探討TD—LTE高鐵覆蓋組網方案及關鍵技術

藍秀明+李偉強

摘要：高鐵作為目前一種高效經濟的城際交通方式，逐漸成為了人們出行的首選。對此，怎樣建設滿足高鐵運營場景下的信息通信網絡也成為了目前需要攻克的新難題。本文從A高鐵項目的實際應用出發(fā)，對TD-LTE高鐵覆蓋組網方案及關鍵技術進行探討，以期能夠為TD-LTE高鐵覆蓋建設提供理論依據。

關鍵詞：高鐵；覆蓋；關鍵技術；優(yōu)化；分析

引言

近年來，隨著國內高速鐵路建設的不斷加快以及鐵路列車的速度不斷提高，越來越多的客戶開始選擇高鐵出行，隨之，用戶對網絡覆蓋以及質量也提出了越來越高的要求。TD-LTE網絡是現(xiàn)代移動通信中的重要技術類型，具有帶寬大、時延短等特性，為高鐵寬帶無線通信提供了最佳的技術手段。基于此，本文對TD-LET網絡高鐵覆蓋展開探討，對其覆蓋組網方案及關鍵技術進行闡述，且詳細分析具體的實例，以提升高鐵TD-LTE網絡覆蓋效果。

1.項目簡介

A高鐵全長257km。其中，A高鐵某段全長57km，設計時速為250km/h。項目一次建成雙線，包含山區(qū)、丘陵、湖泊、隧道以及平原等典型場景。

2.覆蓋組網方案及關鍵技術

2.1組網方案

高鐵覆蓋面臨線性覆蓋、高穿透損耗、多普勒頻移、頻繁重選切換等問題。為盡量減小高鐵網絡對現(xiàn)網的影響，A高鐵某段組網方案采用專網覆蓋的方式進行建設。設備選型采用中興B8300BBU+R8984EM192026四通道RRU進行F/D雙層組網。

2.2關鍵技術

2.2.1小區(qū)合并技術

小區(qū)合并技術，即將多個RRU接于同一BBU，并設置為同一邏輯小區(qū)。目前，中國移動高鐵采用TD-LTE建網。不同于FDD網絡，由于TDD同頻組網，對網絡重疊覆蓋要求較高?？紤]到高鐵高速移動狀態(tài)，必須保證一定的重疊覆蓋區(qū)域來保證切換。小區(qū)合并可實現(xiàn)將小區(qū)間的相互切換轉變?yōu)橥恍^(qū)內部不同CP間的轉換，這樣既可以避免過多的重疊覆蓋，又能保證切換，大大降低了切換次數(shù)。另外，終端在小區(qū)內部各CP間還可獲得一定的合并分集增益，有益于提高無線鏈路質量。圖1為多小區(qū)合并技術方式的示意圖。

圖1 多小區(qū)合并技術方式

2.2.2多普勒頻移補償技術

為了能夠處理好高鐵高速運行帶來的多普勒頻移，開通自適應頻偏校正算法對頻偏進行補償。算法可以在檢測基帶層面中，實時檢測出目前子幀頻率偏移的相應信息，以校正頻偏造成的基帶信號相位偏移，提高基帶性能解調。

2.2.3頻率選擇

根據外省高鐵專網建設經驗，專網和沿線公網異頻組網性能較優(yōu)。因此，A高鐵專網采用F+D2+D3方式組網，其中F頻段與公網頻率存在10M重疊。為解決公專網干擾，沿線公網F頻段壓縮10M，保證與專網F頻段無頻率重疊。

2.2.4天線選擇

由于高鐵屬于線性覆蓋場景且地理環(huán)境復雜多樣，專網基站實際選址建設時與鐵路沿線有一定距離，需根據實際情況選擇不同的天線。為避免越區(qū)覆蓋，優(yōu)先采用30°窄波束高增益天線。如果專網基站與鐵路沿線的垂直距離較遠，不超過300m，可采用45°或65°波束高增益天線，且整個覆蓋范圍內基本上依靠天線主瓣對鐵路沿線進行主力覆蓋。

2.2.5低成本快速建網

針對山區(qū)多山、多河流、多濕地場景，部分路段即使站間距滿足要求，受山體阻擋仍存在弱覆蓋，甚至無覆蓋現(xiàn)象。為解決這一難題，因地制宜，采用靈活多樣的建站方式，如抱桿加RRU拉遠方式、共享其他運營商站點、附掛橋梁等方式，實現(xiàn)低成本快速建網。

本次A高鐵專網室外主要采用抱桿加RRU拉遠方式和共享其他運營商站點的方式進行補盲補弱覆蓋，隧道則采用泄露電纜方式覆蓋，從而保證專網良好的連續(xù)覆蓋能力。

2.2.6 A高鐵某段配套類建設方案

電源解決方案：為保證遠端電源引入安全和可靠性，采用直流遠供方案。

傳輸解決方案：所有中心基站接入接入環(huán)，采用24芯光纜，中心基站新建鏈型桿路接入。

塔型選擇：城區(qū)附近天線高度為鐵軌以上10～15m，郊區(qū)或農村天線高度建議為鐵軌以上20～25m。根據該地區(qū)特殊場景，高鐵專網采用角鋼塔和三管塔進行建設，而在有地勢優(yōu)勢的地方考慮抱桿等低成本建設方式。

