主頁(yè)（http://www.130131.com）：破解TD高速鐵路覆蓋難題

導(dǎo)語(yǔ)：隨著鐵路列車運(yùn)行速度的提高，人們?cè)诟哞F列車中使用通信工具的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，對(duì)高速環(huán)境下通信服務(wù)的種類和質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，鼎橋提供的高鐵環(huán)境下的覆蓋解決方案，完全可以滿足這種日益增長(zhǎng)的需求，為人們的旅行生活帶來(lái)更舒適的通信體驗(yàn)。

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，高速鐵路逐漸滲透到人們的日常生活。經(jīng)過(guò)2007年4月第6次大提速后，時(shí)速超過(guò)200公里的鐵路里程有6003公里，其中時(shí)速超過(guò)250公里的高速鐵路里程有846公里。規(guī)劃中的京滬高鐵的時(shí)速將達(dá)到350公里，上海磁懸浮列車時(shí)速更高達(dá)431公里。
　　根據(jù)鐵道部“十一五”規(guī)劃，中國(guó)將投資12500億元人民幣，建設(shè)17000公里鐵路新線，其中客運(yùn)專線7000公里，列車時(shí)速將達(dá)到200公里至300公里以上。并計(jì)劃將來(lái)更多的投資以建成“五縱五橫十聯(lián)”的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)動(dòng)速度的提高對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)提出更高的要求。如何在這種高速環(huán)境中提供良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商和移動(dòng)設(shè)備商共同面對(duì)的難題。
　　不僅如此，高速鐵路的建設(shè)環(huán)境包羅萬(wàn)象，除了城市和平原，還有高山、丘陵、戈壁、沙漠、橋梁和隧道�？梢哉f(shuō)涵蓋了幾乎所有的無(wú)線通信場(chǎng)景。所以，如何在高速移動(dòng)環(huán)境下保持好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和通信質(zhì)量，是對(duì)TD-SCDMA技術(shù)的挑戰(zhàn)。

影響高速移動(dòng)通信的因素

　　高速移動(dòng)狀態(tài)下的通信相比靜止?fàn)顟B(tài)或低速狀態(tài)下的通信面臨更多的問(wèn)題，多普勒效應(yīng)和快速切換帶來(lái)的影響是高速移動(dòng)環(huán)境下不得不解決的兩大難題，速度越高，影響越大，解決難度也越大，對(duì)技術(shù)的要求也越高。

1.多普勒頻率偏移

　　高速鐵路的無(wú)線傳播環(huán)境類似農(nóng)村場(chǎng)景，反射體較少，直射路徑占優(yōu)，多普勒頻率擴(kuò)散現(xiàn)象不突出，但多普勒頻率偏移比較嚴(yán)重，以至于對(duì)UE和基站的性能有較大影響。假設(shè)基站主載頻為 ，由于UE移動(dòng)導(dǎo)致的多普勒頻移為 ，則UE自動(dòng)鎖定最佳服務(wù)小區(qū)的接收信號(hào)頻率 ，并將該頻率作為參考基準(zhǔn)發(fā)送上行信號(hào)；UE發(fā)射的上行信號(hào)到達(dá)基站天線時(shí)，其頻率為 ，該頻率與基站主載頻的偏差為 （圖1）。多普勒頻移對(duì)基站和終端解調(diào)信號(hào)都產(chǎn)生影響。
　　對(duì)基站的影響：TD-SCDMA采用中間碼做信道估計(jì)，再采用估計(jì)出來(lái)的信道對(duì)兩端數(shù)據(jù)域做聯(lián)合檢測(cè)。受多普勒頻移的影響，數(shù)據(jù)域碼片與中間碼片發(fā)生較大的相位變化，從而影響數(shù)據(jù)域的符號(hào)檢測(cè)。舉例說(shuō)明，當(dāng)移動(dòng)速度為300公里時(shí)，最大多普勒頻移 為556Hz，兩倍多頻率頻移 ＝1112Hz使得一個(gè)時(shí)隙中間的碼片與時(shí)隙兩端的碼片有556*2*360/1.28e6*(848/2)＝133度(>90度)的相位變化，這將使得時(shí)隙兩端的符號(hào)無(wú)法正確檢測(cè)。
　　對(duì)終端的影響：為了對(duì)抗由多普勒效應(yīng)而產(chǎn)生的頻率抖動(dòng)，用戶終端通過(guò)自動(dòng)頻率補(bǔ)償A F C（Automatic Frequency Correction）技術(shù)來(lái)自動(dòng)鎖定最佳服務(wù)小區(qū)的接收信號(hào)頻率，并將鎖定的頻率作為參考基準(zhǔn)發(fā)送上行信號(hào)。不難看出，AFC算法對(duì)于減小多普勒頻移產(chǎn)生的影響，提高解調(diào)性能，起到至關(guān)重要的作用。但多個(gè)天線向用戶發(fā)射下行信號(hào)時(shí)（圖2），處于交界位置的UE收到的下行信號(hào)有兩倍頻偏的跳變，影響下行信號(hào)的解調(diào)性能，嚴(yán)重時(shí)甚至可能脫網(wǎng)。

