淺談LTE共小區(qū)技術(shù)在高鐵通信中的應(yīng)用

符新+徐一鷗+王浩年+王文成

【摘要】 中國(guó)移動(dòng)即將在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展TD-LTE網(wǎng)絡(luò)二期工程部署工作，室外宏基站和室內(nèi)基站規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。而高速鐵路的覆蓋作為各運(yùn)營(yíng)商形象的展示窗口工程是LTE覆蓋的重要部分。高鐵存在著覆蓋損耗大，切換頻繁，多普勒頻移等技術(shù)難點(diǎn)，而在高鐵中使用共小區(qū)技術(shù)來(lái)克服這些問(wèn)題，是一個(gè)較好的解決方案。

【關(guān)鍵詞】共小區(qū)技術(shù) TD-LTE 高鐵

一、概述

高速鐵路的無(wú)線覆蓋和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋有著極大的差異，首先對(duì)于每秒行駛距離80米以上的高鐵列車，多普勒頻移效應(yīng)明顯，頻偏可能達(dá)到1KHz以上，如果缺乏有效的高速眵動(dòng)算法來(lái)進(jìn)行校正，高速引起的大頻偏將導(dǎo)致接收機(jī)解調(diào)性能大幅下降，4G系統(tǒng)性能將嚴(yán)重惡化，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常通信。其次，高速列車采用密閉式廂體設(shè)計(jì)，車體茅透損耗較大，如何在保證用戶體驗(yàn)的情況下，通過(guò)選取合哩的站間距和覆蓋重合區(qū)域，也是需要深入研究的課題。在傳統(tǒng)大網(wǎng)的組網(wǎng)模式中，時(shí)速300KM/h的情況下用戶將每10秒左右進(jìn)行一次小區(qū)間切換，頻繁的小區(qū)切換將極地大降低網(wǎng)絡(luò)性能，高速行駛將導(dǎo)致小區(qū)變更頻繁，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。如何控制切換、選取合理的切換帶也是擺在高鐵覆蓋上的一道難題。如果無(wú)法解決上述技術(shù)挑戰(zhàn)，則無(wú)法保證高鐵的無(wú)縫覆蓋，從而造成用戶速率下降，用戶感知差等問(wèn)題。 本文主要是針對(duì)高鐵通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以解決高鐵的4G覆蓋問(wèn)題。目的是在高速鐵路4G覆蓋區(qū)域，時(shí)速300KM/h的高速行駛的高鐵車廂內(nèi)，用戶可享受更高時(shí)速的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)。今后高鐵乘客除了傳統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)瀏覽、網(wǎng)上購(gòu)物、SNS等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，更可以享受高清電話會(huì)議、高清視頻點(diǎn)播、互動(dòng)游戲等高帶寬業(yè)務(wù)服務(wù)。

二、傳統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)和LTE共小區(qū)組網(wǎng)技術(shù)分析

2.1 傳統(tǒng)組網(wǎng)方式分析

高鐵線路大部分路段呈線狀分布，和通常的基站部署場(chǎng)景有著很大不同，一般鐵路沿線的基站也需要呈線狀分布。相應(yīng)的，高速列車切換示意圖如下圖所示。由圖可見(jiàn)，列車每經(jīng)過(guò)一個(gè)小區(qū)，就要執(zhí)行一次切換過(guò)程。結(jié)合高鐵的運(yùn)行速度，每隔lOs就要進(jìn)行一次切換。

圖：高速列車切換示意圖（一）

圖：高速列車切換示意圖（二）

合理的重疊覆蓋區(qū)域規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)連續(xù)的基礎(chǔ)，重疊覆蓋區(qū)域過(guò)小會(huì)導(dǎo)致切換失敗，過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致干擾增加，進(jìn)而影響用戶業(yè)務(wù)感知，因此高鐵覆蓋規(guī)劃中要合理設(shè)計(jì)重疊覆蓋區(qū)域?？紤]單次切換時(shí)，重疊距離-2*（電平遲滯對(duì)立距離+周期上報(bào)距離+時(shí)間遲滯距離+切換執(zhí)行距離）。高鐵專網(wǎng)場(chǎng)景下，考慮適當(dāng)預(yù)留，重疊切換帶按200m考慮。 考慮到LTE要求車廂內(nèi)覆蓋電平一般不低于-113dBm，基于鏈路預(yù)算：城區(qū)F頻段覆蓋半徑約500米，D頻段覆蓋半徑約350米，郊區(qū)、農(nóng)村F頻段覆蓋半徑約600米?？紤]重疊切換帶問(wèn)題，宏基站RRU間距如下：城區(qū)F頻段800米，D頻段400米，郊區(qū)、農(nóng)村F頻段約1000米。