3.A高鐵無線網覆蓋實例

3.1 A高鐵低成本建設實例

某站點原有站間距922m，前期F頻段專網滿足覆蓋需求。由于D頻段擴容需要，通過鏈路預算，高鐵專網D頻段連續(xù)覆蓋需要保證站間距小于800m，而此處不滿足高鐵D頻段專網要求。通過現(xiàn)場勘查，該處建設傳統(tǒng)鐵塔投資效益較低，適合低成本建設方案。最終方案確定采用12m簡易雙層拉線塔方案，新增R8984M192026RRU一臺，通過小區(qū)合并方式補充高鐵專網D頻段覆蓋。

3.2基于高鐵專網的F/D雙層網參數(shù)優(yōu)化

F/D雙層網開通后，高鐵專網F頻段與公網有10M帶寬重疊，存在干擾，影響客戶感知。目前，常規(guī)手段是通過壓縮公網帶寬降低干擾。但是，隨著公網用戶規(guī)模的不斷增加，10M帶寬已無法滿足容量需求，需恢復20M帶寬。這勢必會增加對高鐵F頻段專網的干擾。

通過高鐵專網F/D雙層網參數(shù)優(yōu)化，使專網F頻段保證連續(xù)覆蓋。由于農村區(qū)域公網無D頻段小區(qū)，使高鐵業(yè)務主要集中在專網D頻段承載，以保證用戶感知。

3.3高鐵專網基于速度的遷出優(yōu)化

目前，公專網鄰區(qū)配置策略除車站出入口互配鄰區(qū)外，其余小區(qū)均不配置鄰區(qū)關系。因此，高鐵用戶一旦出了專網，將很難回到專網，嚴重影響客戶感知。

A高鐵日常測試發(fā)現(xiàn)，終端在高鐵專網信號覆蓋良好的情況下，高速移動中發(fā)生了4次基于速度A4的切換。將專網用戶切換至公網，造成用戶感知較差，判斷低速遷出功能參數(shù)存在異常。目前，A高鐵專網小區(qū)的低速遷出功能是基于終端在專網完成隨機接入，且駐留時間超過低速場景的駐留時間門限進行判決。查詢網管參數(shù)設置如表1所示。endprint

表1 網管參數(shù)設置

通過分析發(fā)現(xiàn)，4次A4切換與上一次切換時間間隔在31s、32s、33s、31s，未達到設置的150s。通過核查發(fā)現(xiàn)，參數(shù)“中速場景的駐留時間門限”設置為30s，判斷高速移動狀態(tài)下的終端被判定為中速用戶，導致在駐留時長超過30s后發(fā)生基于速度的切換。頻偏設置根據實際車速計算，表2是典型的F頻段多普勒頻偏值。

表2 F頻段多普勒頻偏值

考慮高鐵動車一般速度在200km/h，保留一定的參數(shù)余量下，將頻偏設置為1200Hz，大致對應的車速是350km/h。按照A高鐵專網的現(xiàn)網參數(shù)設置，高、中、低速用戶的判定執(zhí)行條件如表3所示。

表3 高、中、低速用戶的判定執(zhí)行條件

4次基于A4速度的異常切換，均滿足中速用戶的判定。針對上述問題，優(yōu)化調整如下：

（1）調整21個開啟基于A4速度的切換功能的高鐵專網站點的“高速門限”，由1200Hz到400Hz（車速約120km/h）。

（2）對于單CP下終端駐留時長超過30s的2個專網小區(qū)進行調整，修改“中速場景的駐留時間門限”30s為120s。優(yōu)化調整后，多次驗證測試中，專網用戶均未發(fā)生基于A4速度的切換事件，綜合覆蓋率指標提升明顯。

3.4工程建成后測試指標分析

站點開通并優(yōu)化入網后，采用自動路測儀表測試，A高鐵某段LTE綜合覆蓋率達99%以上，LTE下載速率達20Mb/s以上，VoLTE接通率99%以上，CSFB呼叫成功率98%以上，各項關鍵指標均達到優(yōu)秀水平，網絡質量得到有效保障。

4.結語

總而言之，TD-LTE高鐵覆蓋規(guī)劃對未來高鐵網絡覆蓋工作起著非常重要的指導意義。由于TD-LTE高鐵覆蓋組網有其自身的特點，因此在實際建設中需要充分考慮高鐵組網下的覆蓋、切換等性能，通過精確的規(guī)劃，合理的網絡布局，并結合高鐵特有的優(yōu)化方法和參數(shù)設置，通過多種手段達到高鐵場景下TD-LTE組網的最佳性能，以滿足用戶的業(yè)務需求，提高用戶對產品的滿意度，從而實現(xiàn)高鐵的可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]韋鍇.TD-LTE網絡高鐵覆蓋及組網的探討[J].中國新通信.2016（01）

[2]李世成，馬力君.高速鐵路TD-LTE網絡覆蓋關鍵問題探討[J].中國新通信.2017，19（15）endprint