伴隨著中國高鐵的發(fā)展，高鐵通信網(wǎng)絡覆蓋成為通信行業(yè)需要攻克的新課題。早在2008年，大唐移動就在與上海移動聯(lián)合進行的創(chuàng)新專項課題研究中，成功解決了全球最高時速的上海磁懸浮列車高速運行下的TD-SCDMA無縫覆蓋難題；實現(xiàn)了0～431Km/h的各種速度下TD系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定通信。基于在TD-SCDMA技術高速組網(wǎng)領域的研究成果，大唐移動不斷探索，進一步提出TD-LTE高鐵組網(wǎng)方案。
一、高速移動成高鐵通信難點所在
中國高鐵運行速度一般為300公里/小時，最高設計時速可達350公里/小時，在此高速移動的情況下提供良好的網(wǎng)絡覆蓋一直是移動通信組網(wǎng)的難題。首先，由于高速運動所導致的多普勒頻偏會使接收端頻率產(chǎn)生變化，移動速度越快，頻率越高，產(chǎn)生的頻偏也越大，嚴重影響基站和終端的接收性能。其次，高速移動帶來的切換頻繁，會使終端接入成功率低、掉話率高，嚴重影響網(wǎng)絡性能。另外，高鐵沿途無線傳播環(huán)境復雜，再加上高鐵車體穿透損耗很大，因此對高鐵組網(wǎng)、網(wǎng)絡規(guī)劃設計、網(wǎng)絡優(yōu)化提出更高的要求。
二、大唐移動TD-LTE高速組網(wǎng)解決方案
針對以上高鐵組網(wǎng)面臨的問題，大唐移動開發(fā)了專用的TD-LTE頻偏補償算法、接入切換性能提升方案、以及個性化的產(chǎn)品解決方案、網(wǎng)絡規(guī)劃設計方案、特殊的網(wǎng)絡優(yōu)化參數(shù)設置方案等有效的解決手段。
1、高效的頻偏補償算法
多普勒頻移是對高鐵通信造成干擾的主要因素之一。在高鐵場景下，多普勒頻移會隨著用戶位置移動的變化而變化，且最大多普勒頻率偏移與用戶運動速度成正比。同時，若基站與鐵軌垂直距離越小，多普勒頻移也越大。當列車在小區(qū)邊緣時，頻偏最大，終端在非共站址的兩個小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域經(jīng)過時，需要同時接收到兩個小區(qū)的方向相反的大頻偏CRS信號，終端鎖定下行信號頻率后發(fā)送上行信號，上行接收將帶來頻移。
結合這些特點，大唐移動針對300km/h以上的高速場景，引入大頻偏估計、時域頻偏補償以及高速信道估計去噪和高速定時偏差修正等算法，快速測算出由于高速移動所帶來的頻率偏移，補償多普勒頻移，改善無線鏈路的穩(wěn)定性，從而提高解調性能。
2013年4月，大唐移動高速移動算法通過了中國移動研究院實驗室驗證，測試結果表明，大唐移動高速移動算法能夠滿足中國移動“當UE移動速率300km/h時，采用糾偏算法后，上行接收性能下降不超過20%”的企標要求。
2、接入切換性能提升方案
在高鐵場景中，高速運動會導致移動終端切換頻繁，從而增大了接入和掉話幾率，也會產(chǎn)生乒乓切換導致網(wǎng)絡質量受影響。針對此問題，大唐移動有針對性的提出了全套產(chǎn)品和相關配套算法解決方案。
在產(chǎn)品配置方案方面，大唐移動采用BBU+雙通道RRU+2通道窄波束高增益定向天線，同時支持TD-SCDMA和TD-LTE雙模，配置S1/1實現(xiàn)高速鐵路沿線扇區(qū)覆蓋。該方案將一塊BBU和12個RRU、BBU集中放置維護，其中，RRU光纖拉遠比較適合高鐵的線狀覆蓋；采用2通道設備，容易支持更多的RRU進行小區(qū)合并，擴大單小區(qū)覆蓋范圍；而采用2通道高增益天線，則可以進一步提升網(wǎng)絡覆蓋性能，整套配置可大大降低站址的獲取難度。
除此之外，大唐移動還在高鐵解決方案中增加了小區(qū)合并算法和定向切換算法以解決小區(qū)切換帶來的影響。其中，小區(qū)合并技術可以擴大單小區(qū)覆蓋范圍，將多個物理小區(qū)合并成一個邏輯小區(qū)，使同一邏輯小區(qū)內(nèi)不需要預留重疊區(qū)域，以此減少切換次數(shù)，對于覆蓋距離特別短的小區(qū)通過合并使覆蓋距離符合高速移動切換和駐留要求，提高業(yè)務覆蓋質量。
大唐移動LTE產(chǎn)品支持12個雙通道RRU小區(qū)合并，高鐵組網(wǎng)場景下可以將12個雙通道布配成1個20MTD-LTE小區(qū)，并將3個站址資源下的小區(qū)合并為同一小區(qū)，最大化小區(qū)覆蓋范圍。
為簡化鄰區(qū)關系，規(guī)避乒乓切換，大唐移動在高鐵場景還設計了定向切換算法，根據(jù)不同用戶的移動方向，確定該用戶今后所有可能的移動位置，據(jù)此來設置針對該用戶特定的鄰區(qū)關系，從而確定用戶下一個可能的切換小區(qū)，既簡化了鄰區(qū)關系，又避免了不必要的乒乓切換，防止切換掉話，提高了切換成功率，也改善了用戶的使用感受。
三、合理的組網(wǎng)規(guī)劃方案
