高鐵WCDMA多RRU級聯(lián)組網出現(xiàn)的問題及解決方式建議

雷鳴+林善亮+劉永芳

【摘 要】

高鐵WCDMA多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網雖然能夠減少小區(qū)切換，但是由于多普勒效應，UE會收到兩個不同頻率的共小區(qū)信號，解調功能受到嚴重的影響，從而導致掉話，同時吞吐率急劇下降，這種現(xiàn)象在某些非高通芯片的WCDMA手機中特別明顯?；诖?，重點對多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理以及出現(xiàn)的掉話問題進行分析，并提出了解決方式建議。

【關鍵詞】

WCDMA 多RRU級聯(lián) 正負頻偏

1 高鐵多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網出現(xiàn)的

問題

目前高鐵移動通信主要采用專網組網，主流廠家的WCDMA Node B主設備一般能支持多RRU級聯(lián)共小區(qū)的組網方式，即兩個RRU共小區(qū)以減少切換。但若在高速鐵路上采用該組網方式，列車快速移動會產生多普勒頻移和多徑衰落。當UE收到兩個不同的頻率（正負頻偏達到500Hz），且這兩個頻率分別屬于共小區(qū)的兩個RRU時，某些非高通芯片的UE解調功能將受到嚴重的影響，導致掉話，同時吞吐率急劇下降。如圖1所示：

經分析，當列車運行速度為250km/h時，WCDMA系統(tǒng)產生的最大頻偏達到了近500Hz，WCDMA基站采用相干解調的檢測方式，接收端的本地解調載波必須與接收信號的載波同頻同相，載波頻率的抖動對接收機的解調性能無疑會產生影響。

2 多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理

共小區(qū)的每個RRU采用獨立解調的方式，利用基帶合并技術把多個RRU接收到的天線信號合并到1個小區(qū)，此時對RNC來說看到的是1個小區(qū)，但下行一路信號復制到多個RRU同時輸出。從切換性能看，不同RRU覆蓋區(qū)的切換在Node B內部完成，無需RNC參與，相對于非多RRU共小區(qū)方式來說，小區(qū)數目減少從而減少了小區(qū)間切換次數。從覆蓋靈活性上看，多個RRU的覆蓋區(qū)可以靈活組合成線狀覆蓋區(qū)，能用較少的小區(qū)數目滿足交通線路的覆蓋需求。每個RRU有單獨的天線覆蓋不同扇區(qū)，多個RRU屬于一個小區(qū)，具有相同的擾碼。由于使用了基帶合并技術，多RRU的信號合并不會引入信號底噪抬升，不影響上行接收靈敏度。

上行數據如圖2所示。

每個RRU上的上行數據通過接口Interface FPGA分別送到基帶處理單元“UL BB Processing”進行獨立解調，解調過程最后一個環(huán)節(jié)就是在基帶處理單元中采用RAKE方式進行多路數據的合并，合并之后的數據可被后續(xù)過程進行譯碼。合并后的數據在后續(xù)過程和單RRU小區(qū)處理方式無區(qū)別。

下行數據如圖3所示。

下行基帶（DL BB）仍然只輸出1個小區(qū)信號，但接口FPGA會把一路信號復制成多份發(fā)送到這個小區(qū)的下行數據所指定的每個RRU上。

3 多RRU級聯(lián)共小區(qū)掉話分析

當終端出現(xiàn)在如圖4所示的兩個共小區(qū)的RRU之間時，會出現(xiàn)所謂的“正負頻偏”問題。

下行方向上，UE遠離一個RRU時會產生一個-fd的頻偏，相對另一個RRU會產生+fd的頻偏，兩個共小區(qū)的RRU的信號對終端來說形成一正一負兩種頻偏，并且由于擾碼相同，終端可能會將兩個RRU的信號視為同一信號的不同徑合在一起進行糾偏。當終端移動到兩個RRU的中間點附近，兩個RRU的下行信號強度足夠接近時，終端對下行信號的糾偏結果會接近于0，這樣對任何一個RRU的下行信號來說，終端糾偏結果都是有誤差的。當速度足夠高，這個誤差足夠大時，有可能導致掉話。

在上行方向，產品實現(xiàn)上也是將共小區(qū)的兩個RRU收到的上行信號視為兩條徑加以合并，然后進行糾偏。類似對下行方向的分析，當徑能量足夠接近時，上行方向上的糾偏結果會接近0，對于真實頻偏為一正一負的兩條徑來說，存在較大誤差，可能導致解調性能的下降。

