TD-LTE高鐵F20+10擴容規劃分析

黃凱　郭建光

摘要：高鐵覆蓋作為TD-LTE網絡覆蓋的重要場景，是4G網絡的重要形象體現?，F階段全國共計開通、在建、規劃高鐵線路80多條，其中“四橫四縱”30多條，總里程數達到3萬多公里。伴隨著高鐵事業的蓬勃發展，高鐵的4G網絡覆蓋已從“無到有”的需求，逐步過渡到“有且精”的階段。不僅要考慮高鐵的VoLTE語音質量，伴隨著4G網絡用戶高價值使用行為的建立，以及VoLTE用戶的高清語音承載，需要重點考慮高鐵的容量覆蓋規劃。

關鍵詞：TD-LTE 高鐵 F20+10 擴容

作者簡介：黃凱（1981-），男，北京郵電大學碩士學位，中級工程師，研究方向：TD-LTE/LTE FDD/NB-IoT網絡規劃及優化，以及移動通信工程全過程造價咨詢。

作者簡介：郭建光（1984），男，北京郵電大學碩士學位，研究方向：TD-LTE/LTE FDD/NB-IoT網絡規劃及優化，目前主要研究5G方向。

2 高鐵TD-LTE覆蓋概述

高鐵覆蓋作為TD-LTE網絡覆蓋的重要場景，是4G網絡的重要形象體現?，F階段全國共計開通、在建、規劃高鐵線路80多條，其中“四橫四縱”30多條，總里程數達到3萬多公里。伴隨著高鐵事業的蓬勃發展，高鐵的4G網絡覆蓋已從“無到有”的需求，逐步過渡到“有且精”的階段。不僅要考慮高鐵的VoLTE語音質量，伴隨著4G網絡用戶高價值使用行為的建立，以及VoLTE用戶的高清語音承載，需要重點考慮高鐵的容量覆蓋規劃[1]。

F頻段（1880-1920MHz）相較于D頻段（2575-2635MHz）頻段有著路損小，覆蓋廣的有點，更適合于高鐵的高穿損覆蓋場景。本文主要從容量承載以及建設方面對F頻段擴容方案進行規劃分析。

F頻段20M+10M組網是指使用F頻段前20M（1885-1905）和后10M（1905-1915）的兩個頻點進行組網，具體頻段信息如下：

F頻段20M+10M組網可以實現兩個頻點共覆蓋，通過總共30M帶寬的容量來應對高鐵用戶規模發展后的容量不足的問題。

2 VoLTE承載用戶理論計算

2.1 標清（12.2k，語音包間隔20ms）

在TD-LTE網絡帶寬為20MHz，子幀配比為3：1，特殊時隙配比為9：3：2的場景下，VoLTE承載容量受限的信道主要有PDCCH、PDSCH、PHICH、PUCCH、PUSCH，但主要受限信道為PUSCH信道：12.2k標清理論用戶數受限于上行PUSCH，最大用戶數為180。

2.2 高清（23.85k，語音包間隔20ms）

在TD-LTE網絡帶寬為20MHz，子幀配比為3：1，特殊時隙配比為9：3：2的場景下，下行采用MCS28，1RB對應的塊為712，MIMO空分復用后對應1424bit，1個23.85k 高清用戶仍需1個RB，20ms最大用戶數400X4=1600（PBCH塊暫忽略不計）;

上行采用最高MCS為24，對應1RB的數據塊為520bit，1個高清仍需要2個RB，則20ms對應用戶數為90/2X4=180個。

小結：23.85k 高清理論用戶數受限于上行PUSCH，最大用戶數為180。

2.3 總結

12.2k標清理論用戶數受限于上行PUSCH，最大用戶數為180，23.85k 高清理論用戶數受限于上行PUSCH，最大用戶數為180;

若采用RoHC功能可將標情用戶數由180提升到360，高清用戶數仍為180;

若采用SID功能，仍為上行PUSCH受限，標清最大用戶數360*1.6=576，高清最大用戶數288;

若采用F20+10，則標清最大用戶數為270，23.85k高清用戶數為270。

3 高鐵擴容評估

高鐵場景較公網場景有著自身的特點，因而高鐵專網的擴容標準不能完全套用大網的擴容標準。

高鐵首先用戶時間集中度高，每個小區只在過車的時間有用戶，其他時間基本無用戶;其次高鐵用戶空間集中度高，車內所有用戶同時駐留在同一個小區;高鐵的網絡干擾更小，網絡利用率更高，小包業務比例更高。

3.1 根據用戶模型進行的理論評估

根據第二章的理論分析部分，LTE基站單載波最大可承載180戶VOLTE用戶同時在線使用。常使用的CRH380AL動車組列車，共16節車廂，定員1061人：其中1、16號車廂為商務艙/一等車，2、3車為一等座車，9號車廂為餐車，其余均為二等座車。