良好的網(wǎng)絡規(guī)劃設計方案是建設優(yōu)質網(wǎng)絡的基礎保障。高鐵為線狀覆蓋，為確保高鐵網(wǎng)絡性能，大唐移動研發(fā)了高鐵專網(wǎng)組網(wǎng)方式，在高速鐵路沿線同時用兩個網(wǎng)絡（高速專網(wǎng)和公網(wǎng)）來進行重疊覆蓋，其中高速專網(wǎng)負責為高速移動用戶提供服務，公網(wǎng)則負責為低速用戶提供服務，通過參數(shù)配置保證高速專網(wǎng)網(wǎng)絡與公網(wǎng)的分離。這樣在后續(xù)網(wǎng)絡優(yōu)化、擴容時，可根據(jù)高速專網(wǎng)與公網(wǎng)不同的需求，分別獨立規(guī)劃優(yōu)化。針對高鐵獨有特點，網(wǎng)絡規(guī)劃時應重點考慮做好頻率規(guī)劃、站址選擇和鄰區(qū)配置。
1、頻率規(guī)劃
高鐵組網(wǎng)面臨的多普勒頻偏和穿損大的問題均與頻率有關，頻率越高多普勒頻偏越大，穿損也越大。因此，高鐵組網(wǎng)最好選擇低頻來擴大網(wǎng)絡覆蓋，從而減少站址需求，節(jié)約建網(wǎng)成本。為保證高鐵專網(wǎng)網(wǎng)絡性能，高鐵與沿線相鄰大網(wǎng)宏站可采用異頻組網(wǎng)方式，以規(guī)避干擾。
由于高鐵途徑城市、鄉(xiāng)村等多種不同場景，因此頻率規(guī)劃應結合實際應用頻率資源和場景特點確定。在郊區(qū)、鄉(xiāng)村場景可采用F頻段組網(wǎng)，提升網(wǎng)絡覆蓋范圍，而市區(qū)則可根據(jù)大網(wǎng)宏站頻率應用情況選擇F或D頻段組網(wǎng)。
2、站址規(guī)劃
站點的選擇對網(wǎng)絡的性能也有較大影響。一般來說，基站站址越靠近鐵軌，它的覆蓋效果就越好，但是如果站點距離道路太近，可能會導致兩個問題：“塔下黑”和“穿透損耗急劇增加”。
在高速鐵路場景下，隨著掠射角(車輛前進方向與站點與車輛連線的夾角)的減小，列車車廂穿透損耗增加幅度增大。當掠射角在10度以內(nèi)，列車穿透損耗增加幅度明顯加快，因此在網(wǎng)絡規(guī)劃設計的時候，實際的掠射角應該控制在10度以上。高鐵站點距離鐵路垂直距離應在100~200m之間。
此外，考慮到節(jié)省投資和維護開支等問題，還應盡量利用現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃站址，如條件允許，可在鐵路兩邊交叉布站，以利于信號覆蓋均勻分布。
3、鄰區(qū)規(guī)劃
鄰區(qū)列表的多少將影響測試的精度和手機測量時間，因此高速鐵路專網(wǎng)覆蓋應獨立于外網(wǎng)，且對鄰區(qū)數(shù)量進行適當控制，簡化鄰區(qū)關系。
對于車站小區(qū)，覆蓋車站候車室與出口處的小區(qū)采用公網(wǎng)覆蓋，站臺小區(qū)采用專網(wǎng)覆蓋。站臺小區(qū)可以和公網(wǎng)互配鄰區(qū)，并在專網(wǎng)和公網(wǎng)間的過渡區(qū)域合理規(guī)劃參數(shù)配置。
對于鐵路沿線小區(qū)，鐵路沿線專網(wǎng)小區(qū)應配置公網(wǎng)小區(qū)為單向鄰區(qū)，以保證部分公網(wǎng)用戶在專網(wǎng)和公網(wǎng)間過渡的通話質量，但同時，為規(guī)避公網(wǎng)用戶占用專網(wǎng)資源，不建議公網(wǎng)小區(qū)配置專網(wǎng)小區(qū)為鄰區(qū)。然而，對于部分專網(wǎng)覆蓋較差區(qū)域，可通過局部設置雙向鄰區(qū)關系方式保證專網(wǎng)業(yè)務體驗。
四、專業(yè)的高速參數(shù)配置優(yōu)化方案
針對高速移動的特點，大唐移動對接入和切換參數(shù)進行了單獨設置，以更好的滿足高鐵網(wǎng)絡覆蓋需求。
在接入?yún)?shù)配置方面，可開啟Prach信道的高速開關設置，采用高速場景的Ncs配置，根據(jù)不同覆蓋距離選用不同的Ncs配置。高速場景切換參數(shù)設置的原則是盡量使高速移動中的用戶端在有限的重疊覆蓋區(qū)內(nèi)快速完成切換，以避免用戶端移動出重疊覆蓋區(qū)尚未切換而發(fā)生掉話。盡管高鐵場景上用戶移動的速度快，但方向明確，因此更便于提前啟動切換。
中國高鐵自開通運營以來，客流需求旺盛，運量持續(xù)增長，越來越多的人選擇高鐵出行，這一趨勢也成為推動高鐵通信網(wǎng)絡發(fā)展的重要因素。TD-LTE新一代無線通信技術無疑將會為高鐵通信建設助一臂之力。大唐移動作為TD-LTE標準提出者和主流設備廠商，在深入研究高鐵組網(wǎng)面臨主要問題的基礎上，從產(chǎn)品規(guī)劃、算法提升、以及網(wǎng)絡規(guī)劃、優(yōu)化多方面提出TD-LTE高鐵組網(wǎng)綜合解決方案，并不斷提升產(chǎn)品性能、完善相關算法，助力運營商打造一張高品質的TD-LTE高鐵網(wǎng)絡。
