大唐移動(dòng)TD—LTE高速公路覆蓋方案

TD-LTE作為下一代移動(dòng)通信技術(shù)的主流技術(shù)，已經(jīng)開展了規(guī)模組網(wǎng)測(cè)試。高速公路作為一種典型的應(yīng)用場(chǎng)景，在高速運(yùn)動(dòng)引入的多普勒頻移、頻繁切換、穿透損耗等方面都比城區(qū)環(huán)境面臨更大挑戰(zhàn)。本文對(duì)高速公路場(chǎng)景下TD-LTE組網(wǎng)覆蓋方案進(jìn)行了介紹，包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及高速場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)性能等幾方面，為后續(xù)的TD-LTE高速場(chǎng)景組網(wǎng)積累經(jīng)驗(yàn)和提供參考。

1 引言

TD-LTE是我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通信標(biāo)準(zhǔn)，是TD-SCDMA的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)，被稱為3.9G通信標(biāo)準(zhǔn)。2012年1月，TD-LTE的演進(jìn)技術(shù)TD-LTE-Advanced正式被國際電聯(lián)（ITU）確定為4G國際通信標(biāo)準(zhǔn)。大唐移動(dòng)作為TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)的提出者和主流設(shè)備廠商，承擔(dān)了TD-LTE南京實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試驗(yàn)證，建設(shè)了唯一的高速公路（南京機(jī)場(chǎng)高速）覆蓋網(wǎng)絡(luò)，完成了高速公路場(chǎng)景的組網(wǎng)方案和相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證，并于今年的5.17世界電信日期間，同江蘇移動(dòng)一起為普通民眾提供了高速公路上的TD-LTE高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

本文從高速場(chǎng)景問題的特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、技術(shù)方案、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面對(duì)TD-LTE在高速公路場(chǎng)景的組網(wǎng)方案進(jìn)行研究和介紹。

2 高速場(chǎng)景面臨的主要問題

高速公路場(chǎng)景下面臨的幾大難點(diǎn)問題為：

1）高速移動(dòng)引起的多普勒頻移

2）頻繁切換

高速公路移動(dòng)通信網(wǎng)沿著高速公路建設(shè)，由于高速行駛，會(huì)導(dǎo)致終端頻繁跨越小區(qū)，在不同基站小區(qū)間頻繁發(fā)生重選或切換，容易導(dǎo)致業(yè)務(wù)掉線和脫網(wǎng)，從而導(dǎo)致用戶感知下降。

3）穿透損耗和陰影衰落

由于終端主要分布在高速移動(dòng)的車輛中，車體對(duì)無線信號(hào)具有一定的穿透損耗，不同類型的車穿透損耗不同，一般在8～12dB。此外，一些高速公路旁還會(huì)種植綠化樹木，從而對(duì)無線信號(hào)在高速公路的覆蓋帶來遮擋，形成陰影衰落，這種損耗一般在3～5dB，比如南京機(jī)場(chǎng)高速就是這樣。

要使TD-LTE系統(tǒng)在高速公路場(chǎng)景能具有很好的無線覆蓋和業(yè)務(wù)體驗(yàn)，必須通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃或技術(shù)手段解決上述問題。

3 高速公路場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

1）采用小區(qū)合并的組網(wǎng)方案

采用TD-LTE室外宏基站對(duì)高速公路沿線進(jìn)行覆蓋，每個(gè)基站為S11配置，兩個(gè)扇區(qū)背向覆蓋，分布覆蓋基站位置兩側(cè)的高速路。為了避免頻繁切換和重選，使用小區(qū)合并技術(shù)增加單小區(qū)的覆蓋區(qū)域半徑，減少小區(qū)間的切換和重選。

南京機(jī)場(chǎng)高速公路場(chǎng)景采用單站的2個(gè)RRU間小區(qū)合并，如圖1所示：

2）頻率使用規(guī)劃

如第2章介紹，高速公路場(chǎng)景下存在嚴(yán)重的多普勒頻移，且要克服車體穿透損耗，這兩個(gè)指標(biāo)都與使用的頻率有關(guān)，頻率越低，多普勒頻移越小，穿透損耗也越小，從而系統(tǒng)的性能會(huì)越好；反之，則越差。因此在進(jìn)行高速公路場(chǎng)景組網(wǎng)覆蓋時(shí)，要盡可能采用低頻段進(jìn)行覆蓋。

3）鄰區(qū)規(guī)劃

由于高速公路主要是采用線狀覆蓋，在進(jìn)行鄰區(qū)規(guī)劃時(shí)，每個(gè)小區(qū)一般只規(guī)劃兩個(gè)鄰區(qū)，分別為在高速公路沿線上本小區(qū)兩側(cè)的各一個(gè)小區(qū)，這樣可以減少終端的測(cè)量時(shí)間，增加切換的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

