FDD LTE高铁覆盖解决方案

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  全球高铁发展共经历了三次浪潮,三个阶段分别投资建设高铁2974km、1972km、57712km(预测),第三次浪潮(90年代中期—现在)的规模超过前两次的总和。预计未来几年全球高铁投资总额将达到7769亿美元,其中信息设备583亿美元(占投资总额的7.5%左右)。信息化系统主要包括通信系统和信号系统,比例各占一半左右。中国市场投资额高达3209亿美元,占全球的41%。预计“十二五”期间,中国将可能投资建设2万公里高铁,将为信息化设备带来1500亿(225亿美元)的投资额。

  高铁信息化系统建设一般滞后高铁项目启动两年左右,2012年—2015年全球将迎来高铁信息化设备投资的高峰期。

 

  高铁覆盖面临的挑战

 

  根据未来高铁的发展趋势和欧美国家目前运营状况,高铁覆盖方案应该能满足350km/h以上速度,最快达到450km/h的高速行驶要求。新型全封闭车厢对手机信号的衰耗在24dB之上。根据建成后的京津高铁GSM-R专用通信网推断,高铁覆盖方案在最短发车间隔(3分钟)状态下应该满足300名左右旅客的话务量需求,网络接通率超过95%,覆盖率为99.5%,掉话率不高于5%,切换成功率在90%以上。

  高速列车场景的网络覆盖面临以下挑战。

 

  车体穿透损耗大

 

  高速列车采用密闭式厢体设计,增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗,中兴通讯对各种主要客运车型的损耗情况进行了详细测试,综合衰减值如表1所示。

 

  多普勒频偏

 

   高速覆盖场景对FDD LTE系统性能影响最大的是多普勒效应。接收到的信号的波长因为信号源和接收机的相对运动而产生变化,称作多普勒效应。在移动通信系统中,特别是高速场景下,这种效应尤其明显。

 

  高速影响性能

 

    在UE(用户设备)高速场景下,对切换的性能会有较大的影响。为保证用户无缝移动性及QoS,最基本的要求就是用户通过切换区域的时间要大于切换的处理时间,否则切换流程无法完成,会造成用户的QoS下降甚至掉话。在高速场景下,由于UE驻留时间小于小区选择过程,还容易出现脱网、小区选择失败等网络问题。

 

  公网和高铁覆盖专网相互影响

 

  高铁覆盖作为FDD LTE公网覆盖的一部分,必须考虑高铁覆盖专网和公网之间的相互影响。专网和公网之间应避免形成空洞和过度重叠覆盖,特别要避免大网站点越过高铁轨道进行覆盖。要做好公网、专网间切换、重选等关系,确保相互之间的正常过渡。

 

  FDD LTE高铁覆盖解决方案

 

  针对高铁覆盖所面临的大频偏、频繁切换等技术难点,中兴通讯提供专业的LTE高铁覆盖方案。

 

  自适应频偏校正算法

 

  对于高速移动的用户,多普勒频偏往往非常大,基站接收机必须估计和发射机之间的频率误差并完成频率误差校正,否则将对链路性能造成很大影响。另外,基站接收机还需要应对频偏快速变化的问题,即保证能够迅速跟上频偏变化速度并进行有效的补偿。对于列车时速高达300km/h的场景而言,如果频偏跟踪速度太慢,会在频偏快速变化时产生巨大的估计误差,导致性能严重恶化。中兴通讯自主研发自适应频偏校正算法,能在基带层面实时检测出当前子帧频率偏移的相关信息,对频偏造成的基带信号相位偏移予以校正,提升基带性能解调。

 

  单小区多RRU级联技术

 

  从FDD LTE高铁覆盖特点来看,为保证小区间可靠切换,需增加小区的覆盖范围,减少小区切换次数。中兴通讯推出单小区多RRU级联方案,此方案基于中兴通讯首创的SDR平台,设备体积小、重量轻,功耗低,环境适应能力强,使运营商高铁覆盖网络部署变得简单易行。中兴通讯应用BBU+RRU技术,可以将多个RRU组网,利用基带合并技术组合到一个小区内。当属于同一逻辑小区的多个RRU覆盖区域部分重叠连环相连之后,构成一个狭长地带的高信号强度的适合铁路沿线的小区覆盖方案,有利于增加覆盖信号强度。图1所示。

 

  

  图1 多RRU级联技术

 

  公网和专网的切换原则

 

   要重点考虑公网和专网的切换原则和对应关系,保证公网用户顺利切入高铁专网,并保证离开站台时,避免发生乒乓位置更新。铁路覆盖专网专用,在站点和候车室设置专网与公网过渡的隔离,相互设置邻区,同时列车进行中专网小区和公网小区不设置为邻区,用户不允许切换到公网,公网用户也不能占用专网资源。

 

  密集城区高速覆盖

 

  高铁经过密集城区时,由于站点间距较小,切换带也较小,而且密集城区没有明显的视距环境,多普勒效应明显,对性能影响严重,导致解调SNR降级严重;同时对城区多径衰落的影响比较明显,容易出现向目标小区切换后回切,造成频繁掉话。针对密集城区的高铁覆盖,可以在传统三小区的基础上,新增一个小区(第4小区)用于高铁覆盖,如图2所示。

 

  

  图2 第4小区高铁覆盖方案

 

  对于高速铁路第4小区,硬件上要求每小区要覆盖两个方向,这样可以减少高速列车的小区切换和重选次数,不影响原有话务吸收,容量优化简单,形成简洁的小区重选和切换关系,实现铁路的专门覆盖。

  随着高铁投资高峰时期的到来,中兴通讯FDD LTE专家团队致力于高铁覆盖方案的研究。这个团队经过近3年的历练,精通技术原理,实战经验丰富。他们已蓄势待发,将助力运营商驰骋高铁时代。


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