主頁(yè)（http://www.130131.com）：TD-SCDMA系統(tǒng)高速鐵路覆蓋的解決方案探討 1 引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，高速鐵路慢慢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(chē)時(shí)速更高達(dá)430多公里。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？這給移動(dòng)通信系統(tǒng)在技術(shù)上提出了更高的要求，特別是在無(wú)線傳輸信道方面，高速鐵路與普通鐵路有較大的差別，從而對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸可靠性的研究帶來(lái)了新的課題，也是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商和移動(dòng)設(shè)備商共同面對(duì)的難題。 本文對(duì)高速移動(dòng)環(huán)境下TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋中面臨的主要問(wèn)題加以分析，并給出了一些解決方案。 2 高速鐵路環(huán)境下TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)面臨的問(wèn)題 高速鐵路環(huán)境下影響TD-SCDMA鏈路性能和系統(tǒng)性能的主要因素有：多普勒頻率偏移、快速切換問(wèn)題和智能天線賦形問(wèn)題。另外，相對(duì)于900M頻段的GSM或GSM-R來(lái)說(shuō)，TD-SCDMA工作于2G頻段，其多普勒效應(yīng)更加嚴(yán)重，且路徑損耗和穿透損耗亦變大。 2.1 多普勒頻率偏移 高速鐵路的無(wú)線傳播環(huán)境類(lèi)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 圖 1 TD-SCDMA時(shí)隙結(jié)構(gòu) 圖2 UE向基站靠近過(guò)程中，基站/UE的發(fā)送/接收信號(hào)的頻率 2.2 快速切換 影響高速鐵路覆蓋的另一個(gè)因素是快速切換。UE高速移動(dòng)導(dǎo)致UE穿越切換區(qū)的時(shí)間變短。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。在高速鐵路旁的共站小區(qū)中，小區(qū)的切換帶往往較小且距離基站較近，極容易導(dǎo)致切換失敗。 2.3 智能天線賦形 智能天線的原理是通過(guò)利用上行信道得到的EBB權(quán)值實(shí)時(shí)生成主瓣指向目標(biāo)用戶的波束，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)用戶接收信號(hào)功率最大化。由于下行的波束賦形是基于TDD系統(tǒng)上下行信道的互易性，因而依賴于上行的信道估計(jì)結(jié)果，隨著速度的提高其賦形增益也會(huì)下降。 2.4 功率控制和同步控制 在高速鐵路環(huán)境下，非衰落或衰落較小的直射徑占優(yōu)，即接收端信號(hào)電平主要受路徑損耗的影響；此時(shí)功控的主要目的是為了補(bǔ)償路徑損耗。而路徑損耗的變化較慢，故功率控制的壓力較小。比如高速列車(chē)在300kmph時(shí)速時(shí)，每秒運(yùn)行83米，當(dāng)UE與基站的最小距離為100米時(shí)，按照COST231模型路損計(jì)算公式，路損的變化為9dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于200Hz功率控制命令字的范圍；每秒83米的移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)0.35碼片的時(shí)間偏移，由于同步控制命令字的頻率為200Hz，故同步的壓力亦非常小。 3. 解決方案 針對(duì)上述主要問(wèn)題的分析，我們主要從接收機(jī)算法、快速切換、組網(wǎng)策略等方面加以改進(jìn)，以提高高速鐵路環(huán)境下無(wú)線鏈路和系統(tǒng)的性能。 3.1 接收機(jī)算法 3.1.1 多普勒頻率偏移補(bǔ)償 為了對(duì)抗多普勒頻率偏移，基站接收機(jī)必須進(jìn)行頻率糾偏。在多普勒頻率擴(kuò)散不嚴(yán)重的情況下，頻率糾偏可以獲得很大的性能提高。比如在200～300公里時(shí)速情況下，頻率糾偏可以使得鏈路性能損失很小。 在具體實(shí)現(xiàn)中，基站基于接收信號(hào)估計(jì)接收信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)速度，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)校正，以消除或減弱多普勒頻率偏移對(duì)鏈路性能的影響。針對(duì)UE移動(dòng)速度變化較慢的特點(diǎn)，可以用多子幀的測(cè)量結(jié)果作平均得到UE的運(yùn)動(dòng)速度，以提高估計(jì)精度和頻率糾偏的性能。 3.1.2 信道譯碼器輸入比特的加權(quán) 在一個(gè)時(shí)隙中，中間碼用于信道估計(jì)，在多普勒頻率偏移較嚴(yán)重的環(huán)境下，離中間碼較近的比特比較可靠，而離中間碼較遠(yuǎn)的比特則相對(duì)不可靠。這樣，可以對(duì)離中間碼較近的比特賦予較大權(quán)值，對(duì)離中間碼較遠(yuǎn)的比特賦予較小權(quán)值，然后再輸入信道譯碼器，從而使得相對(duì)可靠的比特對(duì)譯碼的影響較大，相對(duì)不可靠的比特對(duì)譯碼的影響較小。 