根據相關運營數據，運營商1的4G用戶數為3.6037億，用戶總數為8.3126億，運營商2的2月份運營數據顯示，截至到2月份，4G用戶總數5480.2萬，滲透率為21.3%，運營商3截至到2月份，4G用戶數6356萬，滲透率為31.9%。根據如上數據 整理三大運營商數據如下：

根據三大運營商的運營數據，可以計算出運營商1用戶在三大運營商的總用戶占比為64.5%，其4G用戶滲透率為43.3%。

高鐵小區覆蓋最多覆蓋相向行駛的兩列列車，單趟列車最大載員1061人，則高鐵小區內的最大用戶數為2122人（2*1061），根據前文計算的運營商1用戶數占比64.5%，及4G用戶滲透率43.3%，則其4G用戶最大為593戶。

據統計高鐵小區日均小區內的最大用戶數在400戶，由此可以推出高鐵RRC激活用戶占比為67.5%。其中VoLTE用戶的占比，由于受制于VoLTE終端的普及程度及更迭周期，目前VOLTE用戶在4G用戶的占比不會超過10%，依照10%的比例開展估算，則高鐵小區承載的VOLTE最大用戶數在40戶作用，由于單載波小區可承載的VOLTE同時在線用戶數為180戶，由此可以得出，高鐵單小區單載頻在用戶數層面可以滿足VoLTE用戶數的需求。

結合所有4G用戶的行為分析，由上分析，高鐵單小區4G最大激活用戶數為400戶，其中40戶VoLTE高清語音用戶同時在線，由此進行單扇區流量容量估算。參考基站利用率明細，高鐵單小區需承載的最大下行吞吐量為2.884Mbps，最大上行吞吐量為1.492Mbps，根據單小區的小區平均吞吐量能力需求，3：1時隙配比下，單小區可承載的下行吞吐量為20Mbps，可承載的上行吞吐量為8Mbps，由此可以得出，高鐵單小區單載頻在流量層面可承載最大用戶數的流量需求。

具體基于用戶理論模型的評估過程如下表：

3.2 基于資源利用率進行的評估分析

統計某高鐵站點207個，小包業務站點數量198個，中包8個，大包1個，共計207個，統計分析如下表。

高鐵需要擴容的站點數量為18個邏輯站，按照大網標準來說需要升級的站點數量18個，比例不算太高，主要受限因素在單小區下行流量。單以RRC有效連接用戶數統計大于50的站點數量為173，比例達83.6%，單小區承載的有效連接用戶數過高;下行利用率大于40%的站點數量為179個，比例達86.5%，下行的PRB利用率過高[2]。小區的下行流量不高，用戶數高，PRB利用率高，初步分析應當為高鐵的無線環境導致，根據單小區承載的用戶數以及PRB利用率， F20+10升級具有一定優勢，另外仍需參考實際測試情況（速率或KPI） 、競爭情況、用戶滲透率、投資效益、用戶投訴、網絡擴容難度等因素來綜合評定。

4 高鐵擴容F20+10所需設備

高鐵擴容F20+10為在F頻段20MHz的基礎上進行10MHz的升級，涉及到的硬件主要有新增基帶板、新增基帶載波license，新增RRU載波license，以及常用的軟件，如CSFB、小區合并、高速移動、下行載波聚合等功能。高鐵擴容F20+10的工程建設方面更多的涉及到的為軟件擴容，所以在實際操作及安裝層面更易于進行質量控制和管理[3]。

5 總結

本文從理論分析了高鐵上的F頻段的應用情況，并且從容量層面、建設工程層面對于高鐵的擴容需求進行了量化分析，旨在對于高鐵的擴容方法提供相關的借鑒，更好的提高我國的高鐵網絡通信質量。

參考文獻

[1]蔣遠，湯利民.TD-LTE原理與網絡規劃設計. [M].北京：人民郵電出版社，2012.10

[2]張崴.第四代移動通信技術的發展觀望. [J].城市建設理論研究，2013，5（3）： 99-100

[3] TD-LTE中VoLTE的理論極限容量. [DB/OL].?http：//wenku.baidu.com，2015-01-15/2016-09-11

Abstract：?As an important scenario of TD-LTE network coverage， high-speed rail coverage is an important image of 4G network. At present， more than 80 high-speed railway lines have been opened， with a total mileage of more than 30，000 kilometers. With the vigorous development of high-speed rail， the high-speed rail's 4G network coverage has gradually transited to very important stage. Considering not only the VoLTE voice quality of high-speed rail， but also the high-value use behavior of users in 4G network and the high-definition voice carrying capacity of VoLTE users， the capacity coverage planning of high-speed rail needs to be considered

Keywords：TD-LTE High-speed rail F20+10