FDD LTE高鐵覆蓋解決方案

　　全球高鐵發(fā)展共經(jīng)歷了三次浪潮，三個(gè)階段分別投資建設(shè)高鐵2974km、1972km、57712km（預(yù)測(cè)），第三次浪潮（90年代中期—現(xiàn)在）的規(guī)模超過(guò)前兩次的總和。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年全球高鐵投資總額將達(dá)到7769億美元，其中信息設(shè)備583億美元（占投資總額的7.5%左右）。信息化系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)，比例各占一半左右。中國(guó)市場(chǎng)投資額高達(dá)3209億美元，占全球的41%。預(yù)計(jì)“十二五”期間，中國(guó)將可能投資建設(shè)2萬(wàn)公里高鐵，將為信息化設(shè)備帶來(lái)1500億（225億美元）的投資額。

　　高鐵信息化系統(tǒng)建設(shè)一般滯后高鐵項(xiàng)目啟動(dòng)兩年左右，2012年—2015年全球?qū)⒂瓉?lái)高鐵信息化設(shè)備投資的高峰期。

　　高鐵覆蓋面臨的挑戰(zhàn)

　　根據(jù)未來(lái)高鐵的發(fā)展趨勢(shì)和歐美國(guó)家目前運(yùn)營(yíng)狀況，高鐵覆蓋方案應(yīng)該能滿(mǎn)足350km/h以上速度，最快達(dá)到450km/h的高速行駛要求。新型全封閉車(chē)廂對(duì)手機(jī)信號(hào)的衰耗在24dB之上。根據(jù)建成后的京津高鐵GSM-R專(zhuān)用通信網(wǎng)推斷，高鐵覆蓋方案在最短發(fā)車(chē)間隔（3分鐘）狀態(tài)下應(yīng)該滿(mǎn)足300名左右旅客的話務(wù)量需求，網(wǎng)絡(luò)接通率超過(guò)95%，覆蓋率為99.5%，掉話率不高于5%，切換成功率在90%以上。

　　高速列車(chē)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面臨以下挑戰(zhàn)。

　　車(chē)體穿透損耗大

　　高速列車(chē)采用密閉式廂體設(shè)計(jì)，增大了車(chē)體損耗。各種類(lèi)型的CRH列車(chē)具有不同的穿透損耗，中興通訊對(duì)各種主要客運(yùn)車(chē)型的損耗情況進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試，綜合衰減值如表1所示。

　　多普勒頻偏

　  高速覆蓋場(chǎng)景對(duì)FDD LTE系統(tǒng)性能影響最大的是多普勒效應(yīng)。接收到的信號(hào)的波長(zhǎng)因?yàn)樾盘?hào)源和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化，稱(chēng)作多普勒效應(yīng)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，特別是高速場(chǎng)景下，這種效應(yīng)尤其明顯。

　　高速影響性能

　　  在UE（用戶(hù)設(shè)備）高速場(chǎng)景下，對(duì)切換的性能會(huì)有較大的影響。為保證用戶(hù)無(wú)縫移動(dòng)性及QoS，最基本的要求就是用戶(hù)通過(guò)切換區(qū)域的時(shí)間要大于切換的處理時(shí)間，否則切換流程無(wú)法完成，會(huì)造成用戶(hù)的QoS下降甚至掉話。在高速場(chǎng)景下，由于UE駐留時(shí)間小于小區(qū)選擇過(guò)程，還容易出現(xiàn)脫網(wǎng)、小區(qū)選擇失敗等網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。

　　公網(wǎng)和高鐵覆蓋專(zhuān)網(wǎng)相互影響

　　高鐵覆蓋作為FDD LTE公網(wǎng)覆蓋的一部分，必須考慮高鐵覆蓋專(zhuān)網(wǎng)和公網(wǎng)之間的相互影響。專(zhuān)網(wǎng)和公網(wǎng)之間應(yīng)避免形成空洞和過(guò)度重疊覆蓋，特別要避免大網(wǎng)站點(diǎn)越過(guò)高鐵軌道進(jìn)行覆蓋。要做好公網(wǎng)、專(zhuān)網(wǎng)間切換、重選等關(guān)系，確保相互之間的正常過(guò)渡。

