地铁通信网络容量快速提升解决方案_詹宝容.pdf

，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期基金项目：广东省普通高校认定类科研项目（）；广东创新科技职业学院校级科研项目（）作者简介：詹宝容（），女，硕士，副教授，研究方向为通信与信息系统；刘超正（），男，本科，工程师，研究方向为移动通信网络无线优化；罗鹏飞（），男，硕士，高级工程师，研究方向为移动通信网络质量管理；孙登奎（），男，硕士，工程师，研究方向为移动通信网络质量管理。通信作者：庾锡昌（），男，硕士，高级工程师，研究方向为移动通信网络质量管理。文章编号：（）地铁通信网络容量快速提升解决方案詹宝容，刘超正，庾锡昌，罗鹏飞，孙登奎（广东创新科技职业学院，信息工程学院，广东，东莞 ；中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司，广东，东莞 ）摘要：为了解决东莞市地铁开通后客户流量迅速增长以及运营商实施提速降费策略后无线网络流量需求暴增，导致乘客在乘坐地铁时上网感知较差的问题，针对该市地铁的通信网络结构特点，采用重耕 频方式快速改造提升 网络容量。方案利用原有 、等设备，采用在 至 间新增馈线的方法快速重耕 频，并根据市场部商用终端灵活适配优化参数策略。经网络管理性能统计数据验证，该方案能有效缓解网络拥塞、快速提升 容量和用户上网感知速率。关键词：地铁通信网络；容量提升；重耕；参数策略中图分类号：文献标志码：，（，；，）：，：；引言随着人们对移动网络通信效率与质量要求的不断提高，对 网络进行有效优化，提高网络通信服务的质量，成为完善我国 通信业务的重要途径。城市轨道交通（地铁）多为封闭式环境，轨道交通站台站厅、区间隧道内各种无线信号几乎均为盲区；无线信号在隧道场景中传播容易产生快衰落。地铁列车车体、站台两侧安全屏蔽门对无线信号会产生严重的屏蔽。作为重要的城市交通工具，城市轨道交通的用户人流量很大，特别是上下班的高峰期，具有非常高的突发话务量。用户需求以高速数据业务为主，以语音业务为辅，随着运营商响应政府的提速降费的政策，全网无线流量迅速增长。东莞市地铁专网受轨道公司基础设施限制，目前仅能部署频，频率资源相对匮乏。加上近两年来地铁客流量和无线用户话务量较 年都有较大增长，无线话务尤为明显，增幅接近 ，导致其移动网络设备高负荷运行、乘客上网感知体验差，因此急需对该市地铁无线系统 容量进行扩容。本文通过梳理该市地铁通信无线容量现状，对在地铁网络场景下出现 网络拥塞后如何快速提升网络容量和乘客感知进行了深入探讨，并提供了具体解决方案。地铁话务现状分析 流量与用户增长分析东莞市地铁开通后，带动沿线经济发展，地铁乘客和 网络流量呈现上涨趋势，从图可以看出，年月总流量约为 ，移动乘客最大用户约为 人；年月总流量约为 ，移动乘客最大用户约为 人。相比 年月总流量增长 ，用户数增长 。地铁内的民用通信网络规划设计为单载波单流 频，但开通年时间里用户数和流量已经超出网络设计的承载能力，导致乘客在入站购票和乘坐过程中看头条、刷抖音、听音乐等上网行为都要缓存较久，严重影响了乘客上网感知体验。，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期图用户数与总流量趋势图 专网 利用率分析通过全面分析，地铁场景与大网场景有较大区别，地铁用户的早高峰和晚高峰现象十分明显，而闲时话务相对较少，尤其是夜间列车停止行驶后，话务值为，所以传统统计指标按日均或者小时级都会影响基站负荷的分析，不能直观体现高峰时刻基站的负荷情况。