為了對抗高速情形下的多普勒效應，主流廠家基站接收機采用AFC，即自動頻率控制進行頻率糾偏。但是像這種級聯(lián)問題引起的頻偏，對某些非高通芯片的終端效果不明顯。

4 多RRU級聯(lián)共小區(qū)解

決方式建議

獨立解調多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網方案在高速場景有著重要的應用價值，能夠減少小區(qū)切換并相應地改善切換相關的掉話現(xiàn)象和數據業(yè)務速率掉底現(xiàn)象。但在獲得性能增益的同時，也增加了擁塞的風險和多普勒頻移相關的掉話風險。

根據上文的分析，當列車運行速度超過250km/h時，考慮某些非高通芯片的手機掉話及吞吐率急劇下降問題，建議解決方式如下：

（1）采用雙RRU背靠背共小區(qū)組網：即雙RRU（0.5+0.5）共小區(qū)方案，RRU分別覆蓋兩個方向，避免出現(xiàn)“正負頻偏”現(xiàn)象，提高切換成功率。如圖5所示。

（2）采用單RRU功分覆蓋：在站間距較?。ū热缋矛F(xiàn)網站址，受地形和站址獲取限制），覆蓋可以滿足的情況下，根據情況適當采用單RRU功分方式，也可以避免出現(xiàn)“正負頻偏”現(xiàn)象。如圖6所示。

5 結束語

本文首先介紹了高鐵多RRU級聯(lián)共小區(qū)情況下，某些非高通芯片的WCDMA手機終端出現(xiàn)掉話、吞吐率下降的問題；然后對多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理及出現(xiàn)的問題進行分析；最后提出了問題的解決建議，希望對將來的高鐵組網具有參考借鑒作用。

參考文獻：

[1] Harri Holma， Antti Toskala. WCDMA技術與系統(tǒng)設計：第三代移動通信系統(tǒng)的無線接入[M]. 3版. 陳澤強，周華，付景興，等譯. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2005.

[2] 蘇華鴻. 高鐵移動通信的特殊性討論[J]. 郵電設計技術， 2010（6）： 1-4.

[3] 蘇華鴻. 移動通信多普勒頻移與高鐵覆蓋技術[J]. 郵電設計技術， 2009（12）： 1-4.

[4] 中國聯(lián)通集團公司. WCDMA無線網絡規(guī)劃[Z]. 2012.

[5] 華為技術有限公司. UMTS性能R14高速覆蓋性能解決方案[Z]. 2012.

作者簡介

雷鳴：工程師，學士畢業(yè)于湖南大學，現(xiàn)任中國聯(lián)合網絡通信有限公司長沙市分公司網絡建設部副總經理，負責網絡建設及優(yōu)化的管理工作。

林善亮：工程師，學士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任職于北京中網華通設計咨詢有限公司，從事WCDMA網絡的規(guī)劃設計工作。

劉永芳：學士畢業(yè)于西安電子科技大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于北京中網華通設計咨詢有限公司，負責湖南GSM/WCDMA的傳輸網絡規(guī)劃設計工作。

【摘 要】

高鐵WCDMA多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網雖然能夠減少小區(qū)切換，但是由于多普勒效應，UE會收到兩個不同頻率的共小區(qū)信號，解調功能受到嚴重的影響，從而導致掉話，同時吞吐率急劇下降，這種現(xiàn)象在某些非高通芯片的WCDMA手機中特別明顯?；诖?，重點對多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理以及出現(xiàn)的掉話問題進行分析，并提出了解決方式建議。

【關鍵詞】

WCDMA 多RRU級聯(lián) 正負頻偏

1 高鐵多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網出現(xiàn)的

問題

目前高鐵移動通信主要采用專網組網，主流廠家的WCDMA Node B主設備一般能支持多RRU級聯(lián)共小區(qū)的組網方式，即兩個RRU共小區(qū)以減少切換。但若在高速鐵路上采用該組網方式，列車快速移動會產生多普勒頻移和多徑衰落。當UE收到兩個不同的頻率（正負頻偏達到500Hz），且這兩個頻率分別屬于共小區(qū)的兩個RRU時，某些非高通芯片的UE解調功能將受到嚴重的影響，導致掉話，同時吞吐率急劇下降。如圖1所示：

經分析，當列車運行速度為250km/h時，WCDMA系統(tǒng)產生的最大頻偏達到了近500Hz，WCDMA基站采用相干解調的檢測方式，接收端的本地解調載波必須與接收信號的載波同頻同相，載波頻率的抖動對接收機的解調性能無疑會產生影響。

