TD-LTE高铁覆盖方案分析

广东南方电信规划咨询设计院有限公司 林 琳

0 前言

2009年开启的高铁投资盛宴，时隔5年后再次迎来高潮。截止15年4月份，广东省运营时速超过200km/h的高速铁路有5条，包括了厦深高铁、武广高铁、广深港高铁、贵广高铁、南广高铁。在高速运行的环境下，多普勒效应、穿透损耗、小区选择及重选、呼叫与切换等将会有较高的要求。

1 高铁覆盖中的技术难点

1.1 穿透损耗大

目前国内使用的高速列车均为密闭式厢体设计，型号为CRH。车体损耗远远大于普通列车。同时不同类型的CRH列车，穿透损耗也不尽相同。

1.2 多普勒效应影响

多普勒效应指由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象。在移动通信中，当移动台在高速运动中通信情况下，当移动台MS靠近基站时，MS接收到的频率会变大；而远离基站时，频率减小，这就是通信中的多普勒现象。

1.3 小区选择、重选、呼叫和切换的问题

移动通信系统中涉及到小区选择、重选、呼叫和切换；处理以上问题需要一定的时间对无线信道资源进行测量、平均、判决、执行等。而高速铁路相较于普通的应用场景，移动台MS移动速度快，导致一项流程从发起到完成（如切换、呼叫等），移动台MS所处的无线环境已经发生了很大的变化，这就相较于正常的通信增加了新的影响[1]。

如果按照现有的TD-LTE小区信号来对高速铁路进行覆盖，现网中的小区一般覆盖半径较小，一般在0.5km～1.5km之间，列车高速通过一个小区所需时间较短，按200km/h计算（55m/s），仅仅只需9s～27s，1分钟内手机平均切换次数达到2.2～6.6次，切换会很频繁。

同时现网中存在大量切换带比较窄的覆盖区域，特别是在密集城区，完成测量和判决后，移动台MS已经穿越至下一个小区或更下一个小区，无法完成小区选择、重选、呼叫和切换等流程，脱网、掉话的现象将大量存在，所以使用现有传统的TD-LTE网络进行覆盖时，切换成功率往往比较低。

针对该影响，可通过扩大单小区覆盖范围来降低切换次数、提高重叠覆盖区等方式组合应用来解决[2]。

由于高速铁路的运行的特殊环境，需要车体密封性极好，带来了信号的损耗高，使车厢内场强减弱，通信质量明显下降；同时由于列车运行速度较快，移动台在TD-LTE网络进行各种测量、判决、执行的过程中，无线环境已发生很大变化，因此产生网络的质量下降，主要体现：

(1)信号衰落严重，列车内场强弱；

(2)小区间重叠覆盖区域缩短，用户通话接通率低；

(3)质量差，切换频繁，掉话率高；

(4)位置更新频繁、量大，信令负荷重。

因此为保证乘客的通信畅通和通信质量，解决铁路提速后出现的接通率低和掉话等现象，需要对现有TD-LTE网络进行优化，优化解决方案可以设置独立的覆盖专网，并且使用小区合并技术，扩大单个小区的覆盖范围，延长小区的驻留时间；扩大切换带，增大相邻小区的重叠覆盖范围，进而提高网络质量，提升用户感知度。

2 高铁覆盖中的规划分析

2.1 多RRU级联小区合并

高速铁路覆盖属于狭长地形场景，沿线通过存在环境多样、地形复杂、选址困难的问题，覆盖时采用分布式基站BBU+RRU方式；同时考虑线路内隧道及隧道外组网方便，多采用双通道RRU；该方式中的设备分为射频拉远单元（RRU）和基带处理单元（BBU）两个部分，并通过光缆进行连接，避免了信号的损耗。BBU采用集中放置，实现了基带池，基带资源能够充分的利用， RRU可以灵活地放置于铁路沿线位置，实现更好的覆盖，使用光缆与BBU进行连接，同时RRU之间可以级联，实现几个RRU归属于同一个小区。通过级联及小区合并，可实现物理上不同位置的RRU，逻辑上设置为同小区，使到达MS终端的信号为同一信号。将多小区合并，同时设置铁路覆盖专网，扩大了单小区的覆盖范围，可以大大减少切换次数，提高了通话质量。

2.2 高铁的链路预算

LTE基站，每载波输出功率为30W，天线采用21dB高增益天线，LTE下行链路预算如下：

表1 链路预算表

2.3 切换重叠覆盖区长度

具体如图1所示，为实现无线业务的连续性，我们需要合理的设置重叠覆盖区域，重叠覆盖区域过大过小都会影响覆盖的效果。重叠覆盖区域设计需要从两个方面进行考虑：过渡区域和切换判决区域。表2为不同速度下TD-LTE同频切换重叠覆盖区的大小。

图1 重叠覆盖带示意图

过渡区域A：从中心位置到信号满足切换电平迟滞需要的距离切换判决区域B：包含切换时间迟滞以及切换执行判决对应距离。

表2 TD-LTE切换所需重叠距离

表3 TD-LTE重选重叠覆盖区

3 结束语

本文针对TD-LTE网络高铁覆盖中存在的技术难点进行规划分析。对穿透损耗大、多普勒效应、小区选址、重选、呼叫及切换等问题进行分析。对多RRU小区合并、链路预算、重叠区覆盖等设置方式进行叙述，指导今后的覆盖规划工作。

[1] 张炎炎徐德平等.TD-LTE高铁覆盖方案研究[D].中国移动通信集团设计院第19届新技术论坛论文集

[2] 黄国晖吴昊.高铁隧道覆盖中的“POI＋泄漏电缆”解决方案[J].中国新通信,2010,5.