　  
圖1 上行接收信號(hào)的多普勒頻偏

　
圖2 下行接收信號(hào)的多普勒頻偏

2.快速切換的影響

　　影響高速鐵路覆蓋的另一個(gè)因素是快速切換。假設(shè)切換區(qū)大小不變，那么移動(dòng)速度越高穿越切換區(qū)的時(shí)間越短。當(dāng)UE移動(dòng)速度足夠快以至于穿越切換區(qū)的時(shí)間小于系統(tǒng)處理切換的最小時(shí)延，則切換流程無(wú)法完成，導(dǎo)致掉話。
　　高速移動(dòng)使得切換和小區(qū)重選頻繁。合理規(guī)劃基站間重疊覆蓋區(qū)，保證良好的信號(hào)覆蓋，是保證網(wǎng)絡(luò)性能的重要前提。此外，要針對(duì)高速移動(dòng)的特殊場(chǎng)景，優(yōu)化切換判決條件和流程，減少切換和重選的時(shí)延，以確�？焖僭絽^(qū)切換和小區(qū)重選成功。

對(duì)癥下藥

　　針對(duì)上述主要問(wèn)題的分析，為了解決高速覆蓋問(wèn)題，鼎橋在提高基站接收機(jī)性能、提高切換成功率、改善覆蓋效果等方面，提出了諸多行之有效的解決方案。

1.改善接收機(jī)性能

　　對(duì)于上行信號(hào)的2倍頻偏，解決辦法是對(duì)上行接收信號(hào)進(jìn)行頻偏估計(jì)和補(bǔ)償；對(duì)UE下行接收信號(hào)存在的頻率跳變，解決方案是NodeB端對(duì)下行發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻偏預(yù)置，使得UE接收到的信號(hào)無(wú)頻偏。
　　為了對(duì)抗上行多普勒頻率偏移，基站接收機(jī)必須進(jìn)行上行頻率糾偏功能。上行頻率糾偏對(duì)上行性能影響很大：未進(jìn)行上行頻率糾偏時(shí)，300公里時(shí)速的上行性能比120公里時(shí)速惡化了約7dB，而500公里時(shí)速的頻偏導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法正確解調(diào)；采用上行頻率糾偏算法之后，300公里時(shí)速的上行性能與120公里時(shí)速性能相當(dāng)，而500公里時(shí)速的上行性能也有很大提升。
　　為了對(duì)抗下行頻率跳變引起的性能惡化，基站根據(jù)上行接收信號(hào)來(lái)確定下行頻率偏移的大小，然后對(duì)發(fā)送給終端的下行信號(hào)進(jìn)行頻偏預(yù)置，使得下行接收信號(hào)無(wú)頻偏，從而解決頻率跳變可能引起的掉話、脫網(wǎng)。
　　采用專用的上行頻偏補(bǔ)償算法和下行頻偏預(yù)置算法，鼎橋基站支持的最大頻偏達(dá)到2000Hz，在基站信號(hào)傳播方向與終端運(yùn)動(dòng)方向夾角為0或180度的情況下，可以支持539公里/小時(shí)的移動(dòng)速度，完全滿足現(xiàn)有高速鐵路的覆蓋需求。

