高铁WCDMA多RRU级联组网出现的问题及解决方式建议

雷鸣+林善亮+刘永芳

【摘 要】

高铁WCDMA多RRU级联共小区组网虽然能够减少小区切换，但是由于多普勒效应，UE会收到两个不同频率的共小区信号，解调功能受到严重的影响，从而导致掉话，同时吞吐率急剧下降，这种现象在某些非高通芯片的WCDMA手机中特别明显。基于此，重点对多RRU级联共小区的原理以及出现的掉话问题进行分析，并提出了解决方式建议。

【关键词】

WCDMA 多RRU级联 正负频偏

1 高铁多RRU级联共小区组网出现的

问题

目前高铁移动通信主要采用专网组网，主流厂家的WCDMA Node B主设备一般能支持多RRU级联共小区的组网方式，即两个RRU共小区以减少切换。但若在高速铁路上采用该组网方式，列车快速移动会产生多普勒频移和多径衰落。当UE收到两个不同的频率（正负频偏达到500Hz），且这两个频率分别属于共小区的两个RRU时，某些非高通芯片的UE解调功能将受到严重的影响，导致掉话，同时吞吐率急剧下降。如图1所示：

经分析，当列车运行速度为250km/h时，WCDMA系统产生的最大频偏达到了近500Hz，WCDMA基站采用相干解调的检测方式，接收端的本地解调载波必须与接收信号的载波同频同相，载波频率的抖动对接收机的解调性能无疑会产生影响。

2 多RRU级联共小区的原理

共小区的每个RRU采用独立解调的方式，利用基带合并技术把多个RRU接收到的天线信号合并到1个小区，此时对RNC来说看到的是1个小区，但下行一路信号复制到多个RRU同时输出。从切换性能看，不同RRU覆盖区的切换在Node B内部完成，无需RNC参与，相对于非多RRU共小区方式来说，小区数目减少从而减少了小区间切换次数。从覆盖灵活性上看，多个RRU的覆盖区可以灵活组合成线状覆盖区，能用较少的小区数目满足交通线路的覆盖需求。每个RRU有单独的天线覆盖不同扇区，多个RRU属于一个小区，具有相同的扰码。由于使用了基带合并技术，多RRU的信号合并不会引入信号底噪抬升，不影响上行接收灵敏度。

上行数据如图2所示。

每个RRU上的上行数据通过接口Interface FPGA分别送到基带处理单元“UL BB Processing”进行独立解调，解调过程最后一个环节就是在基带处理单元中采用RAKE方式进行多路数据的合并，合并之后的数据可被后续过程进行译码。合并后的数据在后续过程和单RRU小区处理方式无区别。

下行数据如图3所示。

下行基带（DL BB）仍然只输出1个小区信号，但接口FPGA会把一路信号复制成多份发送到这个小区的下行数据所指定的每个RRU上。

3 多RRU级联共小区掉话分析

当终端出现在如图4所示的两个共小区的RRU之间时，会出现所谓的“正负频偏”问题。

下行方向上，UE远离一个RRU时会产生一个-fd的频偏，相对另一个RRU会产生+fd的频偏，两个共小区的RRU的信号对终端来说形成一正一负两种频偏，并且由于扰码相同，终端可能会将两个RRU的信号视为同一信号的不同径合在一起进行纠偏。当终端移动到两个RRU的中间点附近，两个RRU的下行信号强度足够接近时，终端对下行信号的纠偏结果会接近于0，这样对任何一个RRU的下行信号来说，终端纠偏结果都是有误差的。当速度足够高，这个误差足够大时，有可能导致掉话。

在上行方向，产品实现上也是将共小区的两个RRU收到的上行信号视为两条径加以合并，然后进行纠偏。类似对下行方向的分析，当径能量足够接近时，上行方向上的纠偏结果会接近0，对于真实频偏为一正一负的两条径来说，存在较大误差，可能导致解调性能的下降。

