TD—LTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化方法研究

王明君

針對(duì)高鐵專網(wǎng)面臨的問題實(shí)施了一系列行之有效的優(yōu)化方案，有效提升了高鐵專網(wǎng)質(zhì)量，大幅提升了用戶業(yè)務(wù)感知，樹立了良好的移動(dòng)品牌形象。

TD-LTE 高鐵專網(wǎng) 多普勒頻移 鄰區(qū)優(yōu)化 算法配置

1 前言

隨著高鐵的全面輻射，其已經(jīng)成為高端商務(wù)客戶出行的首選，高鐵通信逐步成為各運(yùn)營(yíng)商品牌展示、獲取可觀經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)及拉升高端客戶黏合度的新競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。如何在高速運(yùn)行、客流集中、業(yè)務(wù)量高的高鐵內(nèi)提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，成為各移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商面臨的重大挑戰(zhàn)。

由于高鐵車體損耗大且高速運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的多普勒效應(yīng)，造成頻繁的切換和重選，使得網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量驟降、掉話顯著、上網(wǎng)速率低、用戶體驗(yàn)差。

在通信制式上TD-LTE由于上下行帶寬不固定，可以通過不同的上下行時(shí)隙配比來滿足多種業(yè)務(wù)需要，以達(dá)到最優(yōu)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)和最佳的頻譜利用率，所以TD-LTE技術(shù)成為高鐵覆蓋的首選。

2 克服高鐵通信難題的關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)高鐵專網(wǎng)面臨的多方面技術(shù)難題，河南移動(dòng)對(duì)每個(gè)技術(shù)難題進(jìn)行專題研究，最終得到了有效的解決方案，確保了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，大幅度提升了高鐵專網(wǎng)內(nèi)用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

2.1 自動(dòng)頻率校正規(guī)避多普勒頻移

在列車高速運(yùn)動(dòng)時(shí)信號(hào)的波長(zhǎng)因?yàn)樾盘?hào)源和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化，這一現(xiàn)象稱作多普勒效應(yīng)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，特別是高速移動(dòng)場(chǎng)景下，這種效應(yīng)尤其明顯，多普勒效應(yīng)引起的附加頻移稱為多普勒頻偏，高速移動(dòng)引起的大頻偏對(duì)于接收機(jī)解調(diào)性能提升是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。多普勒頻移與移動(dòng)終端距離關(guān)系如圖1所示：

圖1 多普勒頻移與移動(dòng)終端距離關(guān)系圖

通過自動(dòng)頻率校正算法可有效解決多普勒頻移問題。自動(dòng)頻率校正算法原理：通過快速測(cè)算高速移動(dòng)帶來的頻率偏移，補(bǔ)償多普勒效應(yīng)，改善無線鏈路的穩(wěn)定性，從而提高解調(diào)性能。自動(dòng)頻率校正算法如圖2所示：

圖2 自動(dòng)頻率校正算法示意圖

eNodeB根據(jù)接收的上行信號(hào)頻率進(jìn)行頻偏估計(jì)，然后在基帶側(cè)對(duì)頻偏信號(hào)進(jìn)行頻率校正，提高上行信號(hào)解調(diào)性能。目前支持的頻偏范圍為正負(fù)1KHz，支持的頻偏范圍最高可達(dá)正負(fù)2KHz，支持的最大速度為450km/h左右，滿足現(xiàn)有所有高速鐵路覆蓋需求。

2.2 基帶合并避免小區(qū)間頻繁切換

對(duì)于高速移動(dòng)的物體而言，高速移動(dòng)會(huì)造成用戶小區(qū)間的切換不及時(shí)而導(dǎo)致脫網(wǎng)。相對(duì)于高鐵沿線移動(dòng)LTE基站密度以及TD-LTE小區(qū)正常覆蓋范圍，高速列車以350km/h的最大運(yùn)行速度通過單小區(qū)僅耗時(shí)數(shù)秒即可。在這種場(chǎng)景下，高速移動(dòng)的列車穿越切換區(qū)的時(shí)間過短，可能小于系統(tǒng)處理切換的最小時(shí)延，或者在短時(shí)間內(nèi)穿越多個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍，引起頻繁的小區(qū)切換，從而導(dǎo)致終端吞吐量降低，甚至業(yè)務(wù)中斷，從而影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能。圖3是列車在小區(qū)間快速而且頻繁的切換示意圖：

圖3 列車在小區(qū)間快速而且頻繁的切換示意圖

從LTE高鐵覆蓋的特點(diǎn)來看，為確保小區(qū)間切換的可靠性，需要延伸單小區(qū)的縱向覆蓋距離，減少小區(qū)切換次數(shù)，具體如圖4所示。為了延伸單小區(qū)縱向覆蓋范圍，可引入基帶池+RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，利用基帶合并技術(shù)將多個(gè)RRU組合到一個(gè)小區(qū)內(nèi)。屬于同一小區(qū)的RRU沿高速鐵路部署，從而延伸單小區(qū)縱向覆蓋距離，減少小區(qū)間切換頻率最終實(shí)現(xiàn)提高網(wǎng)絡(luò)性能的目的。

