 点击上方“蓝字”关注咱们吧~铁路LTE系统服务质量测试与网络优化
赵麟杰
（中国铁路通信信号上海工程局集团有限机构，上海 200436）
摘要：从铁路专用LTE网络的基本形成出发，详细介绍服务质量测试指标和网络优化的重点办法。经过对无线场强覆盖、车地通道性能以及切换性能等关键参数的测试，能够客观评定列车高速移动状态下的网络性能指标，亦为无线网络优化供给可信数据依据，使铁路专用LTE无线宽带通信系统的工程质量得到有效保证。
关键词：铁路；LTE；服务质量；网络优化；测试
中图归类号：U285.5+5
文献标识码：A
文案编号：1673-4440(2018)03-0040-06 DOI10.3969/j.issn.1673-4440.2018.03.008Service Quality Test and Network Optimization of Railway LTE System
Zhao Linjie
(China Railway Signal & communication Shanghai Engineering Bureau Group Ltd., Shanghai 200436）
Abstract: Based on the basic composition of LTE network for railways, the paper introduces the service quality test indexes and the main measures of network optimization. Trough the test of the key parameters such as wireless coverage, train-ground channel performance and switching performance, the network performance can be objectively evaluated under the state of train running with high speed, also can provide reliable data basis for the optimization of wireless network to ensure the engineering quality of railway LTE wireless broadband communication systems. Keywords:railway; LTE; service quality; network optimization; test
近年来，第四代移动通信（LTE）技术已然在民用通信行业内得到大规模发展，亦给铁路等轨道交通专用通信系统的宽带化发展带来了契机。铁路专用化的LTE无线通信系统，与通常电信运营商的常规网络在特殊地理区域的无线覆盖模式、网络服务质量指标等多个方面拥有显著的差别，尤其是铁路专用化的高靠谱性业务，如列车调度通信、无线重联、可控列尾、高清视频传送等，更要保准网络高速畅通、稳定靠谱，这就对LTE网络服务质量提出更高的需求。因此呢，铁路LTE网络服务质量测试和网络优化工作显出尤为重要。
1 铁路LTE系统简介
典型铁路专用LTE宽带通信系统通常采用双网架构，即以2个独立的A、B双层网络同期工作，LTE终端会优先选取其中1个网络，反常时重新选取另一张网络。如图1所示。
铁路LTE系统需要保证列车在行驶区间的无线场强全覆盖，区域内无其他干扰信号，保准列车高速行进过程中无线通信不中断，跨区瞬间切换成功，从而保证承载的各项铁路专用业务能够正常工作。因此呢在网络覆盖方面，采用A/B双层网络负荷分担方式工作，两网同期承载业务数据，如图2所示。
铁路专用的LTE网络，通常沿着铁路沿线进行无线覆盖，因此呢形成为了典型的“带状”覆盖，而与民用通信的“平面”覆盖有着很强差别，朔黄铁路LTE实验段“带状覆盖”示例，如图3所示。
2 网络服务质量测试技术
LTE系统的设计目的和工程质量需要实质测试结果来验证，网络服务质量指标就表现了工程质量状况。LTE网络的服务质量评定技术较传统2G/3G无线测试技术又有新的发展。首要，铁路带状环境的无线场强覆盖需满足最小参考功率RSRP；其次，针对铁路专用业务承载能力制定服务质量标准，重点包含吞吐量、端到端传输时延、切换成功率、切换中断时间、呼叫创立时间等重要指标，较通常民用无线通信质量需求高。应用LTE宽带移动通信测试工具和业务仿真模拟工具测试服务质量，参照列车行进速度模拟业务通信，进行网络客观评定，获取关键服务质量数据，为后续网络优化供给依据。