为了对抗高速情形下的多普勒效应，主流厂家基站接收机采用AFC，即自动频率控制进行频率纠偏。但是像这种级联问题引起的频偏，对某些非高通芯片的终端效果不明显。

4 多RRU级联共小区解

决方式建议

独立解调多RRU级联共小区组网方案在高速场景有着重要的应用价值，能够减少小区切换并相应地改善切换相关的掉话现象和数据业务速率掉底现象。但在获得性能增益的同时，也增加了拥塞的风险和多普勒频移相关的掉话风险。

根据上文的分析，当列车运行速度超过250km/h时，考虑某些非高通芯片的手机掉话及吞吐率急剧下降问题，建议解决方式如下：

（1）采用双RRU背靠背共小区组网：即双RRU（0.5+0.5）共小区方案，RRU分别覆盖两个方向，避免出现“正负频偏”现象，提高切换成功率。如图5所示。

（2）采用单RRU功分覆盖：在站间距较小（比如利用现网站址，受地形和站址获取限制），覆盖可以满足的情况下，根据情况适当采用单RRU功分方式，也可以避免出现“正负频偏”现象。如图6所示。

5 结束语

本文首先介绍了高铁多RRU级联共小区情况下，某些非高通芯片的WCDMA手机终端出现掉话、吞吐率下降的问题；然后对多RRU级联共小区的原理及出现的问题进行分析；最后提出了问题的解决建议，希望对将来的高铁组网具有参考借鉴作用。

参考文献：

[1] Harri Holma， Antti Toskala. WCDMA技术与系统设计：第三代移动通信系统的无线接入[M]. 3版. 陈泽强，周华，付景兴，等译. 北京： 机械工业出版社， 2005.

[2] 苏华鸿. 高铁移动通信的特殊性讨论[J]. 邮电设计技术， 2010（6）： 1-4.

[3] 苏华鸿. 移动通信多普勒频移与高铁覆盖技术[J]. 邮电设计技术， 2009（12）： 1-4.

[4] 中国联通集团公司. WCDMA无线网络规划[Z]. 2012.

[5] 华为技术有限公司. UMTS性能R14高速覆盖性能解决方案[Z]. 2012.

作者简介

雷鸣：工程师，学士毕业于湖南大学，现任中国联合网络通信有限公司长沙市分公司网络建设部副总经理，负责网络建设及优化的管理工作。

林善亮：工程师，学士毕业于北京邮电大学，现任职于北京中网华通设计咨询有限公司，从事WCDMA网络的规划设计工作。

刘永芳：学士毕业于西安电子科技大学通信工程专业，现任职于北京中网华通设计咨询有限公司，负责湖南GSM/WCDMA的传输网络规划设计工作。

【摘 要】

高铁WCDMA多RRU级联共小区组网虽然能够减少小区切换，但是由于多普勒效应，UE会收到两个不同频率的共小区信号，解调功能受到严重的影响，从而导致掉话，同时吞吐率急剧下降，这种现象在某些非高通芯片的WCDMA手机中特别明显。基于此，重点对多RRU级联共小区的原理以及出现的掉话问题进行分析，并提出了解决方式建议。

【关键词】

WCDMA 多RRU级联 正负频偏

1 高铁多RRU级联共小区组网出现的

问题

目前高铁移动通信主要采用专网组网，主流厂家的WCDMA Node B主设备一般能支持多RRU级联共小区的组网方式，即两个RRU共小区以减少切换。但若在高速铁路上采用该组网方式，列车快速移动会产生多普勒频移和多径衰落。当UE收到两个不同的频率（正负频偏达到500Hz），且这两个频率分别属于共小区的两个RRU时，某些非高通芯片的UE解调功能将受到严重的影响，导致掉话，同时吞吐率急剧下降。如图1所示：

经分析，当列车运行速度为250km/h时，WCDMA系统产生的最大频偏达到了近500Hz，WCDMA基站采用相干解调的检测方式，接收端的本地解调载波必须与接收信号的载波同频同相，载波频率的抖动对接收机的解调性能无疑会产生影响。