圖4 基帶合并減少了高鐵用戶的切換頻次

在下行方向，基站屬于多站點(diǎn)同頻分集發(fā)射，每個(gè)RRU的發(fā)射信號(hào)相同，終端能夠在不同RRU的共同覆蓋區(qū)內(nèi)得到接收增益，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)下行信號(hào)的接收效果；在上行方向，基站屬于多路接收，終端在處于不同RRU的共同覆蓋區(qū)域內(nèi)時(shí)，終端的上行信號(hào)由多個(gè)RRU的天線同時(shí)接收到，接收數(shù)據(jù)傳遞到基帶池之后，基帶處理板完成多路合并分集接收，進(jìn)而提高上行接收靈敏度和抗干擾能力。

高鐵列車車體無線信號(hào)損耗嚴(yán)重，要確保車廂內(nèi)良好的覆蓋需要提供更強(qiáng)的無線信號(hào)強(qiáng)度，這樣就使得覆蓋區(qū)域不能太大。當(dāng)屬于同一邏輯小區(qū)的多個(gè)RRU重疊覆蓋區(qū)域形成鏈狀之后，便構(gòu)成一個(gè)狹長(zhǎng)的高信號(hào)強(qiáng)度覆蓋線，這是適合鐵路沿線的小區(qū)覆蓋方案，有利于增加覆蓋信號(hào)強(qiáng)度。

2.3 合理夾角降低高穿透損耗

高速鐵路的新型列車采用全封閉車廂結(jié)構(gòu)，車箱體為不銹鋼或鋁合金等金屬材料，車窗為較厚的玻璃材料，導(dǎo)致室外無線信號(hào)在高速列車內(nèi)的穿透損耗較大，給車體內(nèi)的無線覆蓋帶來較大困難。不同類型的高速列車具有不同的穿透損耗，具體如圖5所示。全封閉的新型高速列車較普通列車穿透損耗提高了約5～10dB，最高可達(dá)24dB。故高鐵專網(wǎng)規(guī)劃中，高鐵覆蓋鏈路預(yù)算的取值需保證一定的前瞻性，以確保滿足對(duì)全系列高速列車的覆蓋要求。假如要求車廂內(nèi)提供用戶通信的電平值要達(dá)到-95dB以上，則列車車廂外的覆蓋電平需達(dá)到-70dB。

高鐵車廂穿透損耗具有以下4個(gè)特點(diǎn)：

◆掠射角與列車車廂穿透損耗呈現(xiàn)反比關(guān)系，掠射角越小，車廂損耗越大；

◆掠射角在10o以內(nèi)時(shí)，車體穿透損耗增加幅度急速攀升；

◆列車車廂內(nèi)不同位置的穿透損耗存在差異性；

◆高鐵車廂整體穿透損耗平均值在25dB左右。

電磁波與列車入射角越大，穿透損耗越小，反之越大。故在站點(diǎn)規(guī)劃時(shí)，需要保證基站的站址與軌道線維持在合適的距離范圍內(nèi)（基站與鐵路垂直距離在50～200m之間），以便確保天線主覆蓋方向與軌道線盡量有一定的夾角，減少穿透損耗。

另外，針對(duì)高鐵覆蓋場(chǎng)景，應(yīng)采用高增益窄波瓣天線進(jìn)行覆蓋，高增益窄波瓣天線通常可以做到增益18～21dBi，波瓣寬度約35o，同時(shí)在建網(wǎng)過程中通過縮短站點(diǎn)間距離，增加專網(wǎng)站點(diǎn)密度，通過調(diào)整合理的天線入射角度，可以有效地改善車體內(nèi)的覆蓋情況。endprint

2.4 多場(chǎng)景隧道個(gè)性化覆蓋

隧道場(chǎng)景的特點(diǎn)是空間狹小封閉，存在填充效應(yīng)，造成無線傳播環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)，高鐵隧道對(duì)設(shè)備形態(tài)和安裝條件要求非常嚴(yán)格。通常的隧道覆蓋方案包括RRU+定向天線、RRU+泄漏電纜。而高鐵LTE系統(tǒng)場(chǎng)景建議采用RRU+泄漏電纜+定向天線的混合組網(wǎng)方案。

（1）短隧道場(chǎng)景

對(duì)于長(zhǎng)度300m以內(nèi)的短隧道，隧道無彎曲且隧道內(nèi)無泄漏電纜，考慮隧道外定向天線直接覆蓋，其覆蓋方案如圖6所示：

圖6 短隧道場(chǎng)景定向天線覆蓋方案

若隧道內(nèi)布放有泄漏電纜，建議采用泄漏電纜和定向天線聯(lián)合覆蓋，泄漏電纜覆蓋隧道內(nèi)，定向天線覆蓋隧道外，隧道內(nèi)與隧道外RRU進(jìn)行小區(qū)合并，使切換帶位于隧道外，從而保證與高鐵隧道外專網(wǎng)的覆蓋切換，具體如圖7所示：

圖7 短隧道場(chǎng)景泄漏電纜覆蓋方案

（2）長(zhǎng)隧道場(chǎng)景

對(duì)于長(zhǎng)隧道，隧道內(nèi)無法通過定向天線進(jìn)行覆蓋，而泄漏電纜在隧道布放簡(jiǎn)單，施工難度小，且能夠很好的適應(yīng)隧道彎曲多變的特性，具體覆蓋場(chǎng)景如圖8所示：

圖8 長(zhǎng)隧道場(chǎng)景泄漏電纜覆蓋方案

目前華為高鐵產(chǎn)品最大支持1拖12 RRU小區(qū)合并，即遂道內(nèi)的單小區(qū)最大覆蓋范圍為12個(gè)RRU的距離（RRU之間的距離為500m左右），考慮到相鄰小區(qū)間的切換問題，隧道場(chǎng)景切換設(shè)置原則如下：