2.1 LTE系统无线场强覆盖测试
无线场强覆盖指标用车载终端全向接收天线接收到的最小下行参考信号功率RSRP来描述，设备的最小RSRP值通常为-105 dBm,小于该值将没法正常工作。
LTE场强覆盖测试框如图4所示，为模拟现网状况，测试时需对上行进行加载，下行进行加扰。上行加载采用移动端服务器经过LTE无线终端与固定端服务器进行数据交互，模拟上行用户工作；下行加扰采用OCNG（OFDMA Channel Noise Generator）方式进行模拟比例加扰，加扰比例分别为0%、50%、70%。
测试过程中，经过LTE路测系统连接扫频仪或测试终端分别对各样加扰状况下的LTE系统的RSRP进行测试记录，并绘制RSRP曲线。如图5所示，为某一区段RSRP的测试结果曲线，形状似正弦波，其信号接收强度基本处在-65 dBm和-100 dBm区间，基本能满足通信能力需要。
2.2 LTE系统车地无线传输性能测试
车地无线传输性能是评估LTE网络运行状况的重要指标，反映了LTE网络所能实现的端到端性能，重点包含平均吞吐量、时延和丢包率等指标。LTE系统车地无线传输性能测试框如图6所示，测试时网络处在空载状态。
1）平均吞吐量测试：LTE测试终端1进行上行吞吐量测试，LTE测试终端2进行下行吞吐量测试，固定端服务器进行协同测试。测试完成后绘制上行吞吐量曲线和下行吞吐量曲线，并分别计算上、下行平均吞吐量。
2）时延测试分为用户面和掌控面时延测试：
用户面时延重点指LTE移动终端至固定端服务器的时延，采用LTE路测系统经过LTE测试终端1经过PING固定端服务器，进行用户面时延测试，测试结束后，记录最大时延、平均时延、最小时延和丢包率。
掌控面时延指的是移动终端从空闲(IDLE)状态进入激活(Active)状态的时延，采用LTE路测系统掌控LTE测试终端2处在空闲状态；而后从空闲状态接入系统，进入激活状态并进行重复测试，测试完成后，统计最大时延、平均时延和最小时延。
3）丢包率测试：在进行用户面时延测试的同期进行丢包率测试。
以某重载铁路LTE系统测试结果为例，如表1所示，展现了较好的宽带通信能力和较短的传输时延，丢包现象不显现，均满足项目预期确定的双向吞吐量≥15 Mbit/s、车→地吞吐量≥6 Mbit/s、地→车吞吐量≥8 Mbit/s的目的。
2.3 切换性能测试
切换性能测试反映LTE网络所能实现的移动终端从一个小区切换到另一一个小区的性能。切换性能测试重点包含切换成功率测试和切换时延测试。切换成功率指的是切换成功次数/切换尝试次数，切换尝试指在预期的切换区（如从小区A覆盖区向小区B覆盖区移动）预期出现的切换；切换成功以信令交互完作为指标（LTE测试终端向源小区发送测绘报告信令后，LTE测试终端收到切换指令“RRC连接重配置”信令，随后测试终端向目的小区发送“RRC连接重配置完成”信令）。
切换时延经过信令来统计，从测绘报告后的第1个“RRC连接重配置”信令（包括源小区向测试终端发送的切换命令内容）到“RRC连接重配置完成”信令（包括测试终端向目的小区发送的切换完成内容）之间的时间差。
切换性能测试可与平均吞吐量测试一并进行。以某重载铁路LTE系统切换性能测试结果为例，如表2所示，展现了较好的切换成功率，满足时延<200 ms成功率≥99.5%的预期指标。
2.4 其他服务质量测试内容
除此之外，服务质量指标包含网络注册时延、连接创立时延、连接创立失败率等有些静态测试指标。铁路调度通信所触及的内容包含单呼、组呼、广播、优先级呼叫等，其中端到端呼叫创立时间和呼叫成功率等以某重载铁路LTE系统呼叫测试测试结果为例，如表3所示，均满足项目预期确定的呼叫创立时间<3 s、呼叫成功率>99%的目的。
3 LTE无线网络优化
网络优化是系统正常开通和后续保证的一项重要工作，实质业务系统运行后，原先未能即时发掘或预料不到的问题将会显现出来，尤其是铁路沿线的地形繁杂，气象环境变化、以及外边信号干扰等均会影响网络质量，需要对网络进行优化调试，经过对基站天线方向调节优化覆盖、系统参数调优等一系列办法对明显问题进行重点优化，以处理最后实质业务应用状况下的网络质量问题，保准系统整体的可用性和实质业务的运行效果。LTE无线网络调试流程如图7所示。