2 多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理

共小區(qū)的每個RRU采用獨立解調的方式，利用基帶合并技術把多個RRU接收到的天線信號合并到1個小區(qū)，此時對RNC來說看到的是1個小區(qū)，但下行一路信號復制到多個RRU同時輸出。從切換性能看，不同RRU覆蓋區(qū)的切換在Node B內部完成，無需RNC參與，相對于非多RRU共小區(qū)方式來說，小區(qū)數目減少從而減少了小區(qū)間切換次數。從覆蓋靈活性上看，多個RRU的覆蓋區(qū)可以靈活組合成線狀覆蓋區(qū)，能用較少的小區(qū)數目滿足交通線路的覆蓋需求。每個RRU有單獨的天線覆蓋不同扇區(qū)，多個RRU屬于一個小區(qū)，具有相同的擾碼。由于使用了基帶合并技術，多RRU的信號合并不會引入信號底噪抬升，不影響上行接收靈敏度。

上行數據如圖2所示。

每個RRU上的上行數據通過接口Interface FPGA分別送到基帶處理單元“UL BB Processing”進行獨立解調，解調過程最后一個環(huán)節(jié)就是在基帶處理單元中采用RAKE方式進行多路數據的合并，合并之后的數據可被后續(xù)過程進行譯碼。合并后的數據在后續(xù)過程和單RRU小區(qū)處理方式無區(qū)別。

下行數據如圖3所示。

下行基帶（DL BB）仍然只輸出1個小區(qū)信號，但接口FPGA會把一路信號復制成多份發(fā)送到這個小區(qū)的下行數據所指定的每個RRU上。

3 多RRU級聯(lián)共小區(qū)掉話分析

當終端出現(xiàn)在如圖4所示的兩個共小區(qū)的RRU之間時，會出現(xiàn)所謂的“正負頻偏”問題。

下行方向上，UE遠離一個RRU時會產生一個-fd的頻偏，相對另一個RRU會產生+fd的頻偏，兩個共小區(qū)的RRU的信號對終端來說形成一正一負兩種頻偏，并且由于擾碼相同，終端可能會將兩個RRU的信號視為同一信號的不同徑合在一起進行糾偏。當終端移動到兩個RRU的中間點附近，兩個RRU的下行信號強度足夠接近時，終端對下行信號的糾偏結果會接近于0，這樣對任何一個RRU的下行信號來說，終端糾偏結果都是有誤差的。當速度足夠高，這個誤差足夠大時，有可能導致掉話。

在上行方向，產品實現(xiàn)上也是將共小區(qū)的兩個RRU收到的上行信號視為兩條徑加以合并，然后進行糾偏。類似對下行方向的分析，當徑能量足夠接近時，上行方向上的糾偏結果會接近0，對于真實頻偏為一正一負的兩條徑來說，存在較大誤差，可能導致解調性能的下降。

為了對抗高速情形下的多普勒效應，主流廠家基站接收機采用AFC，即自動頻率控制進行頻率糾偏。但是像這種級聯(lián)問題引起的頻偏，對某些非高通芯片的終端效果不明顯。

4 多RRU級聯(lián)共小區(qū)解

決方式建議

獨立解調多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網方案在高速場景有著重要的應用價值，能夠減少小區(qū)切換并相應地改善切換相關的掉話現(xiàn)象和數據業(yè)務速率掉底現(xiàn)象。但在獲得性能增益的同時，也增加了擁塞的風險和多普勒頻移相關的掉話風險。

根據上文的分析，當列車運行速度超過250km/h時，考慮某些非高通芯片的手機掉話及吞吐率急劇下降問題，建議解決方式如下：

（1）采用雙RRU背靠背共小區(qū)組網：即雙RRU（0.5+0.5）共小區(qū)方案，RRU分別覆蓋兩個方向，避免出現(xiàn)“正負頻偏”現(xiàn)象，提高切換成功率。如圖5所示。

（2）采用單RRU功分覆蓋：在站間距較小（比如利用現(xiàn)網站址，受地形和站址獲取限制），覆蓋可以滿足的情況下，根據情況適當采用單RRU功分方式，也可以避免出現(xiàn)“正負頻偏”現(xiàn)象。如圖6所示。

5 結束語

本文首先介紹了高鐵多RRU級聯(lián)共小區(qū)情況下，某些非高通芯片的WCDMA手機終端出現(xiàn)掉話、吞吐率下降的問題；然后對多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理及出現(xiàn)的問題進行分析；最后提出了問題的解決建議，希望對將來的高鐵組網具有參考借鑒作用。

參考文獻：

[1] Harri Holma， Antti Toskala. WCDMA技術與系統(tǒng)設計：第三代移動通信系統(tǒng)的無線接入[M]. 3版. 陳澤強，周華，付景興，等譯. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2005.