◆當(dāng)隧道長(zhǎng)度<10個(gè)RRU間距時(shí)，隧道內(nèi)全部合并為一個(gè)小區(qū)，不設(shè)置切換帶；通過在兩側(cè)洞口增加RRU和定向天線，與隧道內(nèi)RRU小區(qū)合并；將隧道內(nèi)外的切換帶牽引到隧道外覆蓋區(qū)域，保證隧道內(nèi)外信號(hào)的平穩(wěn)過渡。

◆當(dāng)隧道長(zhǎng)度>10個(gè) RRU間距時(shí)，隧道內(nèi)RRU無法全部合并為一個(gè)小區(qū)，此時(shí)建議選擇隧道內(nèi)站間距較近的2個(gè)RRU之間作為小區(qū)間的切換帶，隧道內(nèi)外的切換帶設(shè)置同上。

但在實(shí)際中隧道RRU覆蓋合并方案受到隧道內(nèi)實(shí)際泄漏電纜和傳輸資源的限制，可能無法建立理想的覆蓋場(chǎng)景。

（3）連續(xù)隧道場(chǎng)景

對(duì)于連續(xù)隧道場(chǎng)景，可在隧道與隧道間采用布放定向天線的方式保證隧道間的覆蓋銜接，其組網(wǎng)方式如圖9所示：

圖9 連續(xù)隧道場(chǎng)景覆蓋方案

綜上分析，連續(xù)隧道的切換帶設(shè)置原則與長(zhǎng)隧道基本類似，實(shí)際規(guī)劃中需要根據(jù)連續(xù)隧道群的數(shù)量、長(zhǎng)度以及隧道群實(shí)際的泄漏電纜和傳輸資源限制進(jìn)行判定，主要原則如下：

◆盡量采用小區(qū)合并方式，以減少隧道內(nèi)的切換。

◆選擇隧道內(nèi)間距較短的RRU之間作為小區(qū)的切換帶。

2.5 高鐵專網(wǎng)最優(yōu)頻率選擇研究

高鐵存在穿越城區(qū)的特殊場(chǎng)景，考慮宏、專網(wǎng)間的相互干擾，為保證雙網(wǎng)性能，建議優(yōu)先采用與宏網(wǎng)異頻的方法進(jìn)行組網(wǎng)，如圖10所示。建議專網(wǎng)與高鐵沿線相鄰兩圈宏站保證異頻，圈外宏站可采用相同頻點(diǎn)，確保宏網(wǎng)頻譜利用率。對(duì)于穿越郊區(qū)的高鐵場(chǎng)景，為降低網(wǎng)絡(luò)投資成本，同時(shí)充分發(fā)揮頻段優(yōu)勢(shì)，建議郊區(qū)場(chǎng)景采用F頻段進(jìn)行組網(wǎng)。

2.6 高鐵專網(wǎng)鄰區(qū)優(yōu)化

（1）車站室分與高鐵專網(wǎng)的鄰區(qū)。在車站站臺(tái)位置，高鐵專網(wǎng)站點(diǎn)需要與車站室分互相切換，鄰區(qū)規(guī)劃需要遵循如下原則：

◆高鐵專網(wǎng)和車站室分互配鄰區(qū)關(guān)系；

◆專網(wǎng)與站臺(tái)室分切換位置盡量不要落在列車站臺(tái)上下車區(qū)域；

◆車站室分與公網(wǎng)互配鄰區(qū)。

（2）鐵路沿線鄰區(qū)。高鐵在運(yùn)行期間的區(qū)段上只需要考慮鏈形小區(qū)前后2個(gè)方向上各1個(gè)小區(qū)做為鄰區(qū)即可，與公網(wǎng)不配置鄰區(qū)關(guān)系，鄰區(qū)規(guī)劃需要遵循如下原則：

◆高鐵路線上專網(wǎng)間互配鄰區(qū)，保證專網(wǎng)用戶在路線小區(qū)間的成功切換；

◆與周邊宏網(wǎng)站點(diǎn)不配置鄰區(qū)，保證公網(wǎng)用戶不切換到專網(wǎng)。

高鐵專網(wǎng)異頻組網(wǎng)示意圖如圖11所示：

圖11 高鐵專網(wǎng)異頻組網(wǎng)示意圖

2.7 特殊場(chǎng)景PRACH和PCI規(guī)劃

由于高鐵場(chǎng)景PRACH規(guī)劃同樣要考慮與周邊公網(wǎng)宏站使用頻段的差異，根據(jù)鄭西和京廣高鐵涉及場(chǎng)景，需要綜合考慮兩者的PRACH根序列復(fù)用情況，不允許出現(xiàn)與近距離的宏站小區(qū)采用相同的PRACH根序列的情況。另外，由于高鐵專網(wǎng)小區(qū)存在多RRU合并情況，需要根據(jù)小區(qū)覆蓋半徑所對(duì)應(yīng)的ZC根序列的取值范圍進(jìn)行PRACH參數(shù)規(guī)劃。

由于高鐵場(chǎng)景PCI規(guī)劃與頻率使用策略有關(guān)，根據(jù)鄭西和京廣高鐵涉及場(chǎng)景，針對(duì)高鐵線路小區(qū)及站臺(tái)室分小區(qū)的PCI規(guī)劃配置進(jìn)行如下說明：

