基于分布式基站覆蓋高鐵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案

吳曉東

摘 要

列車(chē)在高速運(yùn)行中通信網(wǎng)絡(luò)也會(huì)受到速度的影響而出現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量下降的問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題，高鐵移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)就必須進(jìn)行改進(jìn)，下面就從分布式基站覆蓋技術(shù)入手進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】高鐵通訊 需求分析 克服問(wèn)題 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

高鐵建設(shè)引發(fā)了相關(guān)技術(shù)的全面升級(jí)，其中關(guān)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問(wèn)題尤為復(fù)雜，高鐵列車(chē)的先進(jìn)技術(shù)帶了的是信號(hào)消耗大，區(qū)域切換頻率高，且重疊區(qū)域小、多普勒效應(yīng)較強(qiáng)等等問(wèn)題，因此網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果和效率問(wèn)題就成服務(wù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的難題，下面就從分布式基站覆蓋的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案入手進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的分析。

1 高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋所需要解決問(wèn)題

1.1 高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋的硬性需求

雖然經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人們對(duì)出行的需求量成幾何數(shù)字增長(zhǎng)，在不斷提高鐵路運(yùn)行速度的同時(shí)，高鐵技術(shù)得到了推廣和應(yīng)用，近些年我國(guó)的進(jìn)行了大規(guī)模的鐵路提速以及高鐵建設(shè)，從原有的幾千公里歷程達(dá)到近萬(wàn)公里的歷程，這個(gè)數(shù)字還在不斷的增長(zhǎng)。未來(lái)我國(guó)的高速鐵路建設(shè)還將呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的模式，而隨著旅客數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量要求也隨之提高，各種通信業(yè)務(wù)需求不斷被提出，而網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問(wèn)題就成為幫助高鐵提高服務(wù)質(zhì)量的重要技術(shù)措施，所以良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋不僅僅是對(duì)通信公司的要求，也是高鐵發(fā)展的需求。

1.2 覆蓋中技術(shù)難題

高鐵車(chē)輛運(yùn)行的速度快，且車(chē)體材料特殊，運(yùn)行的路線長(zhǎng)，地域跨度大，因此網(wǎng)絡(luò)覆蓋對(duì)于高鐵而言是一個(gè)較為特殊的場(chǎng)景，其和以往的鐵路以及區(qū)域覆蓋技術(shù)都不盡相同。具體難題如下：

1.2.1 成本高但是收益不明顯

高鐵跨越的區(qū)域較大，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋投資成本較大，但是相對(duì)的收益回收成果卻不是十分明顯，因此在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案選擇中必須考慮性價(jià)比的因素。而現(xiàn)實(shí)因素是，高鐵的運(yùn)行車(chē)速較快，通常在300公里左右，且運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)雙向?qū)﹂_(kāi)，所以在一定的距離內(nèi)要滿足對(duì)開(kāi)列車(chē)的覆蓋就需要更多的基站來(lái)完成，如果要控制基站的數(shù)量就必須提高單個(gè)基站的設(shè)備覆蓋能力，但是矛盾是列車(chē)運(yùn)行的范圍較大歷程較長(zhǎng)，所以多個(gè)基站在工作中實(shí)際分配的工作量并不多，所以基站數(shù)量較多是高鐵覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要特征。同時(shí)考慮到高鐵自身的車(chē)體因素，運(yùn)行因素，基站數(shù)量必須滿足基礎(chǔ)數(shù)量，所以相對(duì)而言就提高了覆蓋成本，而且經(jīng)濟(jì)效益不高。所以在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中通常會(huì)考慮利用現(xiàn)有資源進(jìn)行共享和拓展，以此控制成本，同時(shí)盡量多的采用公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