2 多RRU级联共小区的原理

共小区的每个RRU采用独立解调的方式，利用基带合并技术把多个RRU接收到的天线信号合并到1个小区，此时对RNC来说看到的是1个小区，但下行一路信号复制到多个RRU同时输出。从切换性能看，不同RRU覆盖区的切换在Node B内部完成，无需RNC参与，相对于非多RRU共小区方式来说，小区数目减少从而减少了小区间切换次数。从覆盖灵活性上看，多个RRU的覆盖区可以灵活组合成线状覆盖区，能用较少的小区数目满足交通线路的覆盖需求。每个RRU有单独的天线覆盖不同扇区，多个RRU属于一个小区，具有相同的扰码。由于使用了基带合并技术，多RRU的信号合并不会引入信号底噪抬升，不影响上行接收灵敏度。

上行数据如图2所示。

每个RRU上的上行数据通过接口Interface FPGA分别送到基带处理单元“UL BB Processing”进行独立解调，解调过程最后一个环节就是在基带处理单元中采用RAKE方式进行多路数据的合并，合并之后的数据可被后续过程进行译码。合并后的数据在后续过程和单RRU小区处理方式无区别。

下行数据如图3所示。

下行基带（DL BB）仍然只输出1个小区信号，但接口FPGA会把一路信号复制成多份发送到这个小区的下行数据所指定的每个RRU上。

3 多RRU级联共小区掉话分析

当终端出现在如图4所示的两个共小区的RRU之间时，会出现所谓的“正负频偏”问题。

下行方向上，UE远离一个RRU时会产生一个-fd的频偏，相对另一个RRU会产生+fd的频偏，两个共小区的RRU的信号对终端来说形成一正一负两种频偏，并且由于扰码相同，终端可能会将两个RRU的信号视为同一信号的不同径合在一起进行纠偏。当终端移动到两个RRU的中间点附近，两个RRU的下行信号强度足够接近时，终端对下行信号的纠偏结果会接近于0，这样对任何一个RRU的下行信号来说，终端纠偏结果都是有误差的。当速度足够高，这个误差足够大时，有可能导致掉话。

在上行方向，产品实现上也是将共小区的两个RRU收到的上行信号视为两条径加以合并，然后进行纠偏。类似对下行方向的分析，当径能量足够接近时，上行方向上的纠偏结果会接近0，对于真实频偏为一正一负的两条径来说，存在较大误差，可能导致解调性能的下降。

为了对抗高速情形下的多普勒效应，主流厂家基站接收机采用AFC，即自动频率控制进行频率纠偏。但是像这种级联问题引起的频偏，对某些非高通芯片的终端效果不明显。

4 多RRU级联共小区解

决方式建议

独立解调多RRU级联共小区组网方案在高速场景有着重要的应用价值，能够减少小区切换并相应地改善切换相关的掉话现象和数据业务速率掉底现象。但在获得性能增益的同时，也增加了拥塞的风险和多普勒频移相关的掉话风险。

根据上文的分析，当列车运行速度超过250km/h时，考虑某些非高通芯片的手机掉话及吞吐率急剧下降问题，建议解决方式如下：

（1）采用双RRU背靠背共小区组网：即双RRU（0.5+0.5）共小区方案，RRU分别覆盖两个方向，避免出现“正负频偏”现象，提高切换成功率。如图5所示。

（2）采用单RRU功分覆盖：在站间距较小（比如利用现网站址，受地形和站址获取限制），覆盖可以满足的情况下，根据情况适当采用单RRU功分方式，也可以避免出现“正负频偏”现象。如图6所示。

5 结束语

本文首先介绍了高铁多RRU级联共小区情况下，某些非高通芯片的WCDMA手机终端出现掉话、吞吐率下降的问题；然后对多RRU级联共小区的原理及出现的问题进行分析；最后提出了问题的解决建议，希望对将来的高铁组网具有参考借鉴作用。

参考文献：

[1] Harri Holma， Antti Toskala. WCDMA技术与系统设计：第三代移动通信系统的无线接入[M]. 3版. 陈泽强，周华，付景兴，等译. 北京： 机械工业出版社， 2005.