（1）高鐵沿線小區(qū)PCI規(guī)劃原則

結(jié)合各地市4G公網(wǎng)組網(wǎng)情況，由于各地市密集城區(qū)采用D頻段進(jìn)行覆蓋，郊區(qū)和農(nóng)村場(chǎng)景大都采用F頻段站點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，而高鐵沿線大部分在郊區(qū)場(chǎng)景，在對(duì)高鐵專網(wǎng)小區(qū)進(jìn)行PCI規(guī)劃時(shí)，需將高鐵周邊公網(wǎng)同頻宏站的PCI使用情況考慮進(jìn)來，保證PCI不會(huì)出現(xiàn)沖突。另外，在PCI模3規(guī)劃上，優(yōu)先考慮高鐵專網(wǎng)小區(qū)間PCI的模3錯(cuò)開，其次再考慮與宏站近距離小區(qū)的模3錯(cuò)開。

（2）站臺(tái)室分小區(qū)PCI規(guī)劃原則

由于目前各地市車站室分小區(qū)均采用E頻段進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，所以無需考慮與專網(wǎng)、宏網(wǎng)小區(qū)間的PCI協(xié)同，即該場(chǎng)景下PCI規(guī)劃僅需考慮站臺(tái)室分小區(qū)間的PCI錯(cuò)開以及模3錯(cuò)開。

2.8 典型高鐵場(chǎng)景算法配置

（1）半靜態(tài)調(diào)度：高鐵快速移動(dòng)，小區(qū)間切換頻繁，無線環(huán)境變化大，使用動(dòng)態(tài)調(diào)度可減小RRC重配信令，同時(shí)MCS選擇更精確，提升語音質(zhì)量。

（2）頻率調(diào)度：頻選調(diào)度需要準(zhǔn)確的子帶CQI進(jìn)行資源選擇，高鐵快速移動(dòng)，子帶CQI的反饋不能及時(shí)地反映信道變化，這種情況下更適合使用分集調(diào)度。

（3）開環(huán)MIMO：高鐵移動(dòng)速度快，UE PMI反饋不準(zhǔn)確和不及時(shí)，閉環(huán)MIMO性能會(huì)降低，更適合使用開環(huán)MIMO。

（4）關(guān)閉PDCCH符號(hào)自適應(yīng)：高鐵話務(wù)存在突發(fā)性，開啟PDCCH符號(hào)自適應(yīng)可能存在符號(hào)數(shù)無法快速擴(kuò)張?jiān)斐赏l干擾和調(diào)度不足，引起切換失敗。

高鐵場(chǎng)景算法配置示意圖如圖12所示。

3 結(jié)束語

在信息化時(shí)代，我國(guó)高速鐵路發(fā)展迅猛，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的好壞直接影響到鐵路旅客乘車時(shí)信息傳輸?shù)臅惩ㄅc否，因此公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)在鐵路范圍內(nèi)的無縫覆蓋需求更加突出。通過實(shí)施LTE專用網(wǎng)絡(luò)的高鐵覆蓋方案，對(duì)高鐵沿線場(chǎng)景進(jìn)行有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，制定個(gè)性化的優(yōu)化方案，能夠幫助運(yùn)營(yíng)商打造出優(yōu)質(zhì)的LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊申，毛煒. 高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[EB/OL]. （2012-05-04）. http：//www.docin.com/p-395442698.html.

[2] 李美艷. 基于LTE技術(shù)的高鐵無線通信方案[J]. 廣東通信技術(shù)， 2011（7）： 23-26.

[3] 鄔元蘭，陳軍良，常明. RRU拉遠(yuǎn)的應(yīng)用和分析[J]. 移動(dòng)通信， 2012（20）： 39-44.

[4] 婁偉，李佳. 高鐵規(guī)劃要點(diǎn)及測(cè)試情況分析[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2011（1）.

[5] 周鐵建，常賀. TD-LTE高鐵覆蓋優(yōu)化方法探討[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2014（1）： 16-20.endprint

2.4 多場(chǎng)景隧道個(gè)性化覆蓋

隧道場(chǎng)景的特點(diǎn)是空間狹小封閉，存在填充效應(yīng)，造成無線傳播環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)，高鐵隧道對(duì)設(shè)備形態(tài)和安裝條件要求非常嚴(yán)格。通常的隧道覆蓋方案包括RRU+定向天線、RRU+泄漏電纜。而高鐵LTE系統(tǒng)場(chǎng)景建議采用RRU+泄漏電纜+定向天線的混合組網(wǎng)方案。

（1）短隧道場(chǎng)景

對(duì)于長(zhǎng)度300m以內(nèi)的短隧道，隧道無彎曲且隧道內(nèi)無泄漏電纜，考慮隧道外定向天線直接覆蓋，其覆蓋方案如圖6所示：

圖6 短隧道場(chǎng)景定向天線覆蓋方案

若隧道內(nèi)布放有泄漏電纜，建議采用泄漏電纜和定向天線聯(lián)合覆蓋，泄漏電纜覆蓋隧道內(nèi)，定向天線覆蓋隧道外，隧道內(nèi)與隧道外RRU進(jìn)行小區(qū)合并，使切換帶位于隧道外，從而保證與高鐵隧道外專網(wǎng)的覆蓋切換，具體如圖7所示：