为此需要网管实时跟踪分析分钟级的基站利用率，对地铁小区分钟级小区上、下行 （）利用率跟踪发现：隧道小区在地铁开车运行时段上下行 利用率达到 左右，但当列车通过后，由于没有用户接入，小区的利用率降低至，见图；站台小区忙时上下行 利用率达到 左右，已超出预警阈值，急需扩容以缓解系统负荷，见图。图隧道小区 利用率图站台小区 利用率 热点车站话务分析 年国庆节期间，东莞市政府在市民中心广场举办庆祝活动。由于该广场位于地铁鸿福路站附近，政府此前通过多种渠道宣传该庆祝活动，并考虑到周边停车场有限，鼓励市民乘坐公交地铁绿色出行，使得乘坐地铁参加活动的市民人数骤升。图显示，平时基站最大用户数约为 人，无线总流量为 ，月 日至 月日日均流量和最大用户数大于平时均值，尤其是 月日，基站最大用户数约为 人，无线总流量约为 ，基站最大用户数和无线总流量约为平时的倍。由于车站客流超出网络容量的能力，售票厅层的用户无法通过移动网络使用微信、支付宝等 进行购票和出入闸通行，在只能依靠现金支付的情况下，导致车站内迅速聚集大量乘客，对地铁安保系统造成了巨大压力。容量提升方案实现 频重耕前干扰论证由 于东莞市地铁列车调度系统使用通信信号的频率范 ，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期图东莞市国庆当天用户数和流量图围为 ，地铁公司担心行车调度频率受到干扰，要求对在地铁红线内使用高于 频率的网络建设方案必须在部署前进行充分论证。基于地铁列车受限与地铁公司调度系统的安全性要求，本方案针对频（）与地铁调度系统通信信号之间的干扰情况进行了论证和模拟评估。干扰影响可能存在种情况，分别为杂散干扰、邻频干扰和三阶互调。经测试得知，设备运行状态正常且性能良好，杂散干扰影响非常小，由于两个频段相差较远，邻频干扰影响亦可忽略不计。因此，最大可能干扰影响应为三阶互调干扰，它是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素，存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波进行混频后所产生的寄生信号。它可以通过三阶互调公式计算得出：；经计算，本方案中三阶互调干扰产生的寄生信号的范围区间为 和 ，该寄 生 信 号 没 有 落 入 地 铁 列 车 调 度 频 率 。因此，从理论上排除引入频重耕对地铁列车调度频率的干扰。为了验证其可靠性，我们选取一个客流量较低的车站重耕开通频，并在地铁公司配合下，在夜间新增一趟地铁列车参与论证频开通后是否会干扰调度频率。现场多次使用扫频仪扫频得出的测试结果如图所示，可见产生的三阶互调并没有落入地铁调度频率范围内。由此证实频不会对地铁造成干扰。图频谱分析图 工程施工改造地铁专网目前使用的设备 （）为 型号，该型号支持频段为。根据国家政策，系统已基本退网，隧道断点处的多频合路平台（）必须预留频段接口，并由地铁公司统一安排，在地铁列车夜间停止运行后进行施工改造。施工方案如图所示。设备工程师仅需从主设备 新增一路馈线接入闲置 的 端口；网络规划工程师规划工参数据、邻区数据和开站脚本等；网络优化工程师通过网管直接激活频开通。最后，观察频站点开启后的指标情况，若观察站点激活前后相关站点指标无异常，则保持站点的激活入网；若指标异常，则退回至各步骤核查。工程改造因为只占用地铁晚上维护时间，且不需要大量人员进入隧道施工，只需要在已经预留好的机房内进行施工，不影响地铁的正常维护。