[2] 苏华鸿. 高铁移动通信的特殊性讨论[J]. 邮电设计技术， 2010（6）： 1-4.

[3] 苏华鸿. 移动通信多普勒频移与高铁覆盖技术[J]. 邮电设计技术， 2009（12）： 1-4.

[4] 中国联通集团公司. WCDMA无线网络规划[Z]. 2012.

[5] 华为技术有限公司. UMTS性能R14高速覆盖性能解决方案[Z]. 2012.

作者简介

雷鸣：工程师，学士毕业于湖南大学，现任中国联合网络通信有限公司长沙市分公司网络建设部副总经理，负责网络建设及优化的管理工作。

林善亮：工程师，学士毕业于北京邮电大学，现任职于北京中网华通设计咨询有限公司，从事WCDMA网络的规划设计工作。

刘永芳：学士毕业于西安电子科技大学通信工程专业，现任职于北京中网华通设计咨询有限公司，负责湖南GSM/WCDMA的传输网络规划设计工作。

【摘 要】

高铁WCDMA多RRU级联共小区组网虽然能够减少小区切换，但是由于多普勒效应，UE会收到两个不同频率的共小区信号，解调功能受到严重的影响，从而导致掉话，同时吞吐率急剧下降，这种现象在某些非高通芯片的WCDMA手机中特别明显。基于此，重点对多RRU级联共小区的原理以及出现的掉话问题进行分析，并提出了解决方式建议。

【关键词】

WCDMA 多RRU级联 正负频偏

1 高铁多RRU级联共小区组网出现的

问题

目前高铁移动通信主要采用专网组网，主流厂家的WCDMA Node B主设备一般能支持多RRU级联共小区的组网方式，即两个RRU共小区以减少切换。但若在高速铁路上采用该组网方式，列车快速移动会产生多普勒频移和多径衰落。当UE收到两个不同的频率（正负频偏达到500Hz），且这两个频率分别属于共小区的两个RRU时，某些非高通芯片的UE解调功能将受到严重的影响，导致掉话，同时吞吐率急剧下降。如图1所示：

经分析，当列车运行速度为250km/h时，WCDMA系统产生的最大频偏达到了近500Hz，WCDMA基站采用相干解调的检测方式，接收端的本地解调载波必须与接收信号的载波同频同相，载波频率的抖动对接收机的解调性能无疑会产生影响。

2 多RRU级联共小区的原理

共小区的每个RRU采用独立解调的方式，利用基带合并技术把多个RRU接收到的天线信号合并到1个小区，此时对RNC来说看到的是1个小区，但下行一路信号复制到多个RRU同时输出。从切换性能看，不同RRU覆盖区的切换在Node B内部完成，无需RNC参与，相对于非多RRU共小区方式来说，小区数目减少从而减少了小区间切换次数。从覆盖灵活性上看，多个RRU的覆盖区可以灵活组合成线状覆盖区，能用较少的小区数目满足交通线路的覆盖需求。每个RRU有单独的天线覆盖不同扇区，多个RRU属于一个小区，具有相同的扰码。由于使用了基带合并技术，多RRU的信号合并不会引入信号底噪抬升，不影响上行接收灵敏度。

上行数据如图2所示。

每个RRU上的上行数据通过接口Interface FPGA分别送到基带处理单元“UL BB Processing”进行独立解调，解调过程最后一个环节就是在基带处理单元中采用RAKE方式进行多路数据的合并，合并之后的数据可被后续过程进行译码。合并后的数据在后续过程和单RRU小区处理方式无区别。