圖7 短隧道場(chǎng)景泄漏電纜覆蓋方案

（2）長(zhǎng)隧道場(chǎng)景

對(duì)于長(zhǎng)隧道，隧道內(nèi)無法通過定向天線進(jìn)行覆蓋，而泄漏電纜在隧道布放簡(jiǎn)單，施工難度小，且能夠很好的適應(yīng)隧道彎曲多變的特性，具體覆蓋場(chǎng)景如圖8所示：

圖8 長(zhǎng)隧道場(chǎng)景泄漏電纜覆蓋方案

目前華為高鐵產(chǎn)品最大支持1拖12 RRU小區(qū)合并，即遂道內(nèi)的單小區(qū)最大覆蓋范圍為12個(gè)RRU的距離（RRU之間的距離為500m左右），考慮到相鄰小區(qū)間的切換問題，隧道場(chǎng)景切換設(shè)置原則如下：

◆當(dāng)隧道長(zhǎng)度<10個(gè)RRU間距時(shí)，隧道內(nèi)全部合并為一個(gè)小區(qū)，不設(shè)置切換帶；通過在兩側(cè)洞口增加RRU和定向天線，與隧道內(nèi)RRU小區(qū)合并；將隧道內(nèi)外的切換帶牽引到隧道外覆蓋區(qū)域，保證隧道內(nèi)外信號(hào)的平穩(wěn)過渡。

◆當(dāng)隧道長(zhǎng)度>10個(gè) RRU間距時(shí)，隧道內(nèi)RRU無法全部合并為一個(gè)小區(qū)，此時(shí)建議選擇隧道內(nèi)站間距較近的2個(gè)RRU之間作為小區(qū)間的切換帶，隧道內(nèi)外的切換帶設(shè)置同上。

但在實(shí)際中隧道RRU覆蓋合并方案受到隧道內(nèi)實(shí)際泄漏電纜和傳輸資源的限制，可能無法建立理想的覆蓋場(chǎng)景。

（3）連續(xù)隧道場(chǎng)景

對(duì)于連續(xù)隧道場(chǎng)景，可在隧道與隧道間采用布放定向天線的方式保證隧道間的覆蓋銜接，其組網(wǎng)方式如圖9所示：

圖9 連續(xù)隧道場(chǎng)景覆蓋方案

綜上分析，連續(xù)隧道的切換帶設(shè)置原則與長(zhǎng)隧道基本類似，實(shí)際規(guī)劃中需要根據(jù)連續(xù)隧道群的數(shù)量、長(zhǎng)度以及隧道群實(shí)際的泄漏電纜和傳輸資源限制進(jìn)行判定，主要原則如下：

◆盡量采用小區(qū)合并方式，以減少隧道內(nèi)的切換。

◆選擇隧道內(nèi)間距較短的RRU之間作為小區(qū)的切換帶。

2.5 高鐵專網(wǎng)最優(yōu)頻率選擇研究

高鐵存在穿越城區(qū)的特殊場(chǎng)景，考慮宏、專網(wǎng)間的相互干擾，為保證雙網(wǎng)性能，建議優(yōu)先采用與宏網(wǎng)異頻的方法進(jìn)行組網(wǎng)，如圖10所示。建議專網(wǎng)與高鐵沿線相鄰兩圈宏站保證異頻，圈外宏站可采用相同頻點(diǎn)，確保宏網(wǎng)頻譜利用率。對(duì)于穿越郊區(qū)的高鐵場(chǎng)景，為降低網(wǎng)絡(luò)投資成本，同時(shí)充分發(fā)揮頻段優(yōu)勢(shì)，建議郊區(qū)場(chǎng)景采用F頻段進(jìn)行組網(wǎng)。

2.6 高鐵專網(wǎng)鄰區(qū)優(yōu)化

（1）車站室分與高鐵專網(wǎng)的鄰區(qū)。在車站站臺(tái)位置，高鐵專網(wǎng)站點(diǎn)需要與車站室分互相切換，鄰區(qū)規(guī)劃需要遵循如下原則：

◆高鐵專網(wǎng)和車站室分互配鄰區(qū)關(guān)系；

◆專網(wǎng)與站臺(tái)室分切換位置盡量不要落在列車站臺(tái)上下車區(qū)域；

◆車站室分與公網(wǎng)互配鄰區(qū)。

（2）鐵路沿線鄰區(qū)。高鐵在運(yùn)行期間的區(qū)段上只需要考慮鏈形小區(qū)前后2個(gè)方向上各1個(gè)小區(qū)做為鄰區(qū)即可，與公網(wǎng)不配置鄰區(qū)關(guān)系，鄰區(qū)規(guī)劃需要遵循如下原則：

◆高鐵路線上專網(wǎng)間互配鄰區(qū)，保證專網(wǎng)用戶在路線小區(qū)間的成功切換；

◆與周邊宏網(wǎng)站點(diǎn)不配置鄰區(qū)，保證公網(wǎng)用戶不切換到專網(wǎng)。

高鐵專網(wǎng)異頻組網(wǎng)示意圖如圖11所示：

圖11 高鐵專網(wǎng)異頻組網(wǎng)示意圖

2.7 特殊場(chǎng)景PRACH和PCI規(guī)劃

由于高鐵場(chǎng)景PRACH規(guī)劃同樣要考慮與周邊公網(wǎng)宏站使用頻段的差異，根據(jù)鄭西和京廣高鐵涉及場(chǎng)景，需要綜合考慮兩者的PRACH根序列復(fù)用情況，不允許出現(xiàn)與近距離的宏站小區(qū)采用相同的PRACH根序列的情況。另外，由于高鐵專網(wǎng)小區(qū)存在多RRU合并情況，需要根據(jù)小區(qū)覆蓋半徑所對(duì)應(yīng)的ZC根序列的取值范圍進(jìn)行PRACH參數(shù)規(guī)劃。

