中国电信安徽公司高铁VoLTE优化研究

1、 高铁VoLTE优化研究1 研究背景中国高速铁路在近年来取得了快速的发展，全国高铁运营里程已超过2.2万公里。随着乘客数量的不断增加，高铁网络质量和业务感知日益成为影响运营商品牌形象的重要因素。2017年6月安徽电信在完成L1800M高铁沿线覆盖的基础上，全省开通L800M基站，实现高铁场景L800&L1800多频覆盖。在夯实高铁网络质量的同时，以VoLTE商用为契机，前瞻性地开展高铁VoLTE优化的创新研究。主要工作内容如下：1、开展高铁场景VoLTE网络评估，分析无线侧RSRP&SINR&Tx_power等参数与VoLTE感知相关曲线，探索高铁场景下基于用户感知的覆盖标准，指导后期高铁场景规划与优化。2.全面地评估高铁VoLTE业务性能，验证各个频点VoLTE承载能力，总结安徽高铁场景VoLTE业务驻留最佳频点。3.针对安徽电信高铁场L800&L1800双频组网的网络特性，开展针对性研究，制定符合用户感知的多套VoLTE参数标准，并在现网验证实测，力求用户感知最优化。4.通过对LTE网络无线侧常见异常事件分析，总结各异常事件对VoLTE感知影响。2 高铁场景业务特性高铁场景区别于其

2、他场景（城区、高速、铁路等）的主要特点在于高铁场景用户运动速度远高于其他场景，超高的运动速度对用户网络体验带来了很大的挑战。1.1.1. 高速移动影响速率高速移动下产生的多普勒频偏会导致上下行的速率有所下降，下图分别是频偏对下行速率和上行速率的影响对比图，作图为高铁场景低速小区配置与城区低速小区配置的SINR与下行速率分布对比图，DL-HS即下行高速小区配置，DL-LS即下行低速小区配置，右图为高铁下低速小区配置与城区低速小区配置下的上行路损与上行速率的对比图。1.1.2. 高铁切换频繁如下为一般测试过程中，高铁小区驻留与切换情况的统计，从实际测试结果来看，高铁用户一般6-10s进行一次切换，切换十分频繁。频繁的切换对用户速率感知带来了很大的风险与挑战。高铁的切换频度由下图可知，每次切换都伴随着下行速率的掉坑（蓝线为下行速率，红线为SINR，紫色竖线为切换点）高铁频繁切换对速率的影响1.1.3. 多普勒效应影响列车高速运动会导严重的多普勒效应，多普勒频移与列车的速度相关，车速受客观条件的限制是时变的，所以多普勒频移也是时变的。对接收机来讲，相当于有个时变的频率对原有接收信号进行了调制，

3、如果不能排除该时变的频率影响，必然会导致接收机的解调性能下降。多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移（Doppler shift），多普勒频移计算公式为：fd=fCvcos其中：fd为多普勒频移；为终端移动方向和信号传播方向的角度；v是终端运动速度，m/s；C为电磁波传播速度，3108m/s；f为载波频率，计算上行多普勒频移时，f对应上行发射频率，同理下行亦然；以下是高铁场景通信时的频移产生示意图， 假设上下行频率都为f，可知：UE驶向基站时，会产生一个+fd的频偏，即UE的工作频率为f+fd ；对于基站上行接收端，UE驶向基站又会产生一个+fd的频偏，因此基站接收到的频率为f+2fd。同理，UE驶离基站时，上行发射频率为f-fd，基站接收到的频率为f-2fd。UE在移动过程中移动方向与信号传播方向角度一直在变化，根据多普勒频移计算公式可知，UE在小区边缘时频偏最大，UE在小区近点时频偏最小。 站点与铁路距离远近对UE频偏也有影响（主要影响入射角），站点离铁路较远时UE频偏较小（相对较大），站点离铁路较近时UE频偏较大（相对较小）。多普勒频移示意图下表为不同频段和不同速度时候的最大频偏：

4、列车行驶速度（km/h）最大频偏（Hz）700MHz800MHz900MHz1.8GHz2.1GHz2.6GHz下行上行下行上行下行上行下行上行下行上行下行上行5032653774428383167971941202411006513074148831671673331943892414811509719411122212525025050029258336172220013025914829616733333366738977848196325016232418537020841741783348697260212043001943892224442505005001000583116772214443502274542595192925835831167681136184316854502925833336673757507501500875175010832167注：1、最大频偏为用户移动方向和基站信号传播方向的夹角为0或180度。2、36.101规定终端晶振频偏最大范围为+-0.1PPM，实际网络最大频偏比上表略大，具体与终端晶振性能有关。3 高铁场景VoLTE优化研究思路安徽

5、现有高铁7条高铁，共计1400公里，分别为京沪、合蚌、合宁、合福、合武、宁安、徐兰高铁，高铁场景L1800G平均站间距约1.5公里，L800M合路C网进行建设，平均站间距为4公里左右，京沪、合蚌、合福、徐兰高铁运行速率高，为300公里/h，合宁、合武、宁安高铁运行速率为200公里/h,本文实验区域为京沪高铁安徽段，设计最高速度为380公里/小时，当前运营速度为350公里/小时，线路长度266公里，途经宿州、蚌埠、滁州三市，沿线主要是平原和丘陵地带，隧道数量较少。VoLTE语音解决方案与传统的电路交换系统（CS）语音业务不同，复杂的网络架构和全新的端到端IP语音业务模式，为网络优化工作带来新的挑战；同时高铁场景特有的多普勒效应和较大的车体损耗、以及重叠区不能满足切换和重选要求等因素，进一步增加了提升高铁VoLTE业务性能工作的难度。本文研究主要思路如下：1、分别锁频L800与L1800测试VoLTE长呼、短呼，根据测试情况选择安徽高铁场景的优先驻留频段，确定是否需求开启语数分离功能。2、根据高铁场景各频段覆盖情况，使用数据业务的多频参数测试VoLTE业务，分析VoLTE业务MOS值与无线

