高鐵場景多網(wǎng)協(xié)同覆蓋方案研究

朱　毅

(江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210019)

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高鐵場景多網(wǎng)協(xié)同覆蓋方案研究

朱毅

(江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210019)

摘要:文中通過分析高鐵場景覆蓋要點(diǎn)，進(jìn)而對多網(wǎng)協(xié)同覆蓋方案進(jìn)行研究，探討了GSM、TD-SCDMA、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景的性能指標(biāo)及特點(diǎn)，為高鐵場景協(xié)同組網(wǎng)覆蓋方案提供參考。

關(guān)鍵詞：高鐵；協(xié)同覆蓋； TD-LTE

近年來，通過幾次大幅度地提速以及高鐵在全國各地的大規(guī)模建設(shè)，我國已成為世界上高鐵投產(chǎn)運(yùn)營里程最長、在建規(guī)模最大的國家，鐵路的運(yùn)營速度得到了整體提升。同時LTE技術(shù)已成為發(fā)展速度最快的移動通信技術(shù)，中國移動于2013年底獲得TD-LTE牌照后已開始大規(guī)模4G商用網(wǎng)建設(shè)，加上已規(guī)模化的2G、3G網(wǎng)絡(luò)，形成了多網(wǎng)共存的局面。

1　高鐵場景覆蓋要點(diǎn)分析

高鐵場景列車的快速運(yùn)行和列車車體的穿透損耗較大等給車體內(nèi)的無線覆蓋帶來較大困難，也給網(wǎng)絡(luò)覆蓋帶來了巨大挑戰(zhàn)。

1.1　車體穿透損耗大

高鐵列車采用全封閉車廂結(jié)構(gòu)，車箱體為不銹鋼或鋁合金等金屬材料，車窗玻璃為較厚的玻璃材料，室外無線信號在高速列車內(nèi)的穿透損耗較大。CRH列車包括多種車型，各車型采用不同的材質(zhì)結(jié)構(gòu)，車體穿透損耗有所差別，一般都在20～30 dB。在覆蓋規(guī)劃中宜以最大穿透損耗車型作為規(guī)劃的目標(biāo)，同時需注意到穿透損耗在電波的入射夾角小于10°時會顯著增加。

1.2　高速帶來的多普勒效應(yīng)

列車高速運(yùn)行時由于多普勒效應(yīng)，對于射頻信號的中心頻率產(chǎn)生頻率偏差，頻移的大小和中心頻率、運(yùn)動速度及運(yùn)動方向相關(guān)。速度越快頻偏越大，當(dāng)車輛動行方向與電磁波傳播方向一致時，多普勒效應(yīng)最為明顯。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前各主流設(shè)備廠商在基站側(cè)均提出了相應(yīng)的基站頻偏估計(jì)和校正算法，相對于靜止?fàn)顟B(tài)，高速狀態(tài)下頻偏值為1 500 Hz時可改善至只有0.2 dB的性能損失,多普勒效應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)性能的影響已經(jīng)降到很低的程度。

1.3　高速帶來的頻繁切換

列車高速移動將在短時間內(nèi)穿越多個小區(qū)的覆蓋范圍。高鐵列車穿透損耗高，單個物理站點(diǎn)的覆蓋距離無法太遠(yuǎn)，小區(qū)的重選切換將更為頻繁。在無多RRU小區(qū)合并的情況下，列車每10 s左右將進(jìn)行一次小區(qū)間切換。普遍采用RRU共小區(qū)技術(shù)將單個小區(qū)覆蓋半徑增加為傳統(tǒng)方式的數(shù)倍，但仍將每幾十秒進(jìn)行一次小區(qū)間切換，頻繁的小區(qū)重選切換將極大降低網(wǎng)絡(luò)的性能，易產(chǎn)生掉話及尋呼問題。

2　高鐵場景多網(wǎng)協(xié)同覆蓋方案

2.1　專網(wǎng)建設(shè)方案及頻率設(shè)置

傳統(tǒng)公網(wǎng)建設(shè)方式難以針對高鐵的特殊場景進(jìn)行覆蓋、容量、優(yōu)化配置，沿線性能較差。高鐵覆蓋一般采用專網(wǎng)方式，保證專網(wǎng)信號在沿線的主導(dǎo)地位。在高鐵低速運(yùn)行且專網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量難以保證的區(qū)域可以局部采用公網(wǎng)建設(shè)方式。

考慮到高鐵較大的穿透損耗和隨頻率升高而影響增大的多普勒頻偏，GSM系統(tǒng)優(yōu)先考慮選取覆蓋能力較強(qiáng)的900 M頻段，對于無線干擾較嚴(yán)重的城區(qū)環(huán)境可考慮選用1 800 M； TD-LTE目前仍處于發(fā)展初期，現(xiàn)階段可暫采用F頻段開通，后期視業(yè)務(wù)發(fā)展考慮是否增上D頻段。TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)一般作為一種補(bǔ)充的覆蓋方式。