下行数据如图3所示。

下行基带（DL BB）仍然只输出1个小区信号，但接口FPGA会把一路信号复制成多份发送到这个小区的下行数据所指定的每个RRU上。

3 多RRU级联共小区掉话分析

当终端出现在如图4所示的两个共小区的RRU之间时，会出现所谓的“正负频偏”问题。

下行方向上，UE远离一个RRU时会产生一个-fd的频偏，相对另一个RRU会产生+fd的频偏，两个共小区的RRU的信号对终端来说形成一正一负两种频偏，并且由于扰码相同，终端可能会将两个RRU的信号视为同一信号的不同径合在一起进行纠偏。当终端移动到两个RRU的中间点附近，两个RRU的下行信号强度足够接近时，终端对下行信号的纠偏结果会接近于0，这样对任何一个RRU的下行信号来说，终端纠偏结果都是有误差的。当速度足够高，这个误差足够大时，有可能导致掉话。

在上行方向，产品实现上也是将共小区的两个RRU收到的上行信号视为两条径加以合并，然后进行纠偏。类似对下行方向的分析，当径能量足够接近时，上行方向上的纠偏结果会接近0，对于真实频偏为一正一负的两条径来说，存在较大误差，可能导致解调性能的下降。

为了对抗高速情形下的多普勒效应，主流厂家基站接收机采用AFC，即自动频率控制进行频率纠偏。但是像这种级联问题引起的频偏，对某些非高通芯片的终端效果不明显。

4 多RRU级联共小区解

决方式建议

独立解调多RRU级联共小区组网方案在高速场景有着重要的应用价值，能够减少小区切换并相应地改善切换相关的掉话现象和数据业务速率掉底现象。但在获得性能增益的同时，也增加了拥塞的风险和多普勒频移相关的掉话风险。

根据上文的分析，当列车运行速度超过250km/h时，考虑某些非高通芯片的手机掉话及吞吐率急剧下降问题，建议解决方式如下：

（1）采用双RRU背靠背共小区组网：即双RRU（0.5+0.5）共小区方案，RRU分别覆盖两个方向，避免出现“正负频偏”现象，提高切换成功率。如图5所示。

（2）采用单RRU功分覆盖：在站间距较小（比如利用现网站址，受地形和站址获取限制），覆盖可以满足的情况下，根据情况适当采用单RRU功分方式，也可以避免出现“正负频偏”现象。如图6所示。

5 结束语

本文首先介绍了高铁多RRU级联共小区情况下，某些非高通芯片的WCDMA手机终端出现掉话、吞吐率下降的问题；然后对多RRU级联共小区的原理及出现的问题进行分析；最后提出了问题的解决建议，希望对将来的高铁组网具有参考借鉴作用。

参考文献：

[1] Harri Holma， Antti Toskala. WCDMA技术与系统设计：第三代移动通信系统的无线接入[M]. 3版. 陈泽强，周华，付景兴，等译. 北京： 机械工业出版社， 2005.

[2] 苏华鸿. 高铁移动通信的特殊性讨论[J]. 邮电设计技术， 2010（6）： 1-4.

[3] 苏华鸿. 移动通信多普勒频移与高铁覆盖技术[J]. 邮电设计技术， 2009（12）： 1-4.

[4] 中国联通集团公司. WCDMA无线网络规划[Z]. 2012.

[5] 华为技术有限公司. UMTS性能R14高速覆盖性能解决方案[Z]. 2012.

作者简介

雷鸣：工程师，学士毕业于湖南大学，现任中国联合网络通信有限公司长沙市分公司网络建设部副总经理，负责网络建设及优化的管理工作。

林善亮：工程师，学士毕业于北京邮电大学，现任职于北京中网华通设计咨询有限公司，从事WCDMA网络的规划设计工作。

刘永芳：学士毕业于西安电子科技大学通信工程专业，现任职于北京中网华通设计咨询有限公司，负责湖南GSM/WCDMA的传输网络规划设计工作。