高鐵隧道場景TD-LTE雙流覆蓋方案研究與測試

劉方森，張羽，李方村，楊傳祥

(1 中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，濟南 250101； 2 中國移動通信集團山東有限公司，濟南 250101)

高鐵隧道場景TD-LTE雙流覆蓋方案研究與測試

劉方森1，張羽2，李方村1，楊傳祥1

(1 中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，濟南 250101； 2 中國移動通信集團山東有限公司，濟南 250101)

通過對POI的結構定向設計，對FDD制式的信號區(qū)分上下行，對TDD制式的信號不再區(qū)分上下行，并采用高性能的物理器件對干擾信號進行抑制，最大限度的抑制和規(guī)避不同系統(tǒng)間的干擾，實現(xiàn)雙纜方式建設TDLTE MIMO雙流。已建成的隧道內(nèi)4G專網(wǎng)覆蓋指標均滿足預期，實現(xiàn)了TD-LTE MIMO雙流良好覆蓋。

TD-LTE雙流；POI； 隧道覆蓋

1 引言

青榮城際鐵路是山東省內(nèi)第一條區(qū)域性城際高速鐵路，它連接青島、煙臺、威海3個主要城市。青榮城際鐵路線路長度299 km。煙臺境內(nèi)鐵路線長約146 km，青島約84km，威海約69 km。青煙威城際鐵路于2010年3月開始動工建設，2014年12月底實現(xiàn)全線竣工通車。

中國移動、電信、聯(lián)通等運營商開啟大規(guī)模LTE商用網(wǎng)絡建設的大幕。高鐵用戶具有較強的業(yè)務需求，同時高鐵覆蓋具備顯著的技術特性，需要對高鐵進行專項覆蓋。青榮城際鐵路未做專網(wǎng)覆蓋，高鐵沿線覆蓋質(zhì)量差，全程呼叫成功率、數(shù)據(jù)業(yè)務下載速率等指標均有待提升。山東移動啟動4G網(wǎng)絡工程高速鐵路覆蓋建設，通過本次4G網(wǎng)絡專項覆蓋，可以有效改善鐵路沿線的覆蓋質(zhì)量，提升用戶感知。青榮城際鐵路途徑隧道17個，隧道長度27.4 km。根據(jù)高鐵4G專網(wǎng)覆蓋頻率規(guī)劃指導建議，采用F頻段（頻段范圍為1 880～ 1 900 MHz）對隧道進行覆蓋。

2 實施方案

2.1 高鐵隧道內(nèi)F頻段使用分析

采用F頻段對青榮城際鐵路隧道進行專網(wǎng)覆蓋，F(xiàn)頻段范圍為1 880～1 900 MHz，中國移動GSM900M的頻段范圍為：上行890～909 MHz，下行935～-954 MHz。GSM900 M下行信號的二次倍頻的范圍為1 870～1 908 MHz，包含中國移動的F頻段。此時隧道內(nèi)LTE（F頻段）采用MIMO雙流方式建設，勢必會受到GSM900M系統(tǒng)二次倍頻信號的干擾：GSM的下行二次倍頻信號會提升F頻段的底噪對F頻段產(chǎn)生干擾，影響MIMO帶來的數(shù)據(jù)傳輸速率的提升。

GSM二次倍頻的干擾范圍1 870～1 908 MHz，若GSM使用前940前的5 MHz，將可以避免干擾直接落入F頻段。但是需要規(guī)避對鐵路GSM-R系統(tǒng)的干擾：高鐵沿線有GSM-R系統(tǒng)，該系統(tǒng)負責高鐵的調(diào)度，因此不允許有任何干擾。由于前期運營商對RRU或者是直放站等有源設備的互調(diào)指標要求較低，因此沿線的GSM使用低頻點時，有源設備有極大的可能產(chǎn)生互調(diào)干擾落入GSM-R。全國各地對于已建的GSM采取的措施一般為有源設備加裝15MHz濾波器，將前4 MHz濾掉，并且使用高頻點進行覆蓋。