2.2　覆蓋協(xié)同規(guī)劃

無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況主要根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果進(jìn)行規(guī)劃，鏈路預(yù)算結(jié)果取決于發(fā)射功率、衰落儲備、天線增益、天線掛高、穿透損耗等參數(shù)。在典型情況下(GSM：每載波發(fā)射功率43 dBm，天線增益20 dBi，終端接收電平要求-90 dBm等；TD：子載波功率12.2 dBm，天線增益18 dBi，終端接收電平要求-110 dBm等)各系統(tǒng)的單向覆蓋距離測算情況詳見表1。

表1　典型場景不同天線掛高單向覆蓋距離

2.3　容量協(xié)同規(guī)劃

若采用專網(wǎng)方式，按普通16節(jié)客車雙向列車會車的情況估計(jì)總客流量約2 228人，對于GSM系統(tǒng)的容量估算以滿足語音業(yè)務(wù)的需求為主。在典型情況下單小區(qū)一般至少配置6載波以滿足話務(wù)需求。

對于TD-LTE系統(tǒng)的容量估算以滿足中、高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求為主，分為網(wǎng)絡(luò)初期及后期兩種情況。LTE網(wǎng)絡(luò)初期，可采用單載波進(jìn)行初始容量配置，而在后期容量需求較大，需配合載波聚合等方式進(jìn)行解決。TD-SCDMA一般作為GSM、TD-LTE系統(tǒng)的補(bǔ)充，根據(jù)業(yè)務(wù)需求和其它系統(tǒng)的配置情況合理進(jìn)行容量規(guī)劃。

2.4　業(yè)務(wù)承載切換策略

如何利用中國移動現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)為用戶提供良好的業(yè)務(wù)質(zhì)量和客戶感知是高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個關(guān)鍵性問題。以下探討各業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)選擇及切換策略。

(1)基本語音業(yè)務(wù)切換策略

話音業(yè)務(wù)屬于通信基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，直接影響到客戶的感知。GSM系統(tǒng)可以完全支持語音業(yè)務(wù)，TD-SCDMA系統(tǒng)雖然從技術(shù)層面優(yōu)于GSM系統(tǒng)，但高鐵場景TD-SCDMA的性能指標(biāo)與GSM相比有較大劣勢，TD-LTE系統(tǒng)目前不支持語音業(yè)務(wù)。主要的基本語音業(yè)務(wù)仍需在GSM系統(tǒng)上承載，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)充。

(2)高、中速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換策略

高鐵場景的乘客一般為高端商務(wù)用戶， 由于GSM系統(tǒng)只能支持低速的業(yè)務(wù)，對于高、中速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先在TD-LTE系統(tǒng)上承載，系統(tǒng)負(fù)荷較高時采用TD-SCDMA系統(tǒng)作為補(bǔ)充，盡量避免對GSM網(wǎng)絡(luò)的占用情況。

(3)低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換策略

根據(jù)GSM容量規(guī)劃結(jié)果可以知道GSM的信道資源非常有限。因此對于較低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，優(yōu)先仍在TD-LTE及TD-SCDMA系統(tǒng)承載，在GSM系統(tǒng)負(fù)荷較小的情況下，可承載一些小速率業(yè)務(wù)。

2.5　共建共享策略

共建共享是指各單位共同建設(shè)和共用通信基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。共建共享的范圍包括通信桿塔、機(jī)房、電源、光纜資源等，由于三家運(yùn)營商均有自身的高鐵專網(wǎng)覆蓋需求，需統(tǒng)籌各家需求合理配置桿塔、機(jī)房、電源、光纜等可共用的通信基礎(chǔ)設(shè)施，對于長隧道內(nèi)的光纜資源等稀缺資源更應(yīng)共同做好規(guī)劃，保證多網(wǎng)的共同建設(shè)。

3　結(jié)束語

在高鐵的迅速發(fā)展以及TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)的加快建設(shè)背景下，高鐵場景的多網(wǎng)協(xié)同覆蓋尤為重要。本文從高鐵場景覆蓋要點(diǎn)入手，在分析高鐵覆蓋的特殊性基礎(chǔ)上給出了多網(wǎng)協(xié)同覆蓋建議，對于高鐵場景多網(wǎng)協(xié)同覆蓋有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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研制開發(fā)

Scheme Study of Cooperative Coverage of Various Networks in High-Speed Railway Situation

ZHU Yi

(Jiangsu Post & Telecommunication Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

Abstract:In this article, key issues in coverage of networks in high-speed railway situation are firstly analyzed. Cooperative coverage scheme of various networks is then studied. Performance criteria and features of GSM, TD-SCDMA and TD-LTE in high-speed railway situation are discussed, which will provide some reference for scheme design of cooperative network coverage in high-speed railway situation.

Key words:high-speed railway; cooperative coverage; TD-LTE

中圖分類號：TN914

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0040-02

作者簡介：朱毅(1983-)，男，江西吉安人，碩士，工程師，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)方向研究。

收稿日期：2014-12-5