[2] 蘇華鴻. 高鐵移動通信的特殊性討論[J]. 郵電設計技術， 2010（6）： 1-4.

[3] 蘇華鴻. 移動通信多普勒頻移與高鐵覆蓋技術[J]. 郵電設計技術， 2009（12）： 1-4.

[4] 中國聯(lián)通集團公司. WCDMA無線網絡規(guī)劃[Z]. 2012.

[5] 華為技術有限公司. UMTS性能R14高速覆蓋性能解決方案[Z]. 2012.

作者簡介

雷鳴：工程師，學士畢業(yè)于湖南大學，現(xiàn)任中國聯(lián)合網絡通信有限公司長沙市分公司網絡建設部副總經理，負責網絡建設及優(yōu)化的管理工作。

林善亮：工程師，學士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任職于北京中網華通設計咨詢有限公司，從事WCDMA網絡的規(guī)劃設計工作。

劉永芳：學士畢業(yè)于西安電子科技大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于北京中網華通設計咨詢有限公司，負責湖南GSM/WCDMA的傳輸網絡規(guī)劃設計工作。

【摘 要】

高鐵WCDMA多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網雖然能夠減少小區(qū)切換，但是由于多普勒效應，UE會收到兩個不同頻率的共小區(qū)信號，解調功能受到嚴重的影響，從而導致掉話，同時吞吐率急劇下降，這種現(xiàn)象在某些非高通芯片的WCDMA手機中特別明顯?；诖?，重點對多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理以及出現(xiàn)的掉話問題進行分析，并提出了解決方式建議。

【關鍵詞】

WCDMA 多RRU級聯(lián) 正負頻偏

1 高鐵多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網出現(xiàn)的

問題

目前高鐵移動通信主要采用專網組網，主流廠家的WCDMA Node B主設備一般能支持多RRU級聯(lián)共小區(qū)的組網方式，即兩個RRU共小區(qū)以減少切換。但若在高速鐵路上采用該組網方式，列車快速移動會產生多普勒頻移和多徑衰落。當UE收到兩個不同的頻率（正負頻偏達到500Hz），且這兩個頻率分別屬于共小區(qū)的兩個RRU時，某些非高通芯片的UE解調功能將受到嚴重的影響，導致掉話，同時吞吐率急劇下降。如圖1所示：

經分析，當列車運行速度為250km/h時，WCDMA系統(tǒng)產生的最大頻偏達到了近500Hz，WCDMA基站采用相干解調的檢測方式，接收端的本地解調載波必須與接收信號的載波同頻同相，載波頻率的抖動對接收機的解調性能無疑會產生影響。

2 多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理

共小區(qū)的每個RRU采用獨立解調的方式，利用基帶合并技術把多個RRU接收到的天線信號合并到1個小區(qū)，此時對RNC來說看到的是1個小區(qū)，但下行一路信號復制到多個RRU同時輸出。從切換性能看，不同RRU覆蓋區(qū)的切換在Node B內部完成，無需RNC參與，相對于非多RRU共小區(qū)方式來說，小區(qū)數目減少從而減少了小區(qū)間切換次數。從覆蓋靈活性上看，多個RRU的覆蓋區(qū)可以靈活組合成線狀覆蓋區(qū)，能用較少的小區(qū)數目滿足交通線路的覆蓋需求。每個RRU有單獨的天線覆蓋不同扇區(qū)，多個RRU屬于一個小區(qū)，具有相同的擾碼。由于使用了基帶合并技術，多RRU的信號合并不會引入信號底噪抬升，不影響上行接收靈敏度。

上行數據如圖2所示。

每個RRU上的上行數據通過接口Interface FPGA分別送到基帶處理單元“UL BB Processing”進行獨立解調，解調過程最后一個環(huán)節(jié)就是在基帶處理單元中采用RAKE方式進行多路數據的合并，合并之后的數據可被后續(xù)過程進行譯碼。合并后的數據在后續(xù)過程和單RRU小區(qū)處理方式無區(qū)別。