另外，電信FDD實驗網(wǎng)頻段為上行1 765～1 780 MHz、下行1 860～1 875 MHz。F頻段與電信FDD頻段相互在三階互調(diào)范圍內(nèi)，兩系統(tǒng)間容易產(chǎn)生干擾。因此現(xiàn)有技術多通過在隧道內(nèi)鋪設雙漏纜分上、下行的方式規(guī)避各系統(tǒng)間的干擾?；蛘吒哞F隧道場景棄用F頻段，采用E頻段（2 320～2 370 MHz）或D頻段（2 575～2 635 MHz）建設TD-LTE雙流。

高鐵隧道內(nèi)采用F頻段、雙漏纜方式建設TD-LTE單流：鋪設2條漏纜，具備建設TD-LTE雙流條件。受限于各系統(tǒng)間的干擾只建設單流，對中國移動而言投資浪費。

高鐵隧道內(nèi)采用D頻段、雙漏纜方式建設TDLTE雙流：與F頻段相比，D頻段偏高，無線信號傳播路損大，有效覆蓋半徑小。隧道內(nèi)設備洞室位置固定，因此隧道內(nèi)若采用D頻段建設TD-LTE雙流，覆蓋效果和網(wǎng)絡覆蓋指標難以保證。

高鐵隧道內(nèi)采用E頻段、雙漏纜方式建設TD-LTE雙流：E頻段覆蓋能力介于F頻段和D頻段之間。E是室內(nèi)頻段，因此對應設備為室內(nèi)型設備。與室內(nèi)環(huán)境相比，高鐵隧道內(nèi)無線環(huán)境惡劣，不適合采用室內(nèi)型設備。

為實現(xiàn)在青榮城際鐵路隧道內(nèi)鋪設的雙漏纜建設TD-LTE雙流，通過對POI原理和結構定提出向設計要求，并要求采用高性能的物理器件對干擾信號進行抑制，規(guī)避各系統(tǒng)對移動TD-LTE F頻段的干擾，實現(xiàn)F頻段+“雙漏纜”建設TD-LTE雙流。

2.2 隧道內(nèi)POI定向設計要求

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，計量資料以（均數(shù)±標準差）表示，采用t檢驗；計數(shù)資料以（n，%）表示，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

目前方案多采用雙纜、單流建設方式，圖1為 POI工作原理方案圖。

圖1框圖中最右側的信號處理箱會對饋入進來的信息進行簡單的上下行處理，將上行信號和下行信號分別饋入進不同的纜中。例如，ANT1口為上行信號輸入口，ANT2為下行信號的輸出口。

針對現(xiàn)有技術的存在問題，通過對POI原理和結構提出定向設計要求，并采用高性能的物理器件對干擾信號進行抑制，規(guī)避各系統(tǒng)間的干擾，實現(xiàn)雙纜方式建設TD-LTE MIMO雙流。

圖2給出了雙漏纜、雙流的POI工作原理方案圖，此POI對于FDD頻分系統(tǒng)的信號區(qū)分上下行，對于TDD時分系統(tǒng)的信號不再區(qū)分上下行。圖2框圖的信號處理箱也會對饋入進來的信息進行上下行處理，將上行信號和下行信號分別饋入進不同的合路器接口中。

FDD頻分系統(tǒng)的信號系統(tǒng)信號通過POI后，上行和下行信號各自在不同的漏纜中傳輸，避免了相互間的干擾。TDD時分系統(tǒng)的信號直接通過POI合路進入漏纜中傳輸實現(xiàn)雙流MIMO功能，同時規(guī)避了大部分FDD系統(tǒng)信號的干擾。

青榮城際鐵路隧道內(nèi)POI定向設計具體要求如下：

圖1 單流POI原理方案框圖

圖2 雙流POI原理方案框圖

(1) POI接入端給各系統(tǒng)預留接口，各系統(tǒng)信號通過各自接口饋入進POI。

(2) FDD頻分系統(tǒng)的信號進入POI后會進入相應的信號處理箱，信號處理箱對輸入進來的信號進行上下行區(qū)分處理，上行信號和下行信號分別從信號處理箱的兩個端口輸入、輸出。

