FDD LTE高铁覆盖解决方案

发布: 2012-10-30 23:51 | 作者: | 来源: 中兴通讯 | 字体: 小中大

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　　全球高铁发展共经历了三次浪潮，三个阶段分别投资建设高铁2974km、1972km、57712km（预测），第三次浪潮（90年代中期—现在）的规模超过前两次的总和。预计未来几年全球高铁投资总额将达到7769亿美元，其中信息设备583亿美元（占投资总额的7.5%左右）。信息化系统主要包括通信系统和信号系统，比例各占一半左右。中国市场投资额高达3209亿美元，占全球的41%。预计“十二五”期间，中国将可能投资建设2万公里高铁，将为信息化设备带来1500亿（225亿美元）的投资额。

　　高铁信息化系统建设一般滞后高铁项目启动两年左右，2012年—2015年全球将迎来高铁信息化设备投资的高峰期。

　　高铁覆盖面临的挑战

　　根据未来高铁的发展趋势和欧美国家目前运营状况，高铁覆盖方案应该能满足350km/h以上速度，最快达到450km/h的高速行驶要求。新型全封闭车厢对手机信号的衰耗在24dB之上。根据建成后的京津高铁GSM-R专用通信网推断，高铁覆盖方案在最短发车间隔（3分钟）状态下应该满足300名左右旅客的话务量需求，网络接通率超过95%，覆盖率为99.5%，掉话率不高于5%，切换成功率在90%以上。

　　高速列车场景的网络覆盖面临以下挑战。

　　车体穿透损耗大

　　高速列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗，中兴通讯对各种主要客运车型的损耗情况进行了详细测试，综合衰减值如表1所示。

　　多普勒频偏

　高速覆盖场景对FDD LTE系统性能影响最大的是多普勒效应。接收到的信号的波长因为信号源和接收机的相对运动而产生变化，称作多普勒效应。在移动通信系统中，特别是高速场景下，这种效应尤其明显。

　　高速影响性能

　　在UE（用户设备）高速场景下，对切换的性能会有较大的影响。为保证用户无缝移动性及QoS，最基本的要求就是用户通过切换区域的时间要大于切换的处理时间，否则切换流程无法完成，会造成用户的QoS下降甚至掉话。在高速场景下，由于UE驻留时间小于小区选择过程，还容易出现脱网、小区选择失败等网络问题。

　　公网和高铁覆盖专网相互影响

　　高铁覆盖作为FDD LTE公网覆盖的一部分，必须考虑高铁覆盖专网和公网之间的相互影响。专网和公网之间应避免形成空洞和过度重叠覆盖，特别要避免大网站点越过高铁轨道进行覆盖。要做好公网、专网间切换、重选等关系，确保相互之间的正常过渡。

　　FDD LTE高铁覆盖解决方案

　　针对高铁覆盖所面临的大频偏、频繁切换等技术难点，中兴通讯提供专业的LTE高铁覆盖方案。

　　自适应频偏校正算法

　　对于高速移动的用户，多普勒频偏往往非常大，基站接收机必须估计和发射机之间的频率误差并完成频率误差校正，否则将对链路性能造成很大影响。另外，基站接收机还需要应对频偏快速变化的问题，即保证能够迅速跟上频偏变化速度并进行有效的补偿。对于列车时速高达300km/h的场景而言，如果频偏跟踪速度太慢，会在频偏快速变化时产生巨大的估计误差，导致性能严重恶化。中兴通讯自主研发自适应频偏校正算法，能在基带层面实时检测出当前子帧频率偏移的相关信息，对频偏造成的基带信号相位偏移予以校正，提升基带性能解调。

　　单小区多RRU级联技术

　　从FDD LTE高铁覆盖特点来看，为保证小区间可靠切换，需增加小区的覆盖范围，减少小区切换次数。中兴通讯推出单小区多RRU级联方案，此方案基于中兴通讯首创的SDR平台，设备体积小、重量轻，功耗低，环境适应能力强，使运营商高铁覆盖网络部署变得简单易行。中兴通讯应用BBU+RRU技术，可以将多个RRU组网，利用基带合并技术组合到一个小区内。当属于同一逻辑小区的多个RRU覆盖区域部分重叠连环相连之后，构成一个狭长地带的高信号强度的适合铁路沿线的小区覆盖方案，有利于增加覆盖信号强度。图1所示。

　　图1 多RRU级联技术

　　公网和专网的切换原则

　　要重点考虑公网和专网的切换原则和对应关系，保证公网用户顺利切入高铁专网，并保证离开站台时，避免发生乒乓位置更新。铁路覆盖专网专用，在站点和候车室设置专网与公网过渡的隔离，相互设置邻区，同时列车进行中专网小区和公网小区不设置为邻区，用户不允许切换到公网，公网用户也不能占用专网资源。

　　密集城区高速覆盖

　　高铁经过密集城区时，由于站点间距较小，切换带也较小，而且密集城区没有明显的视距环境，多普勒效应明显，对性能影响严重，导致解调SNR降级严重；同时对城区多径衰落的影响比较明显，容易出现向目标小区切换后回切，造成频繁掉话。针对密集城区的高铁覆盖，可以在传统三小区的基础上，新增一个小区（第4小区）用于高铁覆盖，如图2所示。