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高铁隧道内4G数据业务无法使用问题分析

09/11 10:45
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某现场反映在某高铁段,列车进入隧道后,4G数据业务无法使用,表现为进隧道视频卡顿、网页转圈、微信消息发送接收失败等。

信息收集

在收到问题反馈后,第一时间进行了如下信息收集。

1. 基站信息收集

故障涉及高铁段123公里,共有18个隧道合计89公里。涉及运营商D 1.8G站点62个,313个小区;运营商D 800M站点60个,298个小区。

2. 组网信息收集

隧道内共有D、M、L三家运营商的设备5台,由铁塔POI合路后输出两根漏缆(一根为M和D共用,一根为M和L共用)发送信号,如图1所示。

图1 隧道内组网设备

设备详细信息如下,组网划分如图2所示。

运营商M(FDD1800):两通道,无详细信息。

运营商M(TDD F):两通道,1885-1915 MHz,2010-2025 MHz。

运营商D(800):单通道,824-835 MHz,869-880 MHz。

运营商D(1.8G):单通道,1735-1785 MHz,1830-1880 MHz。

运营商L(2.1G):单通道,无详细信息。

 

图2 组网划分

3. 网元数据收集

安排网元测试人员乘坐高铁进行测试。隧道外宏站信号正常,隧道内占用运营商D的1800频段,速率在100 kbps以内,无法正常使用数据业务;占用运营商M的F频段,速率较低,为100 kbps~500 kbps;运营商L 2100频段能正常使用。

测试以下场景并记录数据:运营商D 800M锁频测试,运营商D 1800锁频测试,运营商D自由态测试,运营商M自由态测试,运营商D语音测试,运营商M语音测试。

4. 网管数据收集

网管侧收集以下数据:

一键式信息采集。

XML配置文件。

组网拓扑关系图,关联的RRU机架号。

问题隧道站点KPI指标(流量、负荷、用户数、RSSI、NI、上下行速率),选取无列车及列车通过时的两个场景进行取数对比。

CQI、IMSI信令等。

数据分析

1. 网元测试数据分析

测试结果如图3所示,对于全程平均RSRP,运营商D 800M频段略差,1800频段和运营商M差距不大;对于SINR和覆盖率,运营商D的表现比运营商M好,但是下载速率明显差于M。

图3 测试数据

2. 网管数据分析

全路段信息匹配

通过基站告警信息跟踪、基站KPI指标监控、投诉信息匹配等,发现该路段站点无告警,全段KPI指标正常,也无用户投诉。因此将问题聚焦到隧道内及隧道列车通过时的数据。

隧道内数据分析

从IMSI Log看,出现问题时下行调度MCS不错,基本在20以上,但是反馈DTX太多(接近50%),如图4和图5所示。

图4 下行MCS和RB数

图5 下行反馈

重传多会占用新传调度机会(重传调度优先级高),所以下行流量存在问题。下行反馈DTX多是因为上行NI高,如图6所示,PUSCH NI有跳变高现象,即不定时受到干扰。

图6 PUCCH功率和NI

结论:列车经过时会导致NI抬升,优先干扰到两端RB,所以优先考虑降NI。

现场测试

1. 隧道内NI排查

为了验证影响NI的因素来自外部还是内部,现场申请了天窗进入到隧道进行测试。隧道口占用宏站信号速率正常,如图7所示。

 

图7 隧道口测试截图

进入隧道内平均速率为70 Mbps,如图8所示。核查POI接线无问题,接线端口分别为运营商D 1800、运营商M GSM1800和LTE F频段。现场进行超级小区拆分,拆分后速率降至50 Mbps,不影响用户体验,排除隧道内外部干扰。

图8 隧道内测试图

2. 列车内产生的外部干扰排查

初步怀疑列车WiFi信号使用的4G物联网卡优先级较高,导致系统带宽被占用,以至于用户在列车上进入隧道后无法使用移动信号。现场申请了高优先级测试卡再次到列车上进行测试排查,如图9和图10所示,高优先级卡与普通卡效果是一样的。

