高鐵場景下電信CDMA
2015-05-30 16:15:45吳廣量
中國新通信 2015年18期
吳廣量
高鐵CDMA<E移動通信網絡的特點有：1.全封閉式車體結構穿透損耗大。車體損耗較普通列車大很多。2.多普勒效果明顯。3.切換成功率降低。車速快，頻繁的小區(qū)切換導致終端信號差、掉話率升高4.小區(qū)重疊區(qū)域較大。5.線狀覆蓋。6.場景復雜多樣。本文從技術角度分析高鐵C&L移動網絡覆蓋建設思路。
一、多普勒效果明顯
當信號進入車廂時，不同的入射角對應的穿透損耗不同，當信號垂直入射時的穿透損耗最小。當基站的垂直位置距離鐵道較近時，覆蓋區(qū)邊緣信號進入車廂的入射角小，穿透損耗大。對于以固定速度v 運動的移動臺，所接收的載波會多普勒頻移。在入射角為0°時，多普勒頻移效應最明顯。當高鐵設計時速為350km/h時，f=850MHz時，對應的多普勒偏移大約為275Hz， f=2.1GHz時，對應的多普勒頻移為680Hz。
1.1 CDMA2000系統(tǒng)能抵抗多普勒效應
CDMA2000基站使用的是高通的CSM6700/CSM6800芯片，允許的最大頻移為960Hz，能夠容許的最大移動速度為（入射角為0°）：1296km/h。CDMA2000系統(tǒng)完全有能力抵抗多普勒效應，滿足高速移動下的通信需求。但多普勒頻移的存在，導致基站和手機的相干解調性能降低，鏈路預算時需在原有Eb/Nt的取值上增加約2dB。
1.2 LTE多普勒頻移補償算法消除頻偏
2.1GHz頻段，350km/h車速，此時多普勒頻偏為680Hz，小于子載波間隔15kHz。時域上行DMRS信號間隔為0.5ms，可以克服±1kHz頻偏。采用增強頻偏估計算法：可適用于頻偏大于1kHz、小于2.5kHz的超高速場景，支持2.1GHz頻段最大移動速度為 450km/h。
二、切換成功率降低
手機在服務小區(qū)的信號強度衰落到一定程度，會觸發(fā)小區(qū)重選或切換過程。必須保證在手機順利進入新小區(qū)之前，當前小區(qū)的信號不會進一步衰落到門限值以下，否則空閑的手機可能脫網或切換失敗而掉話。需要控制重疊區(qū)域的大小，來保證重選或者切換的完成。列車速度越高，所需重疊區(qū)域越大。
2.1 采用同小區(qū)（同PN）技術減少切換次數
多個RRU設置為同小區(qū)（同PN） 邏輯小區(qū)，在邏輯小區(qū)內部不需要切換。同小區(qū)技術使得切換次數大幅度減少，掉話率得到明顯改善。
三、高鐵紅線外CDMA<E無線網設計
1、CDMA切換距離設置 CDMA軟切換時間在0.3秒鐘左右，虛擬軟切換的時間在1秒鐘左右。
考慮到今后高鐵可能會重新提速到350公里/小時，即97米/秒，設計時按350公里/小時來考慮，則虛擬軟切換距離應該為L=2TV=2×1×97=194米。
2、LTE切換距離設置 LTE切換時間在0.5秒鐘左右，按350公里/小時來設計，則LTE切換距離應該為L=2TV=2×0.5×97=94米。
3、 CDMA基站距鐵軌垂直距離，根據衰減因子模型在滿足車廂內Rx ≥-93dBm前提條件下，建議C網基站距離鐵軌的垂直距離在300m～500m之間。
LTE基站距鐵軌垂直距離，同理在滿足車廂內RSRP≥-105dBm前提條下建議L網基站距離鐵軌的垂直距離在200m～350m之間。
4、站間距設置，經過現網實測：CDMA站間距大于2.5公里時，覆蓋指標惡化比較明顯，因此單個站間距不宜超過2.5公里；站間距小于1公里時，繼續(xù)縮短站間距所獲得的覆蓋增益變小，但投資將大幅增加，因此單個站間距不宜小于1公里；C網基站的站間距建設設置在1.8km～2km左右。LTE站間距設置，建議設置在0.9km～1.1km左右。
四、 C&L網站址布局設計