由于高鐵場(chǎng)景PCI規(guī)劃與頻率使用策略有關(guān)，根據(jù)鄭西和京廣高鐵涉及場(chǎng)景，針對(duì)高鐵線路小區(qū)及站臺(tái)室分小區(qū)的PCI規(guī)劃配置進(jìn)行如下說明：

（1）高鐵沿線小區(qū)PCI規(guī)劃原則

結(jié)合各地市4G公網(wǎng)組網(wǎng)情況，由于各地市密集城區(qū)采用D頻段進(jìn)行覆蓋，郊區(qū)和農(nóng)村場(chǎng)景大都采用F頻段站點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，而高鐵沿線大部分在郊區(qū)場(chǎng)景，在對(duì)高鐵專網(wǎng)小區(qū)進(jìn)行PCI規(guī)劃時(shí)，需將高鐵周邊公網(wǎng)同頻宏站的PCI使用情況考慮進(jìn)來，保證PCI不會(huì)出現(xiàn)沖突。另外，在PCI模3規(guī)劃上，優(yōu)先考慮高鐵專網(wǎng)小區(qū)間PCI的模3錯(cuò)開，其次再考慮與宏站近距離小區(qū)的模3錯(cuò)開。

（2）站臺(tái)室分小區(qū)PCI規(guī)劃原則

由于目前各地市車站室分小區(qū)均采用E頻段進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，所以無需考慮與專網(wǎng)、宏網(wǎng)小區(qū)間的PCI協(xié)同，即該場(chǎng)景下PCI規(guī)劃僅需考慮站臺(tái)室分小區(qū)間的PCI錯(cuò)開以及模3錯(cuò)開。

2.8 典型高鐵場(chǎng)景算法配置

（1）半靜態(tài)調(diào)度：高鐵快速移動(dòng)，小區(qū)間切換頻繁，無線環(huán)境變化大，使用動(dòng)態(tài)調(diào)度可減小RRC重配信令，同時(shí)MCS選擇更精確，提升語音質(zhì)量。

（2）頻率調(diào)度：頻選調(diào)度需要準(zhǔn)確的子帶CQI進(jìn)行資源選擇，高鐵快速移動(dòng)，子帶CQI的反饋不能及時(shí)地反映信道變化，這種情況下更適合使用分集調(diào)度。

（3）開環(huán)MIMO：高鐵移動(dòng)速度快，UE PMI反饋不準(zhǔn)確和不及時(shí)，閉環(huán)MIMO性能會(huì)降低，更適合使用開環(huán)MIMO。

（4）關(guān)閉PDCCH符號(hào)自適應(yīng)：高鐵話務(wù)存在突發(fā)性，開啟PDCCH符號(hào)自適應(yīng)可能存在符號(hào)數(shù)無法快速擴(kuò)張?jiān)斐赏l干擾和調(diào)度不足，引起切換失敗。

高鐵場(chǎng)景算法配置示意圖如圖12所示。

3 結(jié)束語

在信息化時(shí)代，我國(guó)高速鐵路發(fā)展迅猛，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的好壞直接影響到鐵路旅客乘車時(shí)信息傳輸?shù)臅惩ㄅc否，因此公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)在鐵路范圍內(nèi)的無縫覆蓋需求更加突出。通過實(shí)施LTE專用網(wǎng)絡(luò)的高鐵覆蓋方案，對(duì)高鐵沿線場(chǎng)景進(jìn)行有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，制定個(gè)性化的優(yōu)化方案，能夠幫助運(yùn)營(yíng)商打造出優(yōu)質(zhì)的LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊申，毛煒. 高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[EB/OL]. （2012-05-04）. http：//www.docin.com/p-395442698.html.

[2] 李美艷. 基于LTE技術(shù)的高鐵無線通信方案[J]. 廣東通信技術(shù)， 2011（7）： 23-26.

[3] 鄔元蘭，陳軍良，常明. RRU拉遠(yuǎn)的應(yīng)用和分析[J]. 移動(dòng)通信， 2012（20）： 39-44.

[4] 婁偉，李佳. 高鐵規(guī)劃要點(diǎn)及測(cè)試情況分析[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2011（1）.

[5] 周鐵建，常賀. TD-LTE高鐵覆蓋優(yōu)化方法探討[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2014（1）： 16-20.endprint

2.4 多場(chǎng)景隧道個(gè)性化覆蓋

隧道場(chǎng)景的特點(diǎn)是空間狹小封閉，存在填充效應(yīng)，造成無線傳播環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)，高鐵隧道對(duì)設(shè)備形態(tài)和安裝條件要求非常嚴(yán)格。通常的隧道覆蓋方案包括RRU+定向天線、RRU+泄漏電纜。而高鐵LTE系統(tǒng)場(chǎng)景建議采用RRU+泄漏電纜+定向天線的混合組網(wǎng)方案。