3.1.3 智能天線賦形 在高速鐵路的場(chǎng)景下，用戶都是集中在車(chē)內(nèi)，且對(duì)于基站而言呈線狀分布，基本上都處于窄波束的覆蓋角度內(nèi)，因此可以使用固定的下行賦形權(quán)值矢量，使得小區(qū)的覆蓋為帶狀，而不建議采用實(shí)時(shí)計(jì)算的方法。從帶狀覆蓋的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，天線易選擇水平波瓣角窄（45度左右），垂直波瓣角稍寬（10度）和增益高的天線（15dBi或以上）。 3.2 快速切換 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(chē)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、加大基站的覆蓋范圍，減少切換頻率。 2、優(yōu)化切換參數(shù)，及早觸發(fā)切換，減少切換時(shí)延。 3、小區(qū)分裂方法，所謂小區(qū)分裂，就是為每個(gè)基站僅配置一個(gè)小區(qū)，通過(guò)功分器引入兩幅天線，分別覆蓋鐵路兩個(gè)相反的方向，將一個(gè)小區(qū)分裂為兩個(gè)扇區(qū)。由于只有一個(gè)小區(qū)，因此基站天線下面不存在切換，規(guī)避了切換區(qū)過(guò)小的問(wèn)題。這種小區(qū)分裂的方法非常適用于基站距離鐵路近，兩個(gè)扇區(qū)交迭區(qū)域小的場(chǎng)合。 4、隨著RRU的出現(xiàn)，出現(xiàn)了BBP(基帶池)+RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)+多根天線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，屬于同一小區(qū)的多根天線沿高速鐵路部署，可以增大小區(qū)的覆蓋范圍，減少切換頻率。對(duì)下行處理，BBP將從Iub口來(lái)的用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)物理層算法變?yōu)榇a片速率的基帶數(shù)據(jù)并通過(guò)光纖發(fā)送給RRU，RRU將碼片速率的基帶數(shù)據(jù)調(diào)制到射頻頻段并通過(guò)天線發(fā)送；對(duì)上行處理，RRU將從天線接收的射頻信號(hào)下降頻解調(diào)到碼片速率的基帶數(shù)據(jù)并通過(guò)光纖發(fā)送給BBP，BBP將碼片速率的基帶數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)物理層算法變?yōu)橛脩魯?shù)據(jù)并通過(guò)Iub接口發(fā)送給RNC。 3.3 組網(wǎng)策略 高速鐵路的覆蓋可以采用大網(wǎng)形式或?qū)＞W(wǎng)形式。在頻率規(guī)劃中，如果頻率資源允許，相鄰的小區(qū)最好使用異頻，以減少小區(qū)間的同頻干擾，特別是切換過(guò)程中相鄰小區(qū)的互干擾。 3.3.1 大網(wǎng)組網(wǎng) 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。大網(wǎng)覆蓋的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和規(guī)劃不需要另外考慮，難點(diǎn)是后期的優(yōu)化，特別是在緩沖區(qū)或高速路線經(jīng)過(guò)的較為復(fù)雜的地理環(huán)境。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，但在高速鐵路場(chǎng)景中不建議采用該方式。 3.3.2 專網(wǎng)組網(wǎng) 專網(wǎng)組網(wǎng)即以專用網(wǎng)絡(luò)覆蓋所要解決的高速鐵路沿線，專用網(wǎng)絡(luò)與大網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，除了在停車(chē)站臺(tái)，候車(chē)廳等旅客上下車(chē)和列車(chē)停留地方作為緩沖區(qū)與大網(wǎng)相互允許切換外，沿線禁止與大網(wǎng)發(fā)生切換。專網(wǎng)組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和規(guī)劃需要另作考慮，后期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化則相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要考慮緩沖區(qū)內(nèi)與大網(wǎng)之間的優(yōu)化。除緩沖區(qū)外，沿線覆蓋組成一個(gè)帶狀覆蓋通道區(qū)，覆蓋車(chē)體經(jīng)過(guò)的區(qū)域。在高速鐵路場(chǎng)景中建議使用專網(wǎng)組網(wǎng)形式。 4. 結(jié)束語(yǔ) 人們?cè)诟哞F列車(chē)中使用通信工具的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，因此對(duì)高速環(huán)境下通信服務(wù)的種類(lèi)和質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。鼎橋公司對(duì)高速鐵路場(chǎng)景下的移動(dòng)通信進(jìn)行了一系列的研究，并提出了一些解決方案。本文總結(jié)了鼎橋公司的研究成果，旨在拋磚引玉，提高TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量，從而為運(yùn)營(yíng)商和用戶提供更好的服務(wù)。 (中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮) |
