空间。2.列车速度因素全程长度142公里,高铁全程行驶时间为约57分钟,平均时速约149.47公里/小时。其中:路段 时速(公里/小时)东站黄村段120黄村-凤
18、凰城段160凤凰城-增城东莞段200东莞段160深圳段120各项指标汇总如下:指标受车速影响车速km/h上升/下降RLC层下载速率0-180下降RLC层BLER0-200上升C/I0-200下降RxLev0-180下降MCS-90-180下降指标固定情况下变化:根据以上分析,车速对RxLev、C/I、BEP、BLER、编码方式、PDCH占用个数、RLC层下载速率等均有不同程度的影响,总结如下:1 随着车速的加快,RxLev呈下降趋势。2 C/I随着RxLev的下降而下降。3 BEP随着C/I的下降而下降4 BLER随着C/I的下降而上升。5 BEP随着BLER的上升而下降。6 BEP和BLER
19、决定将要使用的编码方式。具体分析情况,可参考报告附录1:GMCC高速铁路EDGE专项优化_车速对数据业务质量的影响3.小区重选因素1) 理论研究对于进行数据业务的终端,在进行小区重选时,在SGSN中需要进行一个Cell Update的过程,信令流程如下:1 当手机在Ready 状态进入新小区时,就会发起一个Cell Update 过程。手机通过在新小区发送一个任意的上行LLC Frame 将手机相关信息通知BSC,而BSC 则添加BVCI、RAC、LAC 等信息后再发送至SGSN;2 当SGSN 发现小区改变后,便向BSS 发送FLUSH-LL PDU 来将储存在旧的BVC 的该手机所有的LL
20、C-PDU 删除或传输到新的BVC;3 对应于FLUSH-LL PDU,BSS 将会向SGSN 发送FLUSH-LL-ACK PDU,其中包括TLLI 和原先的那些LLC-PDU 是被删除了还是被传输到新的BVC 的指示(决定是否需要重发数据)。4 数据将在传输至新小区内恢复。整个过程中,MS的数据业务中断时间包括以下3部分:l MS解读新小区系统信息,获取Cell Update所必需信息过程l FLUSH-LL交互过程l 在新小区的TBF建立过程2) 实例研究截取高铁测试数据中带小区重选的小段数据,要求重选前后下载速率相对稳定并有一定的持续时间,重选过程有常规的速率下滑、传输停止、速率爬升三
21、个过程。对数据分别进行两种统计方法:1 有小区重选:直接统计截取数据整段的FTP应用层、RLC层下载速率。2 无小区重选:去掉重选前后数据(包括速率下滑1秒、传输停止5秒、速率爬 升过程1秒,共7秒),再统计FTP应用层、RLC层下载速率。应用层下载速率RLC层下载速率有小区重选104129无小区重选119135增长幅度156增长比例14.42%4.65%从多组数据对比情况看,裁减掉小区重选段数据后:1 对于增长数值,相对稳定,FTP应用层下载速率有10-15kbps的增长,RLC层下载速率有5kbps左右的增长。2 对于增长比例,由于速率基数不同,得出的增长比例也会有所区别,大致上,FTP应
22、用层下载速率有15%的增长,RLC层下载速率有4%的增长。 案例2:全路段分析采集高铁测试数据中一个全路段数据, 对数据分别进行两种统计方法:1 有小区重选:直接统计截取数据整段的FTP、RLC平均下载速率。2 无小区重选:去掉重选前后数据(包括速率下滑1秒、传输停止5秒、速率爬 升过程1秒,共7秒),再统计FTP、RLC平均下载速率。裁减前后速率统计对比如下表:应用层下载速率RLC层下载速率有小区重选5286无小区重选6592增长幅度136增长比例25.00%6.98%裁减掉所有小区重选段数据后,FTP应用层下载速率提升13kbps,增幅达25%,RLC层下载速率提升6kbps,增长6%左右
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