传统的增加室内天线需要大量施工人员以及对现有路线进行改造，工期过长，影响了地铁交通的正常运行与维护，且新安装的天线也存在着更换麻烦、维修困难等问题。与之相比，本方案能更好地节约成本，缩短施工周期，后期维护也更加便捷。图设备组网图 频重耕扩容小区用户灵活适配优化策略由于目前部分 商用终端不支持 频段问题，本方案结合本市 频商用终端情况，灵活进行重选、切换等策略参数优化，保证高质量用户感知。详细实施思路如下。根据目前地铁所使用的频段和带宽初步确定频和频理论上分担用户比例为 ，由于国家刚开始允许 频重耕用于 网络，目前支持 频的手机比例仍然比较少。运营商广东移动东莞分公司结合市场部销售频手机终端的比例后，确定参数策略为 频重选优先级为，频切换至频的门限调整至最低，这时频段的用户分担比例仍大于 ，策略的目标是让支持 频手机终端全部占用 频，释放频的负荷并提升频感知速率。考虑到 频手机终端销售量逐渐增大，更多的手机通过升级可支持频，使用频用户量占比逐步减少，频段的用户分担比例将小于：，日后可能产生因 频吸收大量的话务而造成拥塞的现象。此时，需要结合（，基金项目微型电脑应用 年第 卷第期 ）采集的数据、拉网 （）采 集 （）、流量和用户占比分析、切换相关性能指标分析、切换重选参数策略分析等多种方式重新调整参数策略，使的驻留用户和流量比例趋于 ，具体如图所示。图优化策略方案验证图体现了 年月东莞市地铁扩容 频段后：频用户数呈现递减后趋于平缓，频小区日均用户数由 下降至 ，下降幅度约 ；频用户数呈现递增后 趋 于 平 缓，频 小 区 日 均 用 户 数 为 ，占 比 。图日均用户对比分析分 析 个 热 点 车 站 指 标，频 用 户 开 通 前 后 减 少 约，上下行 利用率也相应有所缓解，感知速率提升大于 ，提升幅度大于；而频由于频段干扰较少，干扰噪声比频小，下行感知速率更高，大于 。表速率感知提升站点名称状态频段干扰噪声 小区内最大用户数上行 利用率下行利用率下行感知速率 频小区下行感知速率提升值 频小区下行感知速率提升比例热点车站热点车站开通 频前开通 频后开通频前开通频后频 频 频 频 频 频 如表所示，对于热 点 车 站，频 小 区 速 率由 原 来 提升至 ；频小区日均用户数 ，分担原用户占比 ，感知速率为 ；地铁日均流量增长 ；地铁专网速率感知提升 以上，最大限度地缓解了地铁专网的高负荷问题，提升了专网用户的速率感知。方案实施后，地铁每天日均流量增长 ，按照目前 元 计 算，每 年 地 铁 沿 线 流 量 效 益 将 增 加 万元。总结本方案因地制宜充分利用原有设备，在无需额外资金投入、不增加主设备等硬件、不影响地铁及友商网络正常运营的情况下，可以充分盘活目前已有资源，迅速进行频扩容，提升 容量，使频高负荷问题得到明显改善，与传统施工方案相比，能够明显缩短施工周期。方案考虑到部分商用终端不支持 频段问题，提出结合本市 频 终端占比，在网络管理方面充分结合覆盖、小区用户流量占比、性能指标以及重选参数切换参数等灵活优化适配手段，使地铁小区频用户占比与市场 终端占比相匹配的网络配置策略能够最大限度适配和提升专网客户感知。该方案已在东莞市地铁 线成功部署和验证，下一步计划向其他地市推广。参考文献韩臻，杨智城市轨道交通 综合承载业务探讨铁路通信信号工程技术，（）：李厚锴 承载地铁信号无线网络规划方案铁路通信信号工程技术，（）：武斌地铁引入 系统对地铁通信干扰分析及应对措施中国新通信，（）：张旭，刘宇，崔晓蔷，等地铁移动通信网络覆盖方案研究与实现通讯世界，（）：赵彦博 地铁扩容评估分析方法及策略探讨通讯世界，（）：王良军地铁 容量分析和计算数字通信世界，（）：（收稿日期：）