高速鐵路一般都為復線鐵軌，也就是“來”和“往”的鐵軌是不＼在一條鐵軌上，為了能夠很好的兼顧復線鐵軌“來往”列車的覆蓋要求，建議基站采用“之”字形的分布方式。（圖1）
部分鐵路因各種特殊原因，如需繞過重要的設施、沿山谷行進等，需要采用“）”形彎軌形式，在這種情況下，需要考慮將基站選擇在或者布置在“）”形彎道內側，保證對“）”形彎道的良好覆蓋。（圖2）
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一、多普勒效果明顯
當信號進入車廂時，不同的入射角對應的穿透損耗不同，當信號垂直入射時的穿透損耗最小。當基站的垂直位置距離鐵道較近時，覆蓋區(qū)邊緣信號進入車廂的入射角小，穿透損耗大。對于以固定速度v 運動的移動臺，所接收的載波會多普勒頻移。在入射角為0°時，多普勒頻移效應最明顯。當高鐵設計時速為350km/h時，f=850MHz時，對應的多普勒偏移大約為275Hz， f=2.1GHz時，對應的多普勒頻移為680Hz。
1.1 CDMA2000系統(tǒng)能抵抗多普勒效應
CDMA2000基站使用的是高通的CSM6700/CSM6800芯片，允許的最大頻移為960Hz，能夠容許的最大移動速度為（入射角為0°）：1296km/h。CDMA2000系統(tǒng)完全有能力抵抗多普勒效應，滿足高速移動下的通信需求。但多普勒頻移的存在，導致基站和手機的相干解調性能降低，鏈路預算時需在原有Eb/Nt的取值上增加約2dB。
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2.1GHz頻段，350km/h車速，此時多普勒頻偏為680Hz，小于子載波間隔15kHz。時域上行DMRS信號間隔為0.5ms，可以克服±1kHz頻偏。采用增強頻偏估計算法：可適用于頻偏大于1kHz、小于2.5kHz的超高速場景，支持2.1GHz頻段最大移動速度為 450km/h。
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2.1 采用同小區(qū)（同PN）技術減少切換次數
多個RRU設置為同小區(qū)（同PN） 邏輯小區(qū)，在邏輯小區(qū)內部不需要切換。同小區(qū)技術使得切換次數大幅度減少，掉話率得到明顯改善。
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1、CDMA切換距離設置 CDMA軟切換時間在0.3秒鐘左右，虛擬軟切換的時間在1秒鐘左右。
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2、LTE切換距離設置 LTE切換時間在0.5秒鐘左右，按350公里/小時來設計，則LTE切換距離應該為L=2TV=2×0.5×97=94米。
3、 CDMA基站距鐵軌垂直距離，根據衰減因子模型在滿足車廂內Rx ≥-93dBm前提條件下，建議C網基站距離鐵軌的垂直距離在300m～500m之間。
LTE基站距鐵軌垂直距離，同理在滿足車廂內RSRP≥-105dBm前提條下建議L網基站距離鐵軌的垂直距離在200m～350m之間。
4、站間距設置，經過現網實測：CDMA站間距大于2.5公里時，覆蓋指標惡化比較明顯，因此單個站間距不宜超過2.5公里；站間距小于1公里時，繼續(xù)縮短站間距所獲得的覆蓋增益變小，但投資將大幅增加，因此單個站間距不宜小于1公里；C網基站的站間距建設設置在1.8km～2km左右。LTE站間距設置，建議設置在0.9km～1.1km左右。
四、 C&L網站址布局設計
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