(3) FDD頻分系統(tǒng)的上下行信號分別通過合路器耦合到不同的漏纜中，例如上行信號通過ANT1進行輸入，下行信號通過ANT2進行輸入。TDD時分系統(tǒng)信號進入POI后不會進入信號處理箱，會直接通過合路器耦合進ANT1和ANT2中。

(4) POI ANT1和ANT2口對于FDD頻分系統(tǒng)信號區(qū)分上下行，對于TDD時分系統(tǒng)不區(qū)分上下行。

(5) POI中采用高性能的物理器件對GSM900 MHz的下行產(chǎn)生的二次倍頻干擾信號進行抑制。

3 方案實施

青榮城際鐵路隧道覆蓋內(nèi)POI與運營商各系統(tǒng)RRU設備連接如圖3所示。青榮城際鐵路隧道內(nèi)洞室設置的POI與漏纜的連接關系如圖4所示。

4 測試與分析

一方面，共建共享等因素，隧道內(nèi)一般鋪設2條漏纜，對于TD-LTE系統(tǒng)而言，可以通過利用這兩條漏纜實現(xiàn)TD-LTE MIMO雙流覆蓋，最大限度的提升網(wǎng)絡覆蓋指標。但由于受制于多系統(tǒng)共存及雙工工作方式，目前國內(nèi)地鐵、隧道內(nèi)多采用鋪設雙漏纜建設TD-LTE單流。另一方面，選用F頻段隧道進行覆蓋，容易受到GSM900二次倍頻信號、FDD-LTE互調(diào)信號的干擾，需要通過POI對其他系統(tǒng)的干擾信號有效抑制。

圖3 POI與運營商各系統(tǒng)RRU設備連接圖

圖4 隧道內(nèi)洞室設置的POI與漏纜的連接關系圖

本方案對POI提出定向設計要求，抑制其他系統(tǒng)制式的信號對TD-LTE（F頻段）的干擾，同時在青榮城際鐵路隧道內(nèi)實現(xiàn)了雙漏纜建設TD-LTE（F頻段）雙流。在保護投資的基礎上提升了網(wǎng)絡覆蓋性能。

青榮城鐵已建成的隧道內(nèi)4G專網(wǎng)覆蓋指標均滿足預期，煙臺車山隧道2（隧道長度680 m）測試結果顯示：隧道內(nèi)平均RSRP為-69.38 dB，平均SINR值為25 dB，平均下載速率為70.4 Mbit/s，平均上傳速率為9.01 Mbit/s。隧道內(nèi)實現(xiàn)了TDLTE（F頻段）MIMO雙流良好覆蓋。

5 總結

從保護投資和提升網(wǎng)絡性能出發(fā)，在移動、電信、聯(lián)通三家運營商共建共享的前提下，避免各家運營商不同系統(tǒng)制式產(chǎn)生的干擾，并且最大限度發(fā)揮移動TDD-LTE系統(tǒng)優(yōu)勢，對POI提出定向設計要求，在青榮城際鐵路隧道內(nèi)實現(xiàn)了TD-LTE（F頻段）雙流覆蓋建設，有效提升移動TD-LTE網(wǎng)絡指標和用戶體驗，確保投資有效。

[1] 肖清華，楊春德，張堃． TD-LTE覆蓋能力綜合分析[J]． 郵電設計技術， 2012(1)．

Research and test on tunnel scene TD-LTE dual stream cover-ing program

LIU Fang-sen1, ZHANG Yu2, LI Fang-cun1, YANG Chuan-xiang1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Jinan 250101, China; 2 China Mobile Group Shandong Co., Ltd., Ji'nan 250101, China)

In order to suppress or avoid the interference of different systems and make the TD-LTE dual stream realized, the structure of POI was designed directionally. In the structure of POI, the uplink and downlink of FDD were designed separately and the TDD were on the contrary . In the test on tunnel scene built by this POI,all the indicators meet our expectations and a good coverage of TD-LTE MIMO Dual was realized.

TD-LTE dual stream; POI; coverage of tunnel

TN929.5

A

1008-5599（2016）11-0081-04

2016-07-06