TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中特殊場(chǎng)景的綜合解決方案

1、引言

中國(guó)移動(dòng)承擔(dān)了在全國(guó)八個(gè)城市建設(shè)TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)的任務(wù)，目前，試驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)正在緊張進(jìn)行中。在環(huán)境復(fù)雜、場(chǎng)景多樣的情況下提供具有針對(duì)性的綜合解決方案，同時(shí)保證優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。本文在眾多建網(wǎng)問(wèn)題中選取具有代表性的兩個(gè)問(wèn)題——高速公路/鐵路和大型高檔住宅小區(qū)覆蓋，來(lái)進(jìn)行解決方案的探討。

2、高速公路/鐵路場(chǎng)景覆蓋

隨著用戶移動(dòng)速度的不斷提高，例如“和諧號(hào)”列車時(shí)速已達(dá)200km以上，為了確保高速公路/鐵路的沿線覆蓋，提高TD-SCDMA在時(shí)速250km/h左右的覆蓋性能，已成為當(dāng)務(wù)之急。

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)境下必須解決的兩大難題，速度越快，影響越大，解決難度也越大，對(duì)技術(shù)的要求也越高。如果不采取措施，通信質(zhì)量將嚴(yán)重惡化，甚至掉線。除了在基帶處理和智能天線等算法上進(jìn)行優(yōu)化以外，在建設(shè)中做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

2.1　設(shè)備的選擇

在設(shè)備選型上，采用分布式光纖基站BBU+RRU組網(wǎng)設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是在某一區(qū)域可以只放置一個(gè)BBU，鏈接多個(gè)RRU進(jìn)行沿路覆蓋，同時(shí)RRU具備級(jí)聯(lián)功能，通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式能夠節(jié)省光纖，提供靈活的建網(wǎng)方式。

2.2　天線的選擇

在天線的選擇上，根據(jù)仿真和實(shí)際測(cè)試結(jié)果，6陣元天線與8陣元天線相比，在上行覆蓋，下行覆蓋和公用信道覆蓋方面均存在一定差異。因此，對(duì)于高速路的覆蓋，為保持較好的性能，建議選用8陣元天線。

2.3　基站布置

基站布置可以分布在鐵路沿線兩側(cè)，也可以單側(cè)分布，沒(méi)有優(yōu)劣之分，完全根據(jù)傳播環(huán)境和地形決定。

2.4　與覆蓋沿線距離考慮

由于多普勒頻偏和穿透損耗，要考慮到發(fā)射天線到覆蓋對(duì)象（高速鐵路和高速公路）的距離。根據(jù)多普勒的頻偏特性，同樣的運(yùn)動(dòng)速度下，基站與道路的垂直距離越長(zhǎng)，有效的固定Doppler頻偏越小，越有利于基帶解調(diào)。

由于高速鐵路的平均時(shí)速要高于高速公路的平均時(shí)速，在同樣條件下（距離，偏移角度），高速鐵路的Doppler頻偏要大于高速公路，因此，設(shè)計(jì)基站距離高速鐵路的垂直距離要稍稍大于基站距離高速公路的垂直距離，以便取得較好的基帶解調(diào)性能。

研究表明，穿透損耗與電波的入射夾角有對(duì)應(yīng)關(guān)系，在電波垂直于障礙物時(shí)，穿透損耗最小，隨著電波逐漸斜向入射障礙物，電波經(jīng)過(guò)該障礙物的損耗也增大。在高速鐵路和公路的場(chǎng)景中，要考慮列車和汽車本身的穿透損耗。因此需要基站與覆蓋沿線保持一定距離，以保證天線旁瓣波束射入車體時(shí)，穿透損耗不會(huì)太大。不失一般性，基站與該基站在高速鐵路覆蓋半徑邊緣的連線與覆蓋對(duì)象應(yīng)至少有30°夾角存在。