由于高鐵列車的穿透損耗，為滿足覆蓋目標(biāo)單RRU覆蓋范圍較小，列車高速移動(dòng)時(shí)將在短時(shí)間內(nèi)穿越多個(gè)RRU的覆蓋范圍，引起頻繁的切換。若在無(wú)多RRU小區(qū)合并的情況下，假設(shè)列車以300km/h運(yùn)行，則列車每12秒左右將進(jìn)行一次小區(qū)間切換，頻繁的小區(qū)切換將極大降低網(wǎng)絡(luò)的性能。

2.2 共小區(qū)組網(wǎng)方式分析

LTE共小區(qū)組網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即多個(gè)RRU覆蓋區(qū)域合并為一個(gè)小區(qū)，擴(kuò)大單小區(qū)覆蓋范圍，降低切換和重選次數(shù)。不同基站的射頻模塊采用相同的頻率及參數(shù)設(shè)置，在邏輯上設(shè)置為同一小區(qū)。通過(guò)將相鄰的射頻模塊設(shè)置為同一小區(qū)，可以有效避免傳統(tǒng)覆蓋方案中切換過(guò)于頻繁的問(wèn)題，同時(shí)可緩解小區(qū)間的干擾問(wèn)題。共小區(qū)方案還可增加高鐵專網(wǎng)單個(gè)小區(qū)的覆蓋面積.不僅減少了專網(wǎng)的切換次數(shù)，提升了網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，還可以緩解部分鐵路沿線基站選址困難，有效減少站點(diǎn)需求數(shù)，減少配套、土建等投資。LTE共小區(qū)組網(wǎng)方式單次通話切換次數(shù)估算：

LTE共小區(qū)組網(wǎng)方式覆蓋距離估算估算（鏈路預(yù)算參數(shù)與傳統(tǒng)方式相同，只是覆蓋重疊區(qū)有所區(qū)別）：

采用RRU進(jìn)行高鐵覆蓋的優(yōu)點(diǎn)：

1）大幅度減少切換次數(shù)。

2）合理設(shè)計(jì)站間距，有效增強(qiáng)高鐵覆蓋。

3）大幅度降低在重疊區(qū)起呼的概率，從而提高起呼成功率。

4） RRU各位置組不同步發(fā)射功能，不但降低能耗、避免了時(shí)間色散，而且減輕了高鐵專網(wǎng)對(duì)公網(wǎng)的頻率影響。

三、共小區(qū)組網(wǎng)技術(shù)建設(shè)方案

3.1 宏基站建設(shè)方案

宏基站建設(shè)方案，每個(gè)物理站點(diǎn)配置兩個(gè)兩通道RRU，分別連接高增益雙通道天線進(jìn)行覆蓋，多個(gè)物理站點(diǎn)之間進(jìn)行小區(qū)合并，典型的小區(qū)合并能力為每三個(gè)物理站點(diǎn)（6個(gè)雙通道RRU）合并為一個(gè)邏輯小區(qū)。BBU和RRU直接采用直連方式，在主站BBU和RRU采用單模尾纖連接，在拉遠(yuǎn)站，BBU和RRU通過(guò)主干光纜連接。隨著技術(shù)的發(fā)展，個(gè)別廠家可以支持12個(gè)RRU共小區(qū)。

Sl配置BBU+RRU連接示意圖

覆蓋區(qū)設(shè)計(jì)的總體原則是在增強(qiáng)專網(wǎng)覆蓋的同時(shí)，嚴(yán)格控制專網(wǎng)在鐵路兩側(cè)的覆蓋范圍，避免對(duì)兩側(cè)非高鐵用戶和原有網(wǎng)絡(luò)造成較大影響。

（1） RRU共小區(qū)采用功分后雙向覆蓋方式，更好的貼合鐵路走向，提高覆蓋效率;

（2） RRU共小區(qū)專網(wǎng)覆蓋方式，由于鐵路沿線選址困難，建議距鐵路垂直100 - 300m，高度以高出鐵軌10 -20m為宜，覆蓋距離1- 1.2KM，既能滿足覆蓋要求，又必須嚴(yán)格控制對(duì)周邊網(wǎng)絡(luò)的影響;

（3）鐵路平直路段且兩側(cè)建筑稀疏時(shí)，優(yōu)先選擇窄波束高增益天線;

（4）共小區(qū)的位置組之間由于不需要預(yù)留重疊覆蓋區(qū)域，站間距可適當(dāng)加大，小區(qū)間的站間距嚴(yán)格按照高速列車切換/重選的重疊覆蓋區(qū)要求設(shè)計(jì)，并預(yù)留今后可能的提速對(duì)重疊覆蓋區(qū)的擴(kuò)展需求。endprint