TD-LTE高鐵覆蓋方案分析

廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 林 琳

0 前言

2009年開(kāi)啟的高鐵投資盛宴，時(shí)隔5年后再次迎來(lái)高潮。截止15年4月份，廣東省運(yùn)營(yíng)時(shí)速超過(guò)200km/h的高速鐵路有5條，包括了廈深高鐵、武廣高鐵、廣深港高鐵、貴廣高鐵、南廣高鐵。在高速運(yùn)行的環(huán)境下，多普勒效應(yīng)、穿透損耗、小區(qū)選擇及重選、呼叫與切換等將會(huì)有較高的要求。

1 高鐵覆蓋中的技術(shù)難點(diǎn)

1.1 穿透損耗大

目前國(guó)內(nèi)使用的高速列車均為密閉式廂體設(shè)計(jì)，型號(hào)為CRH。車體損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通列車。同時(shí)不同類型的CRH列車，穿透損耗也不盡相同。

1.2 多普勒效應(yīng)影響

多普勒效應(yīng)指由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象。在移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在高速運(yùn)動(dòng)中通信情況下，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)MS靠近基站時(shí)，MS接收到的頻率會(huì)變大；而遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率減小，這就是通信中的多普勒現(xiàn)象。

1.3 小區(qū)選擇、重選、呼叫和切換的問(wèn)題

移動(dòng)通信系統(tǒng)中涉及到小區(qū)選擇、重選、呼叫和切換；處理以上問(wèn)題需要一定的時(shí)間對(duì)無(wú)線信道資源進(jìn)行測(cè)量、平均、判決、執(zhí)行等。而高速鐵路相較于普通的應(yīng)用場(chǎng)景，移動(dòng)臺(tái)MS移動(dòng)速度快，導(dǎo)致一項(xiàng)流程從發(fā)起到完成（如切換、呼叫等），移動(dòng)臺(tái)MS所處的無(wú)線環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，這就相較于正常的通信增加了新的影響[1]。

如果按照現(xiàn)有的TD-LTE小區(qū)信號(hào)來(lái)對(duì)高速鐵路進(jìn)行覆蓋，現(xiàn)網(wǎng)中的小區(qū)一般覆蓋半徑較小，一般在0.5km～1.5km之間，列車高速通過(guò)一個(gè)小區(qū)所需時(shí)間較短，按200km/h計(jì)算（55m/s），僅僅只需9s～27s，1分鐘內(nèi)手機(jī)平均切換次數(shù)達(dá)到2.2～6.6次，切換會(huì)很頻繁。

同時(shí)現(xiàn)網(wǎng)中存在大量切換帶比較窄的覆蓋區(qū)域，特別是在密集城區(qū)，完成測(cè)量和判決后，移動(dòng)臺(tái)MS已經(jīng)穿越至下一個(gè)小區(qū)或更下一個(gè)小區(qū)，無(wú)法完成小區(qū)選擇、重選、呼叫和切換等流程，脫網(wǎng)、掉話的現(xiàn)象將大量存在，所以使用現(xiàn)有傳統(tǒng)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋時(shí)，切換成功率往往比較低。

針對(duì)該影響，可通過(guò)擴(kuò)大單小區(qū)覆蓋范圍來(lái)降低切換次數(shù)、提高重疊覆蓋區(qū)等方式組合應(yīng)用來(lái)解決[2]。

由于高速鐵路的運(yùn)行的特殊環(huán)境，需要車體密封性極好，帶來(lái)了信號(hào)的損耗高，使車廂內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)減弱，通信質(zhì)量明顯下降；同時(shí)由于列車運(yùn)行速度較快，移動(dòng)臺(tái)在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種測(cè)量、判決、執(zhí)行的過(guò)程中，無(wú)線環(huán)境已發(fā)生很大變化，因此產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量下降，主要體現(xiàn)：