相對(duì)而言，公路運(yùn)行車輛的封閉性、車體構(gòu)造和厚度等方面決定了在同等條件下公路運(yùn)行車輛的穿透損耗要小于鐵路機(jī)車。因此對(duì)天線方向性的設(shè)計(jì)要求要降低。

2.5　切換問(wèn)題

在超高速移動(dòng)的情況下，當(dāng)多普勒效應(yīng)引發(fā)的同頻鄰區(qū)相對(duì)頻偏大于一定門限時(shí)，連接狀態(tài)下的用戶終端測(cè)量不到同頻鄰區(qū)，無(wú)法觸發(fā)接力切換，導(dǎo)致接力切換無(wú)用武之地。此時(shí)，采用異頻硬切換方案來(lái)對(duì)抗多普勒頻偏效應(yīng)，比接力切換方案更能保證連續(xù)覆蓋。

此外，切換區(qū)域的設(shè)計(jì)對(duì)切換有非常重要的影響。切換區(qū)域過(guò)小就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法滿足切換時(shí)延的要求而導(dǎo)致切換失敗。過(guò)小的重疊覆蓋區(qū)，通常容易使無(wú)線鏈路在目標(biāo)小區(qū)重配置成功之前就已經(jīng)與源小區(qū)失步了，導(dǎo)致切換流程在物理信道重配置階段失敗。根據(jù)切換啟動(dòng)門限參數(shù)的設(shè)計(jì)，以及完成切換流程所需時(shí)間的保守統(tǒng)計(jì)，估算切換區(qū)所需的重疊覆蓋區(qū)域大小，兩個(gè)小區(qū)覆蓋重疊區(qū)域設(shè)計(jì)得足夠大，才能保證UE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)。

假定高速用戶的最高移動(dòng)速度為250km/h，每秒移動(dòng)的距離為69m。而根據(jù)設(shè)備性能，硬切換所需時(shí)延平均為1000ms（從測(cè)量控制消息上發(fā)到物理信道重配完成），那么所需要規(guī)劃切換區(qū)域應(yīng)該大于69m的范圍；切換是雙向進(jìn)行的，因此切換帶應(yīng)該是138m，同時(shí)應(yīng)該加上從信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)相同區(qū)域（小區(qū)邊界）向兩側(cè)強(qiáng)場(chǎng)過(guò)渡的區(qū)域。這樣切換帶加上過(guò)渡區(qū)域構(gòu)成了道路的重疊覆蓋區(qū)。如圖1所示。

圖1　切換區(qū)域示意圖

3、大型高檔住宅小區(qū)的覆蓋

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地的居民小區(qū)數(shù)目迅速增長(zhǎng)，住宅的密度也不斷增加。對(duì)于城市大量的移動(dòng)手機(jī)用戶來(lái)說(shuō)，由于建筑物的遮擋，居民區(qū)的部分區(qū)域會(huì)出現(xiàn)信號(hào)盲區(qū)或信號(hào)弱的情況，直接影響手機(jī)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。同時(shí)，一些高檔居民小區(qū)的高端用戶多，單用戶話務(wù)量大，這些區(qū)域?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)容量也有很高的要求。如何解決居民區(qū)的信號(hào)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)容量問(wèn)題，已經(jīng)成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商日益關(guān)注的課題。

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)可以解決居民區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量問(wèn)題。但是居民區(qū)或者居民小區(qū)由于受到物業(yè)因素、業(yè)主因素或者投資成本等多種因素的影響，不一定都能夠?qū)崿F(xiàn)完整的室內(nèi)分布系統(tǒng)。因此，對(duì)于不同的居民區(qū)，需要針對(duì)不同的條件選擇不同的解決方案。

3.1　別墅小區(qū)的覆蓋

別墅小區(qū)樓層低，樓宇之間間距寬闊，高端用戶多，對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求高。覆蓋重點(diǎn)主要是住宅內(nèi)部，由于別墅一般采用磚墻，可以通過(guò)室外信源對(duì)室內(nèi)進(jìn)行信號(hào)覆蓋，推薦使用BBU+RRU+全向偽裝天線的方式進(jìn)行覆蓋。