1.2.2 多普勒效應(yīng)的影響

首先，高鐵運(yùn)行的速度高，因此相對(duì)的信號(hào)衰弱也就快，其變化與運(yùn)行的速度有較大的關(guān)系，同時(shí)工作頻率也會(huì)有所影響。如2.1GHz的頻率而言，如果列車(chē)的運(yùn)行速度為300公路，其衰減的速度將達(dá)到近千赫茲，而變化幅度也較大。如果運(yùn)行速度超過(guò)一定的速度時(shí)，移動(dòng)通信的快速功率將出現(xiàn)失效的情況，列車(chē)靠近或者遠(yuǎn)離基站的時(shí)候，還會(huì)受到各種干擾的影響，因此會(huì)降低有效的覆蓋。其次。多普勒頻移效果也是一個(gè)重要的影響因素，以WCDMA為例，接收機(jī)在檢波時(shí)選擇相干解調(diào)，解調(diào)的過(guò)程中載波和接收的信號(hào)相位相同，多普勒頻移則會(huì)對(duì)接收機(jī)的調(diào)制解調(diào)性能產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量的下降。目前可以采用提高設(shè)計(jì)指標(biāo)以及覆蓋電平等技術(shù)措施加以克服，也可采用正對(duì)性的補(bǔ)償措施來(lái)減弱多普勒頻移的影響。第三，區(qū)域性改變頻發(fā)引發(fā)切換和重選問(wèn)題。高鐵運(yùn)行速度較快，而基站覆蓋的區(qū)域有限，如果按照兩公里的覆蓋范圍計(jì)算，其在幾十秒內(nèi)就出現(xiàn)了區(qū)域切換，從而導(dǎo)致區(qū)域重選。如果一個(gè)簡(jiǎn)單的電話為六十秒，期間就會(huì)出現(xiàn)至少兩次的區(qū)域切換和重置。而切換和重置往往會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的起伏改變，從而降低功率覆蓋效果、當(dāng)然利用擴(kuò)大基站覆蓋范圍的方式可以降低切換頻率，也可增加覆蓋區(qū)域的重合面積等方式進(jìn)行克服，以此提高覆蓋區(qū)域切換的問(wèn)題。

最后就是高鐵車(chē)體對(duì)信號(hào)的消耗較大。因?yàn)楦哞F車(chē)輛是相對(duì)密閉的，所以其信號(hào)穿透的效果相對(duì)較差，測(cè)量顯示車(chē)內(nèi)和車(chē)外的信號(hào)差甚至可以高達(dá)1000倍，所以車(chē)輛運(yùn)行中車(chē)內(nèi)的信號(hào)就很難保證理想。當(dāng)然現(xiàn)在的技術(shù)措施是擴(kuò)大基站的覆蓋范圍，使其持續(xù)發(fā)出強(qiáng)信號(hào)對(duì)高鐵車(chē)輛進(jìn)行覆蓋。也可采用車(chē)載直放站的方式來(lái)增加信號(hào)強(qiáng)度。通過(guò)車(chē)輛向內(nèi)部的信號(hào)接收裝置來(lái)提高信號(hào)覆蓋，但是技術(shù)措施還不夠成熟。

2 基于分布式基站覆蓋方案的技術(shù)分析

分布式的基站覆蓋方式從本質(zhì)上看就是利用分布式基站網(wǎng)絡(luò)，采用BBU和RRU技術(shù)來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果，利用多個(gè)RRU小區(qū)技術(shù)、自動(dòng)頻率校正等技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高鐵移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。是一種綜合形式的技術(shù)方案。對(duì)高鐵沿線而言實(shí)現(xiàn)的是一種專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

基本原理就是多個(gè)不同位置的基站RRU設(shè)備配置一致的頻率組。通過(guò)BBU控制實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步發(fā)射與接收。理論邏輯是不同的RRU隸屬于一個(gè)小區(qū)。即通過(guò)公用小區(qū)的技術(shù)來(lái)擴(kuò)大單個(gè)基站的覆蓋面積，減少在高速運(yùn)行中的多區(qū)域切換問(wèn)題，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，提高服務(wù)質(zhì)量。具體看就是將多個(gè)物理小區(qū)進(jìn)行邏輯劃分。即多個(gè)映射可以完成對(duì)一個(gè)邏輯小區(qū)的覆蓋，而多個(gè)RRU被一個(gè)BBU統(tǒng)一管理，構(gòu)成一個(gè)可控的邏輯區(qū)域。而多個(gè)BBU小區(qū)則可以構(gòu)成高鐵沿線的多層次的覆蓋區(qū)域。兩個(gè)邏輯小區(qū)的邊緣由BBU完成切換。保證兩個(gè)相鄰的BBU邏輯區(qū)域之間的信號(hào)連貫性。這樣就可在高鐵運(yùn)行的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)多個(gè)相對(duì)固定的網(wǎng)絡(luò)切換。在技術(shù)上操作相對(duì)簡(jiǎn)單，且模式固定也可保證準(zhǔn)確，最大限度的降低了覆蓋邊緣的切換不連貫的問(wèn)題。也可降低乒乓效應(yīng)的干擾。