4 高速公路場(chǎng)景TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

高速公路場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化內(nèi)容基本相同，也主要是通過工程優(yōu)化和無線參數(shù)優(yōu)化兩種方式進(jìn)行，工程優(yōu)化主要是調(diào)整天線方向角和天線下傾角，以及調(diào)整發(fā)射功率來達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋RSRP和SINR的目的。

南京機(jī)場(chǎng)高速規(guī)劃建設(shè)有40多個(gè)站點(diǎn)，使用兩扇區(qū)方式實(shí)現(xiàn)帶狀覆蓋，基站大部分選擇與2G、3G共址的建設(shè)方式。建網(wǎng)初期，高速路上RSRP和SINR整體較差，需要深入優(yōu)化，如圖2所示：

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋較差的問題，除了增加基站進(jìn)行覆蓋外，主要依賴工程手段對(duì)天線進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化天線的方向角和下傾角，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了無線參數(shù)的優(yōu)化，比如對(duì)于越區(qū)覆蓋的小區(qū)，根據(jù)路測(cè)情況調(diào)低小區(qū)發(fā)射功率；對(duì)于弱覆蓋的區(qū)域，根據(jù)高速公路帶狀覆蓋的特點(diǎn)，對(duì)智能天線的賦形因子進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，使信號(hào)能量能更集中的覆蓋到高速公路沿線。

經(jīng)過有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，高速覆蓋區(qū)間內(nèi)97%區(qū)域的RSRP大于-100dbm，空擾情況下SINR可以大于5dB，且87%以上區(qū)域的SINR可以大于15dB；經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，高速公路上的切換成功率可以達(dá)到98%以上，小區(qū)吞吐量也提升到10M以上。

5 南京機(jī)場(chǎng)高速TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能介紹

1）試驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果

測(cè)試是對(duì)不同速度下的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)試，主要包含切換成功率和業(yè)務(wù)建立成功率。

測(cè)試條件：5部終端同時(shí)在一部測(cè)試車上，2部終端進(jìn)行上行FTP業(yè)務(wù)，2部終端進(jìn)行下行FTP業(yè)務(wù)，1部終端同時(shí)進(jìn)行上、下行業(yè)務(wù)；5個(gè)終端同時(shí)保持業(yè)務(wù)在車速100～120Km情況下進(jìn)行移動(dòng)測(cè)試，往返5圈。

測(cè)試結(jié)果：全網(wǎng)共進(jìn)行481次切換，成功率為98.97%；5個(gè)用戶統(tǒng)計(jì)的小區(qū)下行吞吐量12.4M，上行吞吐量10.3M。

通過對(duì)高速場(chǎng)景的性能測(cè)試，驗(yàn)證了TD-LTE在高速公路組網(wǎng)的可行性。主要結(jié)論如下：

TD-LTE系統(tǒng)可以應(yīng)用于高速公路場(chǎng)景（120km/h速度）；

在覆蓋不是特別好的情況下，小區(qū)多用戶平均吞吐量可以達(dá)到下行12M以上，上行8M以上。如果繼續(xù)進(jìn)行深入的優(yōu)化和增加基站，小區(qū)吞吐量可進(jìn)一步提升；

測(cè)試中大唐基站開啟了高速算法，對(duì)信道估計(jì)進(jìn)行了線性插值，終端和系統(tǒng)的現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)可以滿足高速公路場(chǎng)景下的解調(diào)性能需求；

網(wǎng)絡(luò)的KPI性能測(cè)試結(jié)果，切換成功率、建立成功率都大于95%，可以達(dá)到組網(wǎng)要求；

2）機(jī)場(chǎng)高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)

2012年5月，在世界電信日到來之際，江蘇移動(dòng)在機(jī)場(chǎng)高速進(jìn)行了TD-LTE的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。機(jī)場(chǎng)高速TD-LTE業(yè)務(wù)主要通過在機(jī)場(chǎng)大巴上安裝CPE，將TD-LTE信號(hào)轉(zhuǎn)化為WIFI信號(hào)，用戶利用智能手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦通過WIFI接入LTE網(wǎng)絡(luò)，提前免費(fèi)在機(jī)場(chǎng)大巴上享受LTE高速寬帶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

在實(shí)際多用戶接入體驗(yàn)情況下，小區(qū)下行吞吐量可達(dá)20Mbps，單用戶下行吞吐量1Mbps以上，視頻流播放順暢，如圖3。

6 結(jié)束語

TD-LTE突破了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，大幅提高了網(wǎng)絡(luò)速率，減少了時(shí)延，為用戶帶來了全新的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。高速公路作為一種典型的組網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，在信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面都需要有針對(duì)性的考慮和處理。通過實(shí)際組網(wǎng)的研究與測(cè)試，驗(yàn)證了TD-LTE在高速公路場(chǎng)景下的組網(wǎng)能力和可行性，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化積累了經(jīng)驗(yàn)。