3.2　高層住宅小區(qū)的覆蓋

高層住宅小區(qū)一般位于密集市區(qū)，樓層高，有電梯、地下停車場(chǎng)等特殊區(qū)域，高端用戶多，對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求高。由于一般采用混凝土結(jié)構(gòu)，樓板厚度大，采用室外信號(hào)穿透覆蓋的效果差，而且電梯一般在建筑物中間，一般為信號(hào)盲區(qū)，室外信號(hào)無(wú)法穿透，因此一般首選建立室內(nèi)分布系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋，同時(shí)可以適用這種小區(qū)的高話務(wù)量的要求。室內(nèi)分布系統(tǒng)推薦采用大容量基帶池BBU+RRU+室內(nèi)分布系統(tǒng)方式，解決覆蓋和容量問(wèn)題。對(duì)于建筑物的電梯，一般利用單獨(dú)的RRU通道來(lái)解決。對(duì)于地下停車場(chǎng)，如果地下停車場(chǎng)為與居民住宅合為一體，可以共享樓層底部的RRU實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋；如果地下停車場(chǎng)為獨(dú)立建筑，可以通過(guò)光纖拉出專門的RRU通道或通過(guò)直放站進(jìn)行覆蓋。

3.3　小高層建筑的覆蓋

小高層建筑在新建的城市建筑中占據(jù)了很大的比重，建筑物一般為板狀結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)外部信號(hào)照射實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部的覆蓋。小高層建筑的高層信號(hào)質(zhì)量一般比低層要好。在小高層建筑內(nèi)部建立室內(nèi)分布系統(tǒng)的難度比較大，投資也比較高，所以一般考慮在小區(qū)的公用地面建立分布系統(tǒng)。通過(guò)光纖分布系統(tǒng)可以有效解決饋纜損耗問(wèn)題，而且光纖布線的施工量也比較小。小高層住宅小區(qū)主要的解決方案通過(guò)BBU+單通道RRU+偽裝天線解決覆蓋。如果小區(qū)只是低層信號(hào)不好（6層以下），推薦采用燈桿天線實(shí)現(xiàn)低層的信號(hào)覆蓋；如果低層和高層信號(hào)都不好，一般在地面安裝偽裝天線，天線采用上傾角，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)低層和高層的覆蓋。

另外一種情況，小區(qū)里已經(jīng)建立了GSM的小區(qū)覆蓋系統(tǒng)，由于物業(yè)原因或者業(yè)主原因，在小區(qū)里改造光纖分布系統(tǒng)比較困難。在這種情況下，我們可以考慮使用大功率單通道RRU設(shè)備和GSM信源在機(jī)房處合路，通過(guò)已有的饋纜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小區(qū)的信號(hào)覆蓋。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須在住宅小區(qū)的地面施工，在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)小區(qū)的TD-SCDMA信號(hào)覆蓋。

3.4　案例

以某小區(qū)覆蓋試點(diǎn)為例，介紹小區(qū)覆蓋的解決方案。該案例采用了小容量基帶池BBU+單通道RRU的模式進(jìn)行覆蓋，測(cè)試結(jié)果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在該案例中，采用燈桿狀天線，主要完成6層以下的信號(hào)覆蓋。設(shè)計(jì)中采用了“多天線，小功率”的設(shè)計(jì)思想，每棟建筑都可以視距看到分布天線，保證室內(nèi)覆蓋只經(jīng)過(guò)一次穿透損耗，如圖2、圖3所示。

圖2　設(shè)備分布示意圖

圖3　天線功率分布示意圖

4、總結(jié)

本文提到的綜合解決方案只是實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中各類特殊場(chǎng)景中的一部分，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中遇到的特殊場(chǎng)景是非常多樣的，但通過(guò)分析，都能找到一定的相通性，可以通過(guò)建立模型進(jìn)行仿真研究�？傊�，要打造精品TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，需要采取多種有效手段，提出最優(yōu)的綜合組網(wǎng)解決方案。