TELLTALE無線通信系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用研究

賈銳斌

隨著工信部LTE牌照的發(fā)放，各大運營商4CJ網(wǎng)絡(luò)正式商用，標(biāo)志著4G時代已經(jīng)到來。高速鐵路無線通信系統(tǒng)相比低速狀態(tài)下的無線通信面臨著諸多的問題，本文討論了高速鐵路無線通信建設(shè)方案以及注意事項，并給出了基于TD-LTE技術(shù)的高鐵無線覆蓋的解決方案。

為滿足日益增長的高速交通運輸需求，國務(wù)院批準(zhǔn)的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中規(guī)劃了“四縱四橫”鐵路快速客運通道相應(yīng)規(guī)劃，客車速度最高時速可達380km/h。同時，伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，客戶乘坐高速鐵路時的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求也在日益增長。隨著工信部正式向各大運營商發(fā)布4G牌照，標(biāo)志著我國正式進入4G時代，在高速鐵路場景下良好的應(yīng)用4G技術(shù)會大幅度提升用戶感知。但是由于4G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段較高，較2G、3G網(wǎng)絡(luò)會帶來更高的損耗以及多普勒頻移，如何在高速度、強車體損耗的高鐵特殊場景下提供穩(wěn)定的4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，各運營商面臨著諸多挑戰(zhàn)。本文從對高鐵場景下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋可能存在的特殊問題，解決方案進行了歸納總結(jié)，對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋高鐵場景進行了可行性研究。

LTE高鐵覆蓋的應(yīng)用方案

高鐵通信專網(wǎng)建設(shè)方案

針對高鐵專網(wǎng)內(nèi)頻繁切換、重選問題，以及隨之而來的業(yè)務(wù)掉線、無法接通等問題。多采用BBU+RRU組網(wǎng)方案，并采取RRU共小區(qū)技術(shù)，即在多個從單個BBU拉遠多個RRU組成多個站址，增大同一小區(qū)的覆蓋范同，在同一小區(qū)的RRU位置組之間運動時無須進行切換或重選，減少切換重選次數(shù)，減少掉話風(fēng)險。該類技術(shù)在2G/S3G高鐵覆蓋已經(jīng)有比較成熟的應(yīng)用，可以沿用到4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。

自適應(yīng)頻率補償技術(shù)對抗多普勒頻移

針對多普勒頻偏問題，各個主設(shè)備廠商已支持自適應(yīng)頻率補償技術(shù)（AFC），通過頻率補償技術(shù)，可以快速準(zhǔn)確地跟蹤系統(tǒng)上行頻偏，經(jīng)過多次對載波頻率偏移最大值的檢測與校正后可有效控制多普勒頻展在系統(tǒng)接受的范圍內(nèi)。建議高鐵專網(wǎng)建設(shè)中開啟頻偏算法，控制多普勒頻移帶來的負面影響。

準(zhǔn)確控制重疊覆蓋距離，提升切換成功率

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期，要充分考慮列車時速，以及切換重選時延的典型設(shè)置，保證站址間的重疊覆蓋距離能夠有效完成切換重選，切換重疊帶預(yù)算：重疊覆蓋區(qū)域過小會導(dǎo)致切換失敗，過大則會站間距增加，因此高鐵覆蓋規(guī)劃中要合理設(shè)計重疊覆蓋區(qū)域。

建設(shè)應(yīng)用方案以及注意事項

建設(shè)方案

高速鐵路4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在公網(wǎng)和專網(wǎng)兩種方式，考慮到用戶體驗和網(wǎng)絡(luò)性能更優(yōu)，建議采用專網(wǎng)形式覆蓋。宏基站建設(shè)方案：每個物理站點配置兩個兩通道RRU，分別連接高增益雙通道天線進行覆蓋，多個物理站點之間進行小區(qū)合并。隧道覆蓋方案：可采用天線覆蓋或泄漏電纜覆蓋兩種方案。短且平直的隧道，優(yōu)先采用低成本的宏基站覆蓋方案。對于長或彎度較大的隧道，建議采用泄露電纜覆蓋方案。高架橋覆蓋方案：采用定向天線背靠背發(fā)射的方式覆蓋，優(yōu)先選擇高增益、窄波瓣天線，選擇地點位于橋兩端距離鐵路一定距離處。站臺建設(shè)方案：站臺建議采用專網(wǎng)信號覆蓋，站臺話務(wù)通過專網(wǎng)進行吸收，建議將候車區(qū)、上車通道、旅客出站區(qū)分別建設(shè)公網(wǎng)獨立小區(qū)，借助公網(wǎng)室分小區(qū)建立過渡切換帶。

注意事項

高鐵需要2G/4G協(xié)同規(guī)劃：目前4G語音業(yè)務(wù)仍采用CSFB的方式，中國移動目前采用回落到GSM網(wǎng)絡(luò)的方式.應(yīng)做好4G和2G的協(xié)同優(yōu)化，建議4G專網(wǎng)的CSFB頻點按照2G專網(wǎng)配置，保證一致性：LTE與GSM高鐵專網(wǎng)協(xié)同有利于提升高鐵CSFB接通成功率.確保CSFB終端用戶（如iPhone用戶）的語音感知。

如2G高鐵基本上采用專網(wǎng)方式建設(shè)，應(yīng)充分利用站址資源，實現(xiàn)2G/4G設(shè)備共柜、共BBU框、共傳輸資源等，進一步減少投資、減輕工程施工難度、節(jié)省建設(shè)時間。為增加基站的覆蓋距離，減少切換次數(shù)，高鐵場景建議采用高增益窄波瓣天線對進行覆蓋。高增益窄波瓣天線通?？梢宰龅皆鲆?8-21dBi.波瓣寬度約35°。

現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)效果

浙江移動最早通過平滑升級，實現(xiàn)滬杭高鐵嘉興段TD-LTE/TD-SCDMA雙模高鐵覆蓋，并實現(xiàn)了300km/h高鐵場景下的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速下載，建成全球首個高鐵4G網(wǎng)絡(luò)。隨后，中國移動集團公司于早在2014年下發(fā)《中國移動4G網(wǎng)絡(luò)二期工程高速鐵路覆蓋項目建設(shè)要求》，在全網(wǎng)內(nèi)啟動LTE高鐵專網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)高鐵4G網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，滿足高鐵沿線的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)需求。黑龍江的哈大線、盤營線、京哈線，依據(jù)現(xiàn)有2G專網(wǎng)實施共站、補點建設(shè)，累積完成高鐵4G網(wǎng)絡(luò)期共建設(shè)站點942個。目前，經(jīng)過工程期優(yōu)化調(diào)整，高鐵線路平均下載速率達到10Mbps以上，覆蓋率接近90%。后期，隨著站址的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的不斷深人，新技術(shù)的進一步應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量將得到進一步提升，必將為客戶帶來更好的體驗。

高速鐵路的4G時代已經(jīng)到來，優(yōu)秀的高鐵通信質(zhì)量是提升運營商形象和贏得客戶口碑新領(lǐng)域。高速鐵路的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋非常復(fù)雜，4G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)、優(yōu)化工作中存在較大困難。本文重點從高鐵4G通信中涉及的疑難問題、解決方案、注意事項等多個方面進行了闡述，進一步論證了高鐵4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案的可行性和合理性。