“LTE在高鐵場景下的覆蓋”的理論研究

高東健 王振宇

【摘要】 當鐵路部門還沒有實現(xiàn)寬帶服務連接以及移動信號的時候，隨著鐵路部門逐漸融合移動業(yè)務，在多種影響因素的作用下，信號不良的情況出現(xiàn)的頻率較高，想要在坐火車的途中實現(xiàn)順暢通話是較為困難的。在移動通信技術(shù)以及現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的背景下，在高鐵列車中越來越廣泛應用高效能的移動通信服務，乘務人員用移動網(wǎng)絡與移動電話進行溝通、交流貢獻了重要力量。

【關(guān)鍵詞】 LTE 高鐵場景 移動網(wǎng)絡覆蓋 理論研究

隨著我國加大力度建設高鐵行業(yè)，需要隨著提升的是移動通信網(wǎng)絡的建設，高鐵的覆蓋面積越來越廣泛，也提升了對于無線通信網(wǎng)絡的覆蓋面積的需求。移動運營商、國家發(fā)改委以及國家鐵路部門等部門都會投入大量的技術(shù)、人員以及財力來研究與完善無線網(wǎng)絡的覆蓋和性能問題。在高鐵行業(yè)飛速發(fā)展的進程中，必須要充分重視LTE在高鐵場景下的覆蓋這一理論。

一、LTE的概述

LTE（Long Term Evolution，長期演進）是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）

組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng)）技術(shù)標準的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。

二、高鐵LTE網(wǎng)絡覆蓋的特殊性

作為一種城市之間的一種交通工具的高鐵，是一種高速軌道交通工具，往往超過300km/h，因此，相比于室內(nèi)分布或者室外宏站覆蓋方式相比，高鐵站臺以及沿線的LTE無線網(wǎng)絡覆蓋有著自身的特點和區(qū)別。

高鐵通常在城市與城市之間運行，主要有軌道沿線覆蓋和站臺覆蓋，覆蓋的場景是很復雜的。覆蓋的主要特征是線狀。高鐵的運營時速超過300km/h，實驗時速已超過500km/h，無線網(wǎng)絡覆蓋在這種超高速的影響下會很容易產(chǎn)生多普勒頻移問題。高鐵的車廂是密閉式的、是用金屬材料制成，能夠嚴重的屏蔽信號，信號在穿透的過程中會有很大程度的損傷。高鐵的這種超高速度在很大程度上提升了對在小區(qū)間的移動用戶的重選以及切換的要求；由于相比于切換響應時間而言，UE終端穿越切換區(qū)域的時間是與之相近的也可能是小于的，因此比較容易出現(xiàn)小區(qū)切換失敗、脫網(wǎng)等網(wǎng)絡問題。

三、“LTE在高鐵場景下的覆蓋”的理論研究

1、高鐵環(huán)境對于無線通信的影響。1）車體穿透損耗。高鐵的設計形態(tài)是密閉箱體，而無線信號在這樣的環(huán)境中，在穿透箱體的過車中會受到較為嚴重的損傷。而在列車的運行速度逐漸提升的過程中，信號受到的損傷也是逐漸提升的。在無線通信建設的過程中，在分布站址方面，保證通信網(wǎng)絡基站站址與鐵路軌道保持一定的距離，同時要保證天線主瓣與軌道之間有一定的夾角。2）切換與重選。高鐵列車的速度較快，信號受損嚴重，就會出現(xiàn)高頻率的小區(qū)切換或者重選的現(xiàn)象，影響終端用戶的業(yè)務體驗。3）快衰落。無線通信網(wǎng)絡的快衰落在高鐵環(huán)境中受到一定的影響，這在很大程度上相關(guān)于多徑，同時在一定程度上也受制于移動臺的移動速度。高鐵環(huán)境中，終端與基站之間信號傳遞是通過直線反射實現(xiàn)的，這就使接受信號的一方接收到的信號質(zhì)量有所下降，而在多徑的作用下，快衰落的影響效果是比較小的。4）多普勒頻移。多普勒頻移是指信號源與接收機之間的相互運動，在相對運動的作用下接收信號會產(chǎn)生一定的變化，特別是高鐵的告訴運作下，就會凸顯出非常明顯的多普勒效應。而基站與移動站之間的距離會在一定程度上影響信號頻率的質(zhì)量，頻率與距離之間是負相關(guān)的關(guān)系，接收機的信號接收性能也會受到一定的影響。

2、高鐵環(huán)境下LTE專網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。1）公網(wǎng)與高鐵覆蓋。在當前的網(wǎng)絡標準下，高鐵環(huán)境下的覆蓋可以在小區(qū)分裂的方式中實現(xiàn)，雖然存在資源利用率低以及成本低等特點，但是很難達到同時具備一般場景和高速運行的通信需求，具有較大的優(yōu)化難度。而在專網(wǎng)下可以使網(wǎng)絡質(zhì)量以及通信質(zhì)量有很大程度的提升。2）波束成形技術(shù)?；ギ愋允巧舷滦型ǖ赖闹饕匦裕ㄊ尚问浅浞謶昧诉@種特性，實現(xiàn)下行天線權(quán)值在上行信道的作用下計算出來，最終獲得天線權(quán)值調(diào)整加權(quán)系數(shù)，而主波束是由發(fā)送的數(shù)據(jù)乘積與權(quán)值之間的乘積得到的。3）超級小區(qū)合并技術(shù)。為了緩解列車高速移動過程中多次切換的問題，可采用多個RRU小區(qū)合并功能，擴大邏輯小區(qū)覆蓋范圍，減少高速移動過程中頻繁的小區(qū)切換帶來的流量損失，緩解高鐵站點間同頻干擾問題。4）2/4G高鐵協(xié)同組網(wǎng)。為了保證CSFB性能，現(xiàn)網(wǎng)調(diào)整保證LTE的TA劃分與GSM高鐵專網(wǎng)的LA劃分相同。此外，4G終端在4G專網(wǎng)只重選/重定向至2G專網(wǎng)，在2G專網(wǎng)可直接重選回4G專網(wǎng)。

結(jié)語：LTE在高鐵場景中的覆蓋，是鐵路行業(yè)未來發(fā)展主要方向，對于移動通信業(yè)以及交通運輸業(yè)的發(fā)展有很大的促進作用。當前3G通信網(wǎng)絡已經(jīng)基本可以實現(xiàn)覆蓋高鐵，但是全面的寬帶接入尚沒有形成，因此仍需要加大這方面的建設力度，促進移動寬帶業(yè)務全面覆蓋高鐵，推動信息便捷化的高鐵行業(yè)的發(fā)展，使LTE有效發(fā)揮良好通信作用。

參 考 文 獻

[1]張陽，“TD-LTE在高鐵場景下的覆蓋”的理論研究[J].中國新通信.2015（05）

[2] 李覲，陳剛，王太峰.淺談高鐵場景下的TD-LTE覆蓋[J].通信與信息技術(shù).2014（05）

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