下行數據如圖3所示。

下行基帶（DL BB）仍然只輸出1個小區(qū)信號，但接口FPGA會把一路信號復制成多份發(fā)送到這個小區(qū)的下行數據所指定的每個RRU上。

3 多RRU級聯(lián)共小區(qū)掉話分析

當終端出現(xiàn)在如圖4所示的兩個共小區(qū)的RRU之間時，會出現(xiàn)所謂的“正負頻偏”問題。

下行方向上，UE遠離一個RRU時會產生一個-fd的頻偏，相對另一個RRU會產生+fd的頻偏，兩個共小區(qū)的RRU的信號對終端來說形成一正一負兩種頻偏，并且由于擾碼相同，終端可能會將兩個RRU的信號視為同一信號的不同徑合在一起進行糾偏。當終端移動到兩個RRU的中間點附近，兩個RRU的下行信號強度足夠接近時，終端對下行信號的糾偏結果會接近于0，這樣對任何一個RRU的下行信號來說，終端糾偏結果都是有誤差的。當速度足夠高，這個誤差足夠大時，有可能導致掉話。

在上行方向，產品實現(xiàn)上也是將共小區(qū)的兩個RRU收到的上行信號視為兩條徑加以合并，然后進行糾偏。類似對下行方向的分析，當徑能量足夠接近時，上行方向上的糾偏結果會接近0，對于真實頻偏為一正一負的兩條徑來說，存在較大誤差，可能導致解調性能的下降。

為了對抗高速情形下的多普勒效應，主流廠家基站接收機采用AFC，即自動頻率控制進行頻率糾偏。但是像這種級聯(lián)問題引起的頻偏，對某些非高通芯片的終端效果不明顯。

4 多RRU級聯(lián)共小區(qū)解

決方式建議

獨立解調多RRU級聯(lián)共小區(qū)組網方案在高速場景有著重要的應用價值，能夠減少小區(qū)切換并相應地改善切換相關的掉話現(xiàn)象和數據業(yè)務速率掉底現(xiàn)象。但在獲得性能增益的同時，也增加了擁塞的風險和多普勒頻移相關的掉話風險。

根據上文的分析，當列車運行速度超過250km/h時，考慮某些非高通芯片的手機掉話及吞吐率急劇下降問題，建議解決方式如下：

（1）采用雙RRU背靠背共小區(qū)組網：即雙RRU（0.5+0.5）共小區(qū)方案，RRU分別覆蓋兩個方向，避免出現(xiàn)“正負頻偏”現(xiàn)象，提高切換成功率。如圖5所示。

（2）采用單RRU功分覆蓋：在站間距較?。ū热缋矛F(xiàn)網站址，受地形和站址獲取限制），覆蓋可以滿足的情況下，根據情況適當采用單RRU功分方式，也可以避免出現(xiàn)“正負頻偏”現(xiàn)象。如圖6所示。

5 結束語

本文首先介紹了高鐵多RRU級聯(lián)共小區(qū)情況下，某些非高通芯片的WCDMA手機終端出現(xiàn)掉話、吞吐率下降的問題；然后對多RRU級聯(lián)共小區(qū)的原理及出現(xiàn)的問題進行分析；最后提出了問題的解決建議，希望對將來的高鐵組網具有參考借鑒作用。

參考文獻：

[1] Harri Holma， Antti Toskala. WCDMA技術與系統(tǒng)設計：第三代移動通信系統(tǒng)的無線接入[M]. 3版. 陳澤強，周華，付景興，等譯. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2005.

[2] 蘇華鴻. 高鐵移動通信的特殊性討論[J]. 郵電設計技術， 2010（6）： 1-4.

[3] 蘇華鴻. 移動通信多普勒頻移與高鐵覆蓋技術[J]. 郵電設計技術， 2009（12）： 1-4.

[4] 中國聯(lián)通集團公司. WCDMA無線網絡規(guī)劃[Z]. 2012.

[5] 華為技術有限公司. UMTS性能R14高速覆蓋性能解決方案[Z]. 2012.

作者簡介

雷鳴：工程師，學士畢業(yè)于湖南大學，現(xiàn)任中國聯(lián)合網絡通信有限公司長沙市分公司網絡建設部副總經理，負責網絡建設及優(yōu)化的管理工作。

林善亮：工程師，學士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任職于北京中網華通設計咨詢有限公司，從事WCDMA網絡的規(guī)劃設計工作。

劉永芳：學士畢業(yè)于西安電子科技大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于北京中網華通設計咨詢有限公司，負責湖南GSM/WCDMA的傳輸網絡規(guī)劃設計工作。