　　FDD LTE高鐵覆蓋解決方案

　　針對(duì)高鐵覆蓋所面臨的大頻偏、頻繁切換等技術(shù)難點(diǎn)，中興通訊提供專(zhuān)業(yè)的LTE高鐵覆蓋方案。

　　自適應(yīng)頻偏校正算法

　　對(duì)于高速移動(dòng)的用戶(hù)，多普勒頻偏往往非常大，基站接收機(jī)必須估計(jì)和發(fā)射機(jī)之間的頻率誤差并完成頻率誤差校正，否則將對(duì)鏈路性能造成很大影響。另外，基站接收機(jī)還需要應(yīng)對(duì)頻偏快速變化的問(wèn)題，即保證能夠迅速跟上頻偏變化速度并進(jìn)行有效的補(bǔ)償。對(duì)于列車(chē)時(shí)速高達(dá)300km/h的場(chǎng)景而言，如果頻偏跟蹤速度太慢，會(huì)在頻偏快速變化時(shí)產(chǎn)生巨大的估計(jì)誤差，導(dǎo)致性能?chē)?yán)重惡化。中興通訊自主研發(fā)自適應(yīng)頻偏校正算法，能在基帶層面實(shí)時(shí)檢測(cè)出當(dāng)前子幀頻率偏移的相關(guān)信息，對(duì)頻偏造成的基帶信號(hào)相位偏移予以校正，提升基帶性能解調(diào)。

　　單小區(qū)多RRU級(jí)聯(lián)技術(shù)

　　從FDD LTE高鐵覆蓋特點(diǎn)來(lái)看，為保證小區(qū)間可靠切換，需增加小區(qū)的覆蓋范圍，減少小區(qū)切換次數(shù)。中興通訊推出單小區(qū)多RRU級(jí)聯(lián)方案，此方案基于中興通訊首創(chuàng)的SDR平臺(tái)，設(shè)備體積小、重量輕，功耗低，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，使運(yùn)營(yíng)商高鐵覆蓋網(wǎng)絡(luò)部署變得簡(jiǎn)單易行。中興通訊應(yīng)用BBU+RRU技術(shù)，可以將多個(gè)RRU組網(wǎng)，利用基帶合并技術(shù)組合到一個(gè)小區(qū)內(nèi)。當(dāng)屬于同一邏輯小區(qū)的多個(gè)RRU覆蓋區(qū)域部分重疊連環(huán)相連之后，構(gòu)成一個(gè)狹長(zhǎng)地帶的高信號(hào)強(qiáng)度的適合鐵路沿線的小區(qū)覆蓋方案，有利于增加覆蓋信號(hào)強(qiáng)度。圖1所示。

　　圖1 多RRU級(jí)聯(lián)技術(shù)

　　公網(wǎng)和專(zhuān)網(wǎng)的切換原則

　　 要重點(diǎn)考慮公網(wǎng)和專(zhuān)網(wǎng)的切換原則和對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證公網(wǎng)用戶(hù)順利切入高鐵專(zhuān)網(wǎng)，并保證離開(kāi)站臺(tái)時(shí)，避免發(fā)生乒乓位置更新。鐵路覆蓋專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用，在站點(diǎn)和候車(chē)室設(shè)置專(zhuān)網(wǎng)與公網(wǎng)過(guò)渡的隔離，相互設(shè)置鄰區(qū)，同時(shí)列車(chē)進(jìn)行中專(zhuān)網(wǎng)小區(qū)和公網(wǎng)小區(qū)不設(shè)置為鄰區(qū)，用戶(hù)不允許切換到公網(wǎng)，公網(wǎng)用戶(hù)也不能占用專(zhuān)網(wǎng)資源。

　　密集城區(qū)高速覆蓋

　　高鐵經(jīng)過(guò)密集城區(qū)時(shí)，由于站點(diǎn)間距較小，切換帶也較小，而且密集城區(qū)沒(méi)有明顯的視距環(huán)境，多普勒效應(yīng)明顯，對(duì)性能影響嚴(yán)重，導(dǎo)致解調(diào)SNR降級(jí)嚴(yán)重；同時(shí)對(duì)城區(qū)多徑衰落的影響比較明顯，容易出現(xiàn)向目標(biāo)小區(qū)切換后回切，造成頻繁掉話。針對(duì)密集城區(qū)的高鐵覆蓋，可以在傳統(tǒng)三小區(qū)的基礎(chǔ)上，新增一個(gè)小區(qū)（第4小區(qū)）用于高鐵覆蓋，如圖2所示。

　　圖2 第4小區(qū)高鐵覆蓋方案

　　對(duì)于高速鐵路第4小區(qū)，硬件上要求每小區(qū)要覆蓋兩個(gè)方向，這樣可以減少高速列車(chē)的小區(qū)切換和重選次數(shù)，不影響原有話務(wù)吸收，容量?jī)?yōu)化簡(jiǎn)單，形成簡(jiǎn)潔的小區(qū)重選和切換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鐵路的專(zhuān)門(mén)覆蓋。

　　隨著高鐵投資高峰時(shí)期的到來(lái)，中興通訊FDD LTE專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)致力于高鐵覆蓋方案的研究。這個(gè)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近3年的歷練，精通技術(shù)原理，實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)豐富。他們已蓄勢(shì)待發(fā)，將助力運(yùn)營(yíng)商馳騁高鐵時(shí)代。