2.提供豐富的切換解決方案

　　高速鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)沿著高速鐵路建設(shè)，無(wú)線基站設(shè)置為鏈狀結(jié)構(gòu)；由于列車的高速行駛，頻繁跨越小區(qū)，移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具有快速切換的功能。該問(wèn)題可以通過(guò)以下方法解決：
1、合理規(guī)劃小區(qū)間重疊覆蓋區(qū)域大小。保證將滿足切換條件的測(cè)量事件上報(bào)之后，UE有足夠的時(shí)間跨越整個(gè)重疊覆蓋區(qū)。
2、優(yōu)化切換參數(shù)，及早觸發(fā)切換，減少切換時(shí)延。
3、相鄰小區(qū)考慮異頻切換優(yōu)先。為避免多普勒效應(yīng)引發(fā)的同頻鄰區(qū)相對(duì)頻偏會(huì)影響用戶終端的測(cè)量精確度，采用異頻切換方案更能保證通信質(zhì)量。
4、擴(kuò)大小區(qū)的覆蓋范圍，減少切換/重選頻率。
　　為了擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍，可采用基帶池＋RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)＋多幅天線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，屬于同一小區(qū)的多幅天線沿高速鐵路部署，從而減少切換頻率以提高網(wǎng)絡(luò)性能。
　　這種方案中，同一小區(qū)內(nèi)的天線下面不存在切換，通過(guò)相應(yīng)的基帶處理，單小區(qū)可以跨越多個(gè)RRU覆蓋區(qū)，可以根據(jù)容量的需求，來(lái)合理規(guī)劃小區(qū)的覆蓋范圍。

3.組網(wǎng)策略

　　在高鐵覆蓋中，有專網(wǎng)和大網(wǎng)兩種組網(wǎng)方案。專網(wǎng)組網(wǎng)即以專用網(wǎng)絡(luò)覆蓋高速鐵路沿線，與大網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立。大網(wǎng)組網(wǎng)即不單獨(dú)考慮高速場(chǎng)景的覆蓋，與其他場(chǎng)景合為一體統(tǒng)一地由室外宏蜂窩大網(wǎng)提供覆蓋。
　　專網(wǎng)組網(wǎng)有利于切換鏈的設(shè)計(jì)，除了在車站和列車停留區(qū)域與大網(wǎng)允許切換外，沿線采用鏈形鄰區(qū)設(shè)計(jì)，不與大網(wǎng)發(fā)生切換�？梢院芎帽ＷC高鐵的用戶在高速移動(dòng)時(shí)切換和重選的路徑，提高通信質(zhì)量；有利于應(yīng)用專用于高速場(chǎng)景的無(wú)線資源管理算法、切換和重選策略和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值，從而更好的提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。但專網(wǎng)一個(gè)很大的問(wèn)題是和大網(wǎng)的融合問(wèn)題：在密集城區(qū)和列車的站點(diǎn)附近，是專網(wǎng)和大網(wǎng)的進(jìn)出口。如何判斷由哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)給用戶提供服務(wù)，如何防止用戶誤附著，以及對(duì)誤附著的用戶如何處理，是專網(wǎng)方案設(shè)計(jì)的難題。
　　大網(wǎng)方案則不用考慮誤附著等問(wèn)題，且資源利用率高，成本相對(duì)低，但是大網(wǎng)很難兼顧一般場(chǎng)景和高速場(chǎng)景的通信需求，優(yōu)化難度大。
　　針對(duì)目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景，一般在普通鐵路和高速公路場(chǎng)景下可以考慮采用大網(wǎng)組網(wǎng)方式，在高速鐵路場(chǎng)景中建議采用專網(wǎng)方式。考慮到高速鐵路沿線覆蓋區(qū)域低速用戶很少，可以在高鐵沿線小區(qū)采用鏈形鄰區(qū)設(shè)置、專用于高速場(chǎng)景的無(wú)線資源管理算法，根據(jù)快速切換的需要規(guī)劃切換帶、優(yōu)化切換參數(shù)。在專網(wǎng)大網(wǎng)出入口，如車站小區(qū)，可以根據(jù)移動(dòng)路徑靈活規(guī)劃鄰區(qū)關(guān)系和切換帶，從而滿足切換需求。