3.1 问题定位
1）工作准备周期重点完成测试工具准备、优化计划制定、网络信息收集等工作，其中网络信息收集重点包含工程规划参数收集、基站配置信息收集等，可为后续工作供给数据输入；
2）单站问题定位重点完成单基站故障等问题的处理，如基站告警、单基站没法接入用户等；
3）话统分析重点对基站收集到的各样网络关联的数据信息进行分析，并结合现场测试对发掘的网络问题进行定位；
4）网络服务质量测试重点用来发掘覆盖、接入、切换等问题，并结合话统分析数据对显现的弱覆盖、过覆盖、接入失败、切换不恰当等网络问题进行定位和处理。
3.2 优化分析
收集完成各样测试项目所采集的数据后，对数据进行相应的回放及后处理，重点对如下几个方面进行分析：
1）覆盖：如RSRP、SINR、RSRQ、PCI分布、各扇区PCI覆盖图等，这是整体衡量空口质量的重要方面，某重载铁路LTE通信系统实验段工程加扰覆盖分析如图8所示。
2）KPI：是衡量网络质量和用户感知的重要指标，常用分析指标包含FTP下载速率。
3）DT（DRIVE TEST）测试与分析优化：重点包含覆盖分析、干扰分析、切换分析、掉话分析、未接通分析、射频优化调节、频率及参数调节等。
3.3 优化调试
1）处理场强覆盖问题操作要点
a.调节天馈参数，调节天线下倾角和方位角；
b.调节覆盖小区的发射功率，掌控覆盖范围；
c.调节网络切换参数，让终端在弱覆盖小区内尽快切出；
d.更换天线，按照问题更换高增益或低增益的天线；
e.若覆盖有很强盲区，应在相邻基站中间新增多基站。
2）处理切换问题操作要点
a.邻区漏配，引起没法找到目的小区而引起切换失败；
b.切换不即时可经过调节切换关联参数：切换门限、迟滞、切换延迟触发时间、CIO等来掌控切换机会；
c.覆盖不恰当（弱覆盖、越区覆盖等）易引起切换失败或掉话，需要经过天线调节、功率调节等手段来掌控信号覆盖范围。
3）处理干扰问题操作要点
a.排除硬件故障，如天线故障、馈线损坏、进水等；
b.GPS区别步；
c.天线高度、方向角、下倾角的调节；
d.优化导频功率、PCI规划等；
e.应对带状覆盖，运用窄波束天线；
f.排除设备内部互调干扰；
e.排除外界无线信号干扰。
4 结束语
LTE网络服务质量测试和网络优化办法，已然在国内某重载铁路LTE系统上进行应用。综上所述，经过对无线场强覆盖、车地通道性能以及切换性能等关键参数的测试，客观评定列车高速移动状态下的网络性能指标，亦为无线网络优化供给可信数据依据，使铁路专用的LTE无线宽带通信系统的工程质量得到有效保证。
参考文献
[1]张文，李士寒.Gsm-r无线通信网络服务质量测试系统及办法：ZL200810037802.4[P].2003-6-26.
[2]王玉强，王立国.GSM-R网络承载列控业务时的质量评估办法[J].铁道通信信号，2007，43（3）：48-50.
[3] 窦超，段正.LTE网络质量和业务服务质量的评估体系科研[J].现代电信科技，2015，45（3）：1-6.
[4]卢鑫，华尧.基于TD-LTE的高速铁路宽带通信系统集成测试[J].铁路通信信号工程技术，2013，10（S1）：127-130.
[5]周宇晖，李雪，马丽兰.简谈铁路LTE服务质量指标参数科研[J].铁路通信信号工程技术，2015（5）：33-36.
[6]王芳，邸士萍.LTE-R系统架构科研[J].铁路通信信号工程技术，2016，13（6）：23-26.
[7]吴育辉，张满姣，刘立才.LTE网络服务质量保证机制科研[J].通信技术，2017，50（8）：1752-1756.
[8]赵隽琪，思博伦.LTE端到端业务质量测试处理方法[J].电信网技术, 2011（2）：70-73.
[9]邹引.LTE-R承载列车掌控类业务服务质量指标科研[D].北京:北京交通大学，2016.
（收稿日期：2017-11-03）
（修回日期：2017-12-10） 更加多精彩 欢迎关注
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发表于 2024-8-31 04:12:37
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