當(dāng)然在實(shí)際的運(yùn)行和建設(shè)中仍需要結(jié)合實(shí)際解決一些關(guān)鍵問(wèn)題，其中主要的問(wèn)題包括以下幾個(gè)：

2.1 載頻增加問(wèn)題

在網(wǎng)絡(luò)配置中，其區(qū)域的大小多數(shù)是按照BSC作為劃分的基礎(chǔ)，各個(gè)地區(qū)和城市內(nèi)的高鐵覆蓋都已經(jīng)形成一個(gè)相對(duì)完善的模式，即獨(dú)立BSC負(fù)責(zé)對(duì)區(qū)域進(jìn)行管理。列車(chē)通過(guò)LAC的邊界時(shí)，手機(jī)需要對(duì)多個(gè)指令進(jìn)行頻繁的交換。此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)大量的關(guān)于手機(jī)位置的信息在系統(tǒng)中被保留和傳遞，而數(shù)量眾多的信息會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞，影響服務(wù)區(qū)域的正常業(yè)務(wù)。所以位置尋呼和通話容量之間存在一定的矛盾，所以在設(shè)置中應(yīng)考慮區(qū)域構(gòu)建時(shí)通信通道的余量。在載頻配置的時(shí)候應(yīng)盡量高于高鐵沿線所配置的基本載頻，從而保證在通信量增加時(shí)不會(huì)出現(xiàn)擁堵的情況。

2.2 隧道小區(qū)切換

隧道是高鐵運(yùn)行中不可避免的，而隧道內(nèi)外的信號(hào)切換也是解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題的重點(diǎn)。以往的技術(shù)措施在隧道進(jìn)出時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)覆蓋的缺失。手機(jī)在切換時(shí)發(fā)生失敗。所以在基站建設(shè)中應(yīng)將隧道區(qū)域與隧道附近的區(qū)域進(jìn)行整合使之可以在同一個(gè)服務(wù)區(qū)域內(nèi)，以此改善隧道通話質(zhì)量差的問(wèn)題。

2.3 專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)

高鐵可以說(shuō)是特殊的運(yùn)輸模式，因此在為高鐵服務(wù)的過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)覆蓋應(yīng)有針對(duì)性，普通的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)不能滿足對(duì)高鐵用戶的服務(wù)模式，所以應(yīng)盡量利用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行服務(wù)，避免公共網(wǎng)絡(luò)對(duì)高鐵網(wǎng)絡(luò)資源的占用和干擾，這樣可以最大限度的提高對(duì)高鐵用戶的服務(wù)效率，也為后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)提供一個(gè)空間。

2.4 功分器的選擇和應(yīng)用

功分器在應(yīng)用中解決的是切換以及塔下黑的情況，設(shè)計(jì)和選擇的思路就是在覆蓋的同時(shí)減少小區(qū)切換和重選的頻率，擴(kuò)大獨(dú)立的小區(qū)覆蓋的范圍，即涵蓋的距離。目前因?yàn)锽BU的技術(shù)性能的限制，每個(gè)BBU在附帶RRU的時(shí)候數(shù)量往往是固定的，為了減少區(qū)域切換的頻率，引入功分器系統(tǒng)就顯得十分必要的，即在RRU 的后端安裝功分器將信號(hào)分別傳送到覆蓋兩側(cè)鐵路的高增益天線。在 RRU 一定數(shù)量下，通過(guò)加入功分器可以增加高增益天線的數(shù)量來(lái)擴(kuò)大小區(qū)的覆蓋距離。

3 結(jié)束語(yǔ)

高鐵是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，隨著高鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也好帶動(dòng)與之相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，通訊技術(shù)升級(jí)與改進(jìn)也是其中的重要一環(huán)。綜合利用分布式基站的思路對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行技術(shù)提升是十分有效的技術(shù)措施。但是在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意細(xì)節(jié)問(wèn)題的改進(jìn)和適應(yīng)性提高，這樣才能讓技術(shù)措施成為真正可行且有效的服務(wù)技術(shù)。

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作者單位

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