（1）短隧道場(chǎng)景

對(duì)于長(zhǎng)度300m以內(nèi)的短隧道，隧道無彎曲且隧道內(nèi)無泄漏電纜，考慮隧道外定向天線直接覆蓋，其覆蓋方案如圖6所示：

圖6 短隧道場(chǎng)景定向天線覆蓋方案

若隧道內(nèi)布放有泄漏電纜，建議采用泄漏電纜和定向天線聯(lián)合覆蓋，泄漏電纜覆蓋隧道內(nèi)，定向天線覆蓋隧道外，隧道內(nèi)與隧道外RRU進(jìn)行小區(qū)合并，使切換帶位于隧道外，從而保證與高鐵隧道外專網(wǎng)的覆蓋切換，具體如圖7所示：

圖7 短隧道場(chǎng)景泄漏電纜覆蓋方案

（2）長(zhǎng)隧道場(chǎng)景

對(duì)于長(zhǎng)隧道，隧道內(nèi)無法通過定向天線進(jìn)行覆蓋，而泄漏電纜在隧道布放簡(jiǎn)單，施工難度小，且能夠很好的適應(yīng)隧道彎曲多變的特性，具體覆蓋場(chǎng)景如圖8所示：

圖8 長(zhǎng)隧道場(chǎng)景泄漏電纜覆蓋方案

目前華為高鐵產(chǎn)品最大支持1拖12 RRU小區(qū)合并，即遂道內(nèi)的單小區(qū)最大覆蓋范圍為12個(gè)RRU的距離（RRU之間的距離為500m左右），考慮到相鄰小區(qū)間的切換問題，隧道場(chǎng)景切換設(shè)置原則如下：

◆當(dāng)隧道長(zhǎng)度<10個(gè)RRU間距時(shí)，隧道內(nèi)全部合并為一個(gè)小區(qū)，不設(shè)置切換帶；通過在兩側(cè)洞口增加RRU和定向天線，與隧道內(nèi)RRU小區(qū)合并；將隧道內(nèi)外的切換帶牽引到隧道外覆蓋區(qū)域，保證隧道內(nèi)外信號(hào)的平穩(wěn)過渡。

◆當(dāng)隧道長(zhǎng)度>10個(gè) RRU間距時(shí)，隧道內(nèi)RRU無法全部合并為一個(gè)小區(qū)，此時(shí)建議選擇隧道內(nèi)站間距較近的2個(gè)RRU之間作為小區(qū)間的切換帶，隧道內(nèi)外的切換帶設(shè)置同上。

但在實(shí)際中隧道RRU覆蓋合并方案受到隧道內(nèi)實(shí)際泄漏電纜和傳輸資源的限制，可能無法建立理想的覆蓋場(chǎng)景。

（3）連續(xù)隧道場(chǎng)景

對(duì)于連續(xù)隧道場(chǎng)景，可在隧道與隧道間采用布放定向天線的方式保證隧道間的覆蓋銜接，其組網(wǎng)方式如圖9所示：

圖9 連續(xù)隧道場(chǎng)景覆蓋方案

綜上分析，連續(xù)隧道的切換帶設(shè)置原則與長(zhǎng)隧道基本類似，實(shí)際規(guī)劃中需要根據(jù)連續(xù)隧道群的數(shù)量、長(zhǎng)度以及隧道群實(shí)際的泄漏電纜和傳輸資源限制進(jìn)行判定，主要原則如下：

◆盡量采用小區(qū)合并方式，以減少隧道內(nèi)的切換。

◆選擇隧道內(nèi)間距較短的RRU之間作為小區(qū)的切換帶。

2.5 高鐵專網(wǎng)最優(yōu)頻率選擇研究

高鐵存在穿越城區(qū)的特殊場(chǎng)景，考慮宏、專網(wǎng)間的相互干擾，為保證雙網(wǎng)性能，建議優(yōu)先采用與宏網(wǎng)異頻的方法進(jìn)行組網(wǎng)，如圖10所示。建議專網(wǎng)與高鐵沿線相鄰兩圈宏站保證異頻，圈外宏站可采用相同頻點(diǎn)，確保宏網(wǎng)頻譜利用率。對(duì)于穿越郊區(qū)的高鐵場(chǎng)景，為降低網(wǎng)絡(luò)投資成本，同時(shí)充分發(fā)揮頻段優(yōu)勢(shì)，建議郊區(qū)場(chǎng)景采用F頻段進(jìn)行組網(wǎng)。

2.6 高鐵專網(wǎng)鄰區(qū)優(yōu)化

（1）車站室分與高鐵專網(wǎng)的鄰區(qū)。在車站站臺(tái)位置，高鐵專網(wǎng)站點(diǎn)需要與車站室分互相切換，鄰區(qū)規(guī)劃需要遵循如下原則：

◆高鐵專網(wǎng)和車站室分互配鄰區(qū)關(guān)系；

◆專網(wǎng)與站臺(tái)室分切換位置盡量不要落在列車站臺(tái)上下車區(qū)域；

◆車站室分與公網(wǎng)互配鄰區(qū)。

（2）鐵路沿線鄰區(qū)。高鐵在運(yùn)行期間的區(qū)段上只需要考慮鏈形小區(qū)前后2個(gè)方向上各1個(gè)小區(qū)做為鄰區(qū)即可，與公網(wǎng)不配置鄰區(qū)關(guān)系，鄰區(qū)規(guī)劃需要遵循如下原則：