图9 高铁上隧道内速率(左起依次为D高优先级卡、D低优先级卡、M卡)

图10 高铁室外速率(左起依次为D高优先级卡、D低优先级卡、M卡)

幸运的是测试过程中去程列车WiFi故障,无法搜索到WiFi信号,回程列车WiFi正常,两者进行了对比,依旧存在问题。在网管进行平权设置后,到列车上复测,进入隧道后依旧无法使用数据业务。因此推测列车上不存在外部干扰源。

3. 内部干扰定位

排除隧道内外部干扰和列车内外部干扰后,问题聚集到了内部干扰上。通过对组网的分析,POI属于无源器件,而将各频段通过POI接入,有可能会产生互调干扰从而导致运营商D频段干扰。

经过对三阶互调干扰的组合测算,如图11所示,发现现场组网方式有三种组合产生的三阶互调干扰会落在运营商D 1800频段上。

组合一:M FDD1800+M FDD1800频段与M F频段组合三阶互调。

组合二:M FDD1800+M FDD1800频段与M FDD1800频段组合三阶互调。

组合三:M FDD1800+M F频段与M F频段组合三阶互调。

图11 三阶互调组合(D 1800)

申请天窗进行验证,进入隧道后通过三组测试进行三阶互调干扰定位:

L手机飞行,D手机占用1.8G FDD,一部M手机锁频接入F频段,进行连续下载业务,观察运营商D FDD 1.8G NI。

L手机飞行,一部M手机锁频接入1800频段,进行连续下载业务,观察运营商D FDD 1.8G NI。

L手机飞行,D手机占用1.8G FDD,一部M手机锁频接入F频段,另一部M手机锁频接入1800频段,两部M手机同时进行连续下载业务,观察运营商D FDD 1.8G NI。

测试结果如图12所示,通过三组测试验证,手机在隧道内无列车通过时做业务,会抬升站点NI值。验证结论:

单D小区,底噪不抬升。

D小区+M F频段小区,D和M都做业务时,底噪不抬升。

D小区+M FDD1800频段,底噪抬升。

D小区+M F频段+M FDD1800,底噪抬升剧烈。

图12 业务测试时频谱扫描结果

最终结论:运营商M频段与运营商D频段共用一个POI会产生三阶互调干扰,导致D数据业务无法使用。

故障处理

通过问题定位分析,确定了由于无源器件的三阶互调干扰,导致了运营商D 1800频段在列车经过时产生干扰,用户无法使用数据业务。

解决方案一

为了从根本解决问题,从源头(POI)出发,需要将运营商M的通道全部归并到一个POI,D和L共用一个POI,将信号源从无源器件上分离,从而解决问题。

解决方案二

现场通过对POI的观察,发现运营商L未使用1800频段。通过对三阶互调的计算,如图13所示,仅有一种组合落在L 1800频段内,理论上会比D 1800干扰值小。

图13 三阶互调组合(L 1800)

为了验证可行性,现场申请天窗进入隧道。选取一个隧道内小区,将POI上D 1800端口更改至L 1800端口上,网管更改频点、开启站点。

复现场景,干扰值很低,不影响业务。列车通过时查看频谱扫描结果,如图14所示,波动很小。因此,D 1800三阶互调干扰改为L 1800后干扰值减小,方案可行。

图14 列车通过时L 1800频谱扫描图

解决方案三

通过共建共享方式,共享运营商L的2100频段,将运营商D 1800设备拆除,既可以避免三阶互调干扰,还可以进行资源盘活。

风险预警:通过对L 2100三阶互调计算,如果运营商D和L用各自频段各开20 MHz,共40 MHz,还将会产生三阶互调干扰。如果只用2130 MHz~2150 MHz,就没有三阶互调,如图15所示。

图15 L 2100共建共享互调组合



	

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