網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的高速鐵路論文

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1網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

高速鐵路有著特殊的移動(dòng)通信場(chǎng)景，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋的難度大大增加，主要具有以下5個(gè)特點(diǎn)：①運(yùn)行速度快，導(dǎo)致出現(xiàn)多普勒頻移現(xiàn)象。多普勒效應(yīng)是指接收到的信號(hào)的波長(zhǎng)因信號(hào)源和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變化。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，設(shè)備的移動(dòng)速度越快，多普勒頻移出現(xiàn)的次數(shù)越多，基站接收信號(hào)的性能也越差。②車體穿透損耗程度大，無(wú)線覆蓋能力較低。高速列車采用密閉式廂體設(shè)計(jì)，車體損耗較大，高鐵列車車廂的穿透損耗可達(dá)24dB，這對(duì)基站的發(fā)射功率和接受靈敏度提出了更高的要求。③切換頻繁。終端的高速移動(dòng)導(dǎo)致穿越切換區(qū)的時(shí)間變短，切換難度增大。當(dāng)穿越切換區(qū)的時(shí)間小于系統(tǒng)處理時(shí)間時(shí)，會(huì)因切換無(wú)法完成而導(dǎo)致掉話和脫網(wǎng)，進(jìn)而影響了用戶的通信服務(wù)體驗(yàn)。④線狀覆蓋區(qū)域。⑤多覆蓋場(chǎng)景。高鐵沿線場(chǎng)景復(fù)雜，高速鐵路組網(wǎng)技術(shù)需要滿足大多數(shù)場(chǎng)景的要求。

2組網(wǎng)和解決方案

2.1覆蓋分析

2.1.1專網(wǎng)覆蓋目前，高鐵2G和3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋均逐漸采用專網(wǎng)進(jìn)行，LTE對(duì)高速鐵路的覆蓋也建議采用專網(wǎng)組網(wǎng)的形式，通過(guò)設(shè)置參數(shù)和頻率，使專網(wǎng)與公網(wǎng)分離，從而在最大程度上滿足高鐵區(qū)域的覆蓋要求。專網(wǎng)沿線可采用鏈型鄰區(qū)設(shè)計(jì)，不與公網(wǎng)切換，以保證用戶在高速移動(dòng)時(shí)可切換和重選，從而提高通信質(zhì)量。

2.1.2站址選擇高速鐵路車體由金屬鋼板或高分子合成材料構(gòu)成，穿透損耗較大。為了降低車體穿透損耗，運(yùn)營(yíng)商在選擇建設(shè)基站時(shí)應(yīng)該盡量使基站靠近鐵路，建議基站與鐵路的垂直距離在50～200m之間。

2.1.3站間距選擇為了確保高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，F(xiàn)DD-LTE下行電平強(qiáng)度控制在－100dBm左右。經(jīng)綜合考慮，高鐵FDD-LTE站間距的選擇為：在F頻段、平均站高25m的情況下，非邊界小區(qū)站間距應(yīng)在1km左右為宜；邊界小區(qū)站點(diǎn)存在重疊覆蓋區(qū)，站間距在600m左右為宜。目前，2G和3G線網(wǎng)的站間距主要集中在500～1000m之間，可滿足FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)站間距建設(shè)的需求。在滿足覆蓋需求的情況下，可考慮共址建設(shè)，以減少工程投資。

2.1.4鏈路預(yù)算分析FDD-LTE（F頻段）的下行覆蓋無(wú)線鏈路后發(fā)現(xiàn)，鏈路預(yù)算必須滿足以下4個(gè)前提：①高鐵隧道覆蓋以其他覆蓋場(chǎng)景考慮，本文中暫不作討論。高鐵沿線通常位于城市郊區(qū)地帶，環(huán)境較為開闊，基站與列車呈直視徑傳輸，應(yīng)綜合考慮地形、地物等的影響，場(chǎng)景模型應(yīng)選用農(nóng)村模型。②F頻段車體穿透損耗設(shè)置為24dB。③天線配置。基站側(cè)采用2T4R、UE側(cè)采用1T2R；基站側(cè)天線增益為18dBi、UE側(cè)為0dBi。④功率配置。基站側(cè)RRU發(fā)射功率為43dBm（考慮雙模場(chǎng)景，預(yù)留20W功率給TD-SCDMA)、終端側(cè)功率為23dBm。下行覆蓋目標(biāo)（－105dBm）覆蓋的估算值如表2所示。

2.2多普勒頻移終端高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，從基站發(fā)向終端的信號(hào)和終端發(fā)向基站的信號(hào)均會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。在列車靠近基站時(shí)，波長(zhǎng)變短，頻率增大；列車遠(yuǎn)離基站時(shí)，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，頻率減小。頻偏大小與載波大小、運(yùn)動(dòng)速度成正比，而頻偏會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變，進(jìn)而影響接收質(zhì)量。當(dāng)頻偏到達(dá)一定程度時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)信號(hào)完全無(wú)法接收的情況。基于頻偏帶來(lái)的影響，目前，主流的解決辦法是通過(guò)一定的算法，快速測(cè)算因高速所帶來(lái)的頻率偏移，并進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，改善無(wú)線鏈路的穩(wěn)定性，從而明顯提高解調(diào)性能。

2.3小區(qū)合并技術(shù)小區(qū)合并技術(shù)是指將多個(gè)單通道RRU接入同一個(gè)BBU，并設(shè)置為同一邏輯。小區(qū)采用單通道小區(qū)合并技術(shù)后，可對(duì)上行鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，進(jìn)而提高了接收增益；對(duì)于下行鏈路，可在所選擇的天線上發(fā)送用戶下行數(shù)據(jù)，這更具有針對(duì)性，有效提高了用戶接收下行數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并降低了其余天線的負(fù)荷。對(duì)于高速鐵路覆蓋而言，小區(qū)合并的主要作用是延長(zhǎng)單小區(qū)的覆蓋范圍，從而極大地減少了切換次數(shù)。

2.4車載直放設(shè)備可在高鐵車廂內(nèi)部署FDD-LTE車載直放站設(shè)備和外置車載天線發(fā)射和接收信號(hào)。車載天線可選用高增益天線，以改善車載臺(tái)與基站之間的無(wú)線鏈路。機(jī)載臺(tái)將接收到的FDD-LTE信號(hào)解調(diào)、放大后，傳輸至部署在車廂內(nèi)的FDD-LTE室內(nèi)微基站或WiFi信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。這樣可避免車體帶來(lái)的巨大穿透損耗，保證車廂內(nèi)部信號(hào)的強(qiáng)度，改善無(wú)線通信環(huán)境，為車廂內(nèi)的用戶提供良好的無(wú)線通信環(huán)境，從而提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能。

3結(jié)束語(yǔ)

高鐵經(jīng)過(guò)幾次大幅度的提速后，列車的運(yùn)行速度越來(lái)越快，旅客也越來(lái)越多地選擇高鐵作為出行工具。因此，LTE高鐵專網(wǎng)建設(shè)也顯得越來(lái)也重要。本文中提出的LTE高鐵覆蓋方案，有利于高鐵場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，可幫助通信運(yùn)營(yíng)商打造優(yōu)質(zhì)的LTE高鐵覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

作者：林奕彬單位：廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司汕頭分公司