(1)信號(hào)衰落嚴(yán)重，列車內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)弱；

(2)小區(qū)間重疊覆蓋區(qū)域縮短，用戶通話接通率低；

(3)質(zhì)量差，切換頻繁，掉話率高；

(4)位置更新頻繁、量大，信令負(fù)荷重。

因此為保證乘客的通信暢通和通信質(zhì)量，解決鐵路提速后出現(xiàn)的接通率低和掉話等現(xiàn)象，需要對(duì)現(xiàn)有TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化解決方案可以設(shè)置獨(dú)立的覆蓋專網(wǎng)，并且使用小區(qū)合并技術(shù)，擴(kuò)大單個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍，延長(zhǎng)小區(qū)的駐留時(shí)間；擴(kuò)大切換帶，增大相鄰小區(qū)的重疊覆蓋范圍，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提升用戶感知度。

2 高鐵覆蓋中的規(guī)劃分析

2.1 多RRU級(jí)聯(lián)小區(qū)合并

高速鐵路覆蓋屬于狹長(zhǎng)地形場(chǎng)景，沿線通過(guò)存在環(huán)境多樣、地形復(fù)雜、選址困難的問(wèn)題，覆蓋時(shí)采用分布式基站BBU+RRU方式；同時(shí)考慮線路內(nèi)隧道及隧道外組網(wǎng)方便，多采用雙通道RRU；該方式中的設(shè)備分為射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）和基帶處理單元（BBU）兩個(gè)部分，并通過(guò)光纜進(jìn)行連接，避免了信號(hào)的損耗。BBU采用集中放置，實(shí)現(xiàn)了基帶池，基帶資源能夠充分的利用， RRU可以靈活地放置于鐵路沿線位置，實(shí)現(xiàn)更好的覆蓋，使用光纜與BBU進(jìn)行連接，同時(shí)RRU之間可以級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)幾個(gè)RRU歸屬于同一個(gè)小區(qū)。通過(guò)級(jí)聯(lián)及小區(qū)合并，可實(shí)現(xiàn)物理上不同位置的RRU，邏輯上設(shè)置為同小區(qū)，使到達(dá)MS終端的信號(hào)為同一信號(hào)。將多小區(qū)合并，同時(shí)設(shè)置鐵路覆蓋專網(wǎng)，擴(kuò)大了單小區(qū)的覆蓋范圍，可以大大減少切換次數(shù)，提高了通話質(zhì)量。

2.2 高鐵的鏈路預(yù)算

LTE基站，每載波輸出功率為30W，天線采用21dB高增益天線，LTE下行鏈路預(yù)算如下：

表1 鏈路預(yù)算表

2.3 切換重疊覆蓋區(qū)長(zhǎng)度

具體如圖1所示，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線業(yè)務(wù)的連續(xù)性，我們需要合理的設(shè)置重疊覆蓋區(qū)域，重疊覆蓋區(qū)域過(guò)大過(guò)小都會(huì)影響覆蓋的效果。重疊覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì)需要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：過(guò)渡區(qū)域和切換判決區(qū)域。表2為不同速度下TD-LTE同頻切換重疊覆蓋區(qū)的大小。

圖1 重疊覆蓋帶示意圖

過(guò)渡區(qū)域A：從中心位置到信號(hào)滿足切換電平遲滯需要的距離切換判決區(qū)域B：包含切換時(shí)間遲滯以及切換執(zhí)行判決對(duì)應(yīng)距離。

表2 TD-LTE切換所需重疊距離

表3 TD-LTE重選重疊覆蓋區(qū)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)高鐵覆蓋中存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃分析。對(duì)穿透損耗大、多普勒效應(yīng)、小區(qū)選址、重選、呼叫及切換等問(wèn)題進(jìn)行分析。對(duì)多RRU小區(qū)合并、鏈路預(yù)算、重疊區(qū)覆蓋等設(shè)置方式進(jìn)行敘述，指導(dǎo)今后的覆蓋規(guī)劃工作。

[1] 張炎炎徐德平等.TD-LTE高鐵覆蓋方案研究[D].中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院第19屆新技術(shù)論壇論文集

[2] 黃國(guó)暉吳昊.高鐵隧道覆蓋中的“POI＋泄漏電纜”解決方案[J].中國(guó)新通信,2010,5.