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，三個階段分別投資建設(shè)高鐵2974km、1972km、57712km（預(yù)測），第三次浪潮（90年代中期—現(xiàn)在）的規(guī)模超過前兩次的總和。預(yù)計未來幾年全球高鐵投資總額將達到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)和信號系統(tǒng)，比例各占一半左右。中國市場投資額高達3209億美元，占全球的41%。預(yù)計“十二五”期間，中國將可能投資建設(shè)2萬公里高鐵，將為信息化設(shè)備帶來1500億（225億美元）的投資額。

　　高鐵信息化系統(tǒng)建設(shè)一般滯后高鐵項目啟動兩年左右，2012年—2015年全球?qū)⒂瓉砀哞F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)未來高鐵的發(fā)展趨勢和歐美國家目前運營狀況，高鐵覆蓋方案應(yīng)該能滿足350km/h以上速度，最快達到450km/h的高速行駛要求。新型全封閉車廂對手機信號的衰耗在24dB之上。根據(jù)建成后的京津高鐵GSM-R專用通信網(wǎng)推斷，高鐵覆蓋方案在最短發(fā)車間隔（3分鐘）狀態(tài)下應(yīng)該滿足300名左右旅客的話務(wù)量需求，網(wǎng)絡(luò)接通率超過95%，覆蓋率為99.5%，掉話率不高于5%，切換成功率在90%以上。

　　高速列車場景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面臨以下挑戰(zhàn)。

　　車體穿透損耗大

　　高速列車采用密閉式廂體設(shè)計，增大了車體損耗。各種類型的CRH列車具有不同的穿透損耗，中興通訊對各種主要客運車型的損耗情況進行了詳細測試，綜合衰減值如表1所示。

　　多普勒頻偏

　  高速覆蓋場景對FDD LTE系統(tǒng)性能影響最大的是多普勒效應(yīng)。接收到的信號的波長因為信號源和接收機的相對運動而產(chǎn)生變化，稱作多普勒效應(yīng)。在移動通信系統(tǒng)中，特別是高速場景下，這種效應(yīng)尤其明顯。

　　高速影響性能

　　  在UE（用戶設(shè)備）高速場景下，對切換的性能會有較大的影響。為保證用戶無縫移動性及QoS，最基本的要求就是用戶通過切換區(qū)域的時間要大于切換的處理時間，否則切換流程無法完成，會造成用戶的QoS下降甚至掉話。在高速場景下，由于UE駐留時間小于小區(qū)選擇過程，還容易出現(xiàn)脫網(wǎng)、小區(qū)選擇失敗等網(wǎng)絡(luò)問題。

　　公網(wǎng)和高鐵覆蓋專網(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網(wǎng)和公網(wǎng)之間的相互影響。專網(wǎng)和公網(wǎng)之間應(yīng)避免形成空洞和過度重疊覆蓋，特別要避免大網(wǎng)站點越過高鐵軌道進行覆蓋。要做好公網(wǎng)、專網(wǎng)間切換、重選等關(guān)系，確保相互之間的正常過渡。

　　FDD LTE高鐵覆蓋解決方案

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

　　自適應(yīng)頻偏校正算法

　　對于高速移動的用戶，多普勒頻偏往往非常大，基站接收機必須估計和發(fā)射機之間的頻率誤差并完成頻率誤差校正，否則將對鏈路性能造成很大影響。另外，基站接收機還需要應(yīng)對頻偏快速變化的問題，即保證能夠迅速跟上頻偏變化速度并進行有效的補償。對于列車時速高達300km/h的場景而言，如果頻偏跟蹤速度太慢，會在頻偏快速變化時產(chǎn)生巨大的估計誤差，導(dǎo)致性能嚴重惡化。中興通訊自主研發(fā)自適應(yīng)頻偏校正算法，能在基帶層面實時檢測出當前子幀頻率偏移的相關(guān)信息，對頻偏造成的基帶信號相位偏移予以校正，提升基帶性能解調(diào)。

　　單小區(qū)多RRU級聯(lián)技術(shù)

　　從FDD LTE高鐵覆蓋特點來看，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級聯(lián)方案，此方案基于中興通訊首創(chuàng)的SDR平臺，設(shè)備體積小、重量輕，功耗低，環(huán)境適應(yīng)能力強，使運營商高鐵覆蓋網(wǎng)絡(luò)部署變得簡單易行。中興通訊應(yīng)用BBU+RRU技術(shù)，可以將多個RRU組網(wǎng)，利用基帶合并技術(shù)組合到一個小區(qū)內(nèi)。當屬于同一邏輯小區(qū)的多個RRU覆蓋區(qū)域部分重疊連環(huán)相連之后，構(gòu)成一個狹長地帶的高信號強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強度。圖1所示。

　　圖1 多RRU級聯(lián)技術(shù)

　　公網(wǎng)和專網(wǎng)的切換原則

　　 要重點考慮公網(wǎng)和專網(wǎng)的切換原則和對應(yīng)關(guān)系，保證公網(wǎng)用戶順利切入高鐵專網(wǎng)，并保證離開站臺時，避免發(fā)生乒乓位置更新。鐵路覆蓋專網(wǎng)專用，在站點和候車室設(shè)置專網(wǎng)與公網(wǎng)過渡的隔離，相互設(shè)置鄰區(qū)，同時列車進行中專網(wǎng)小區(qū)和公網(wǎng)小區(qū)不設(shè)置為鄰區(qū)，用戶不允許切換到公網(wǎng)，公網(wǎng)用戶也不能占用專網(wǎng)資源。

　　密集城區(qū)高速覆蓋

　　高鐵經(jīng)過密集城區(qū)時，由于站點間距較小，切換帶也較小，而且密集城區(qū)沒有明顯的視距環(huán)境，多普勒效應(yīng)明顯，對性能影響嚴重，導(dǎo)致解調(diào)SNR降級嚴重；同時對城區(qū)多徑衰落的影響比較明顯，容易出現(xiàn)向目標小區(qū)切換后回切，造成頻繁掉話。針對密集城區(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

　　對于高速鐵路第4小區(qū)，硬件上要求每小區(qū)要覆蓋兩個方向，這樣可以減少高速列車的小區(qū)切換和重選次數(shù)，不影響原有話務(wù)吸收，容量優(yōu)化簡單，形成簡潔的小區(qū)重選和切換關(guān)系，實現(xiàn)鐵路的專門覆蓋。

　　隨著高鐵投資高峰時期的到來，中興通訊FDD LTE專家團隊致力于高鐵覆蓋方案的研究。這個團隊經(jīng)過近3年的歷練，精通技術(shù)原理，實戰(zhàn)經(jīng)驗豐富。他們已蓄勢待發(fā)，將助力運營商馳騁高鐵時代。