◆高鐵路線上專網(wǎng)間互配鄰區(qū)，保證專網(wǎng)用戶在路線小區(qū)間的成功切換；

◆與周邊宏網(wǎng)站點(diǎn)不配置鄰區(qū)，保證公網(wǎng)用戶不切換到專網(wǎng)。

高鐵專網(wǎng)異頻組網(wǎng)示意圖如圖11所示：

圖11 高鐵專網(wǎng)異頻組網(wǎng)示意圖

2.7 特殊場(chǎng)景PRACH和PCI規(guī)劃

由于高鐵場(chǎng)景PRACH規(guī)劃同樣要考慮與周邊公網(wǎng)宏站使用頻段的差異，根據(jù)鄭西和京廣高鐵涉及場(chǎng)景，需要綜合考慮兩者的PRACH根序列復(fù)用情況，不允許出現(xiàn)與近距離的宏站小區(qū)采用相同的PRACH根序列的情況。另外，由于高鐵專網(wǎng)小區(qū)存在多RRU合并情況，需要根據(jù)小區(qū)覆蓋半徑所對(duì)應(yīng)的ZC根序列的取值范圍進(jìn)行PRACH參數(shù)規(guī)劃。

由于高鐵場(chǎng)景PCI規(guī)劃與頻率使用策略有關(guān)，根據(jù)鄭西和京廣高鐵涉及場(chǎng)景，針對(duì)高鐵線路小區(qū)及站臺(tái)室分小區(qū)的PCI規(guī)劃配置進(jìn)行如下說明：

（1）高鐵沿線小區(qū)PCI規(guī)劃原則

結(jié)合各地市4G公網(wǎng)組網(wǎng)情況，由于各地市密集城區(qū)采用D頻段進(jìn)行覆蓋，郊區(qū)和農(nóng)村場(chǎng)景大都采用F頻段站點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，而高鐵沿線大部分在郊區(qū)場(chǎng)景，在對(duì)高鐵專網(wǎng)小區(qū)進(jìn)行PCI規(guī)劃時(shí)，需將高鐵周邊公網(wǎng)同頻宏站的PCI使用情況考慮進(jìn)來，保證PCI不會(huì)出現(xiàn)沖突。另外，在PCI模3規(guī)劃上，優(yōu)先考慮高鐵專網(wǎng)小區(qū)間PCI的模3錯(cuò)開，其次再考慮與宏站近距離小區(qū)的模3錯(cuò)開。

（2）站臺(tái)室分小區(qū)PCI規(guī)劃原則

由于目前各地市車站室分小區(qū)均采用E頻段進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，所以無需考慮與專網(wǎng)、宏網(wǎng)小區(qū)間的PCI協(xié)同，即該場(chǎng)景下PCI規(guī)劃僅需考慮站臺(tái)室分小區(qū)間的PCI錯(cuò)開以及模3錯(cuò)開。

2.8 典型高鐵場(chǎng)景算法配置

（1）半靜態(tài)調(diào)度：高鐵快速移動(dòng)，小區(qū)間切換頻繁，無線環(huán)境變化大，使用動(dòng)態(tài)調(diào)度可減小RRC重配信令，同時(shí)MCS選擇更精確，提升語音質(zhì)量。

（2）頻率調(diào)度：頻選調(diào)度需要準(zhǔn)確的子帶CQI進(jìn)行資源選擇，高鐵快速移動(dòng)，子帶CQI的反饋不能及時(shí)地反映信道變化，這種情況下更適合使用分集調(diào)度。

（3）開環(huán)MIMO：高鐵移動(dòng)速度快，UE PMI反饋不準(zhǔn)確和不及時(shí)，閉環(huán)MIMO性能會(huì)降低，更適合使用開環(huán)MIMO。

（4）關(guān)閉PDCCH符號(hào)自適應(yīng)：高鐵話務(wù)存在突發(fā)性，開啟PDCCH符號(hào)自適應(yīng)可能存在符號(hào)數(shù)無法快速擴(kuò)張?jiān)斐赏l干擾和調(diào)度不足，引起切換失敗。

高鐵場(chǎng)景算法配置示意圖如圖12所示。

3 結(jié)束語

在信息化時(shí)代，我國(guó)高速鐵路發(fā)展迅猛，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的好壞直接影響到鐵路旅客乘車時(shí)信息傳輸?shù)臅惩ㄅc否，因此公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)在鐵路范圍內(nèi)的無縫覆蓋需求更加突出。通過實(shí)施LTE專用網(wǎng)絡(luò)的高鐵覆蓋方案，對(duì)高鐵沿線場(chǎng)景進(jìn)行有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，制定個(gè)性化的優(yōu)化方案，能夠幫助運(yùn)營(yíng)商打造出優(yōu)質(zhì)的LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊申，毛煒. 高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[EB/OL]. （2012-05-04）. http：//www.docin.com/p-395442698.html.

[2] 李美艷. 基于LTE技術(shù)的高鐵無線通信方案[J]. 廣東通信技術(shù)， 2011（7）： 23-26.

[3] 鄔元蘭，陳軍良，常明. RRU拉遠(yuǎn)的應(yīng)用和分析[J]. 移動(dòng)通信， 2012（20）： 39-44.

[4] 婁偉，李佳. 高鐵規(guī)劃要點(diǎn)及測(cè)試情況分析[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2011（1）.

[5] 周鐵建，常賀. TD-LTE高鐵覆蓋優(yōu)化方法探討[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2014（1）： 16-20.endprint