6、侧RSRP、SINR、Tx_power等参数之间关系，得到VoLTE网络覆盖标准。3、根据VoLTE网络覆盖标准制定基于不同标准的参数覆盖标准，并在高铁场景进行试验总结高铁场景的多频参数标准，解决是否需要开启基于QCI1（VoLTE语音）的特性，实现数据业务和语音业务使用不同的切换参数。4、分析高铁测试过程中场景下无线侧常见异常事件对高铁VoLTE语音感知影响，为后期高铁无线侧VoLTE优化积累宝贵经验。4高铁场景VoLTE驻留频点研究测试区域为京沪高铁滁州-宿州段，总里程215公里；京沪高铁L800M站间距约为4公里，L1800G站间距约为1.5公里；测试期间分别进行了锁频800M与锁频1800M长呼和短呼测试，测试结果如下：从测试结果来看，安徽高铁场景L1800M覆盖较L800M覆盖有明显优势，虽然L800M在切换次数、多普勒频偏等方面具有优势，但从高铁测试结果来看L1800M在覆盖较好时能够提供较好的语音用户体验，MOS优良比、RTP丢包率、呼叫建立时延、掉话率等方面都有明显的优势。从测试结果来看，安徽高铁场景不具备使用语音专用载频的条件，建议与数据业务一样，优先驻留L1800M

7、,通过多频切换参数优化，使得高铁场景的VoLTE业务在1.8G与800M间平滑切换，保障感知体验最优。5高铁场景VoLTE覆盖标准研究VoLTE商用前，需要对高铁场景VoLTE覆盖标准进行研究，指导规划建设，安徽公司针对京沪高铁进行相关研究，测试区域为京沪高铁合肥-宿州段，总里程215公里，京沪高铁LTE800M站间距约为4公里，LTE1.8G站间距约为1.5公里，采用长呼测试，VoLTE采用自由选频，测试结果如下：（备注：CDMA覆盖按RX-95dBm计算，VoLTE覆盖按RSRP-105dBm计算）我省高铁参数标准因不是专网覆盖从测试不锁频结果来看，高铁场景VoLTE覆盖率与CDMA网络可比，MOS大于3.5比例较CDMA网络有优势，同时对高铁场景异频切换进行了研究：“无切换”的MOS均值为RSRP介于（-110，-100）范围内的采样，通过研究表明，从纯覆盖角度，L800M与1.8G混合组网可以满足高铁覆盖。为了研究高铁场景下覆盖率标准，我们对测试数据RSRP、SINR、TX_power等无线侧参数与VoLTE语音MOS值进行了关系曲线拟合，从关系曲线中获得高铁VoLTE覆盖的感

8、知临界点，从而获得高铁场景VoLTE覆盖标准，高铁场景RSRP与MOS值关系曲线如下图： 以MOS优良比90%为覆盖标准，高铁场景RSRP需要满足-95dbm才能保证高铁场景VoLTE感知。高铁场景SINR与MOS值关系曲线如下图：以MOS优良比90%为覆盖标准，高铁场景SINR需要满足6db才能保证高铁场景VoLTE感知。从上述研究，如果要保持较好的高铁VoLTE感知体验，高铁场景VoLTE业务较数据业务对网络覆盖要求更为严苛，建议高铁场景的VoLTE覆盖标准为RSRP-95dbm,SINR大于等于6db。6高铁场景VoLTE三套参数的研究高铁场景L1800与L800M异频组网情况下，需合理设置异频切换参数，使两张网络有机协同，网络综合覆盖质量和VOLTE用户感知均达到最优。研究目的：合理设置高铁场景L1800&L800的异频切换参数，确保VOLTE业务语音质量优先，同时尽可能降低异频测量及切换事件的发生几率。先获取高铁场景L1800与L800M覆盖情况下，用户优先驻留频段，然后根据RSRP与MOS的感知分析确定高铁场景覆盖标准，以此为依据制定不同异频切换参数组合，并进行参数测试验证，对不同参数组合设置下的网络性能进行测试评估，找出最优设置。6.1 制定参数组合通过锁频L800与L1800测试VoLTE业务，根据测试结果得到高铁用户优先驻留L1800；通过高铁场景RSRP与MOS值的感知关联分析得出L1800的RSRP=-3.5的比例最优、异频切换次数少3个维度考虑，设置高铁场景3种L1800&L800M切换参数门限，得出3套异频切换参数组合。从理论分析，组合1下用户的覆盖率最低，组合2的异频切换次数最少，组合3的MOS值=-3.5的比例最优。测量事件介绍组合1：L1800&L800基于覆盖A2+A5组合2：L1800&L800基于覆盖A2+A5组合3：L1800&L800基于覆盖A2+A46.2 参数测试验证选择京沪高铁蚌埠至徐州段，全长175公里，VoLTE语音测试统一采用每次通话时长180秒，间隔20秒的方式，分别对以上3中组合参数开展测试。RSRPSINRMOS值=3.5比例频点占用6.3

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