高铁场景下电信CDMA
2015-05-30吴广量
中国新通信 2015年18期吴广量
高铁CDMA<E移动通信网络的特点有：1.全封闭式车体结构穿透损耗大。车体损耗较普通列车大很多。2.多普勒效果明显。3.切换成功率降低。车速快，频繁的小区切换导致终端信号差、掉话率升高4.小区重叠区域较大。5.线状覆盖。6.场景复杂多样。本文从技术角度分析高铁C&L移动网络覆盖建设思路。
一、多普勒效果明显
当信号进入车厢时，不同的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时，覆盖区边缘信号进入车厢的入射角小，穿透损耗大。对于以固定速度v 运动的移动台，所接收的载波会多普勒频移。在入射角为0°时，多普勒频移效应最明显。当高铁设计时速为350km/h时，f=850MHz时，对应的多普勒偏移大约为275Hz， f=2.1GHz时，对应的多普勒频移为680Hz。
1.1 CDMA2000系统能抵抗多普勒效应
CDMA2000基站使用的是高通的CSM6700/CSM6800芯片，允许的最大频移为960Hz，能够容许的最大移动速度为（入射角为0°）：1296km/h。CDMA2000系统完全有能力抵抗多普勒效应，满足高速移动下的通信需求。但多普勒频移的存在，导致基站和手机的相干解调性能降低，链路预算时需在原有Eb/Nt的取值上增加约2dB。
1.2 LTE多普勒频移补偿算法消除频偏
2.1GHz频段，350km/h车速，此时多普勒频偏为680Hz，小于子载波间隔15kHz。时域上行DMRS信号间隔为0.5ms，可以克服±1kHz频偏。采用增强频偏估计算法：可适用于频偏大于1kHz、小于2.5kHz的超高速场景，支持2.1GHz频段最大移动速度为 450km/h。
二、切换成功率降低
手机在服务小区的信号强度衰落到一定程度，会触发小区重选或切换过程。必须保证在手机顺利进入新小区之前，当前小区的信号不会进一步衰落到门限值以下，否则空闲的手机可能脱网或切换失败而掉话。需要控制重叠区域的大小，来保证重选或者切换的完成。列车速度越高，所需重叠区域越大。
2.1 采用同小区（同PN）技术减少切换次数
多个RRU设置为同小区（同PN） 逻辑小区，在逻辑小区内部不需要切换。同小区技术使得切换次数大幅度减少，掉话率得到明显改善。
三、高铁红线外CDMA<E无线网设计
1、CDMA切换距离设置 CDMA软切换时间在0.3秒钟左右，虚拟软切换的时间在1秒钟左右。
考虑到今后高铁可能会重新提速到350公里/小时，即97米/秒，设计时按350公里/小时来考虑，则虚拟软切换距离应该为L=2TV=2×1×97=194米。
2、LTE切换距离设置 LTE切换时间在0.5秒钟左右，按350公里/小时来设计，则LTE切换距离应该为L=2TV=2×0.5×97=94米。
3、 CDMA基站距铁轨垂直距离，根据衰减因子模型在满足车厢内Rx ≥-93dBm前提条件下，建议C网基站距离铁轨的垂直距离在300m～500m之间。
LTE基站距铁轨垂直距离，同理在满足车厢内RSRP≥-105dBm前提条下建议L网基站距离铁轨的垂直距离在200m～350m之间。
4、站间距设置，经过现网实测：CDMA站间距大于2.5公里时，覆盖指标恶化比较明显，因此单个站间距不宜超过2.5公里；站间距小于1公里时，继续缩短站间距所获得的覆盖增益变小，但投资将大幅增加，因此单个站间距不宜小于1公里；C网基站的站间距建设设置在1.8km～2km左右。LTE站间距设置，建议设置在0.9km～1.1km左右。
四、 C&L网站址布局设计
高速铁路一般都为复线铁轨，也就是“来”和“往”的铁轨是不＼在一条铁轨上，为了能够很好的兼顾复线铁轨“来往”列车的覆盖要求，建议基站采用“之”字形的分布方式。（图1）
部分铁路因各种特殊原因，如需绕过重要的设施、沿山谷行进等，需要采用“）”形弯轨形式，在这种情况下，需要考虑将基站选择在或者布置在“）”形弯道内侧，保证对“）”形弯道的良好覆盖。（图2）
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2015-05-30吴广量
吴广量
高铁CDMA<E移动通信网络的特点有：1.全封闭式车体结构穿透损耗大。车体损耗较普通列车大很多。2.多普勒效果明显。3.切换成功率降低。车速快，频繁的小区切换导致终端信号差、掉话率升高4.小区重叠区域较大。5.线状覆盖。6.场景复杂多样。本文从技术角度分析高铁C&L移动网络覆盖建设思路。
一、多普勒效果明显
当信号进入车厢时，不同的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时，覆盖区边缘信号进入车厢的入射角小，穿透损耗大。对于以固定速度v 运动的移动台，所接收的载波会多普勒频移。在入射角为0°时，多普勒频移效应最明显。当高铁设计时速为350km/h时，f=850MHz时，对应的多普勒偏移大约为275Hz， f=2.1GHz时，对应的多普勒频移为680Hz。
1.1 CDMA2000系统能抵抗多普勒效应
CDMA2000基站使用的是高通的CSM6700/CSM6800芯片，允许的最大频移为960Hz，能够容许的最大移动速度为（入射角为0°）：1296km/h。CDMA2000系统完全有能力抵抗多普勒效应，满足高速移动下的通信需求。但多普勒频移的存在，导致基站和手机的相干解调性能降低，链路预算时需在原有Eb/Nt的取值上增加约2dB。
1.2 LTE多普勒频移补偿算法消除频偏
2.1GHz频段，350km/h车速，此时多普勒频偏为680Hz，小于子载波间隔15kHz。时域上行DMRS信号间隔为0.5ms，可以克服±1kHz频偏。采用增强频偏估计算法：可适用于频偏大于1kHz、小于2.5kHz的超高速场景，支持2.1GHz频段最大移动速度为 450km/h。
二、切换成功率降低
手机在服务小区的信号强度衰落到一定程度，会触发小区重选或切换过程。必须保证在手机顺利进入新小区之前，当前小区的信号不会进一步衰落到门限值以下，否则空闲的手机可能脱网或切换失败而掉话。需要控制重叠区域的大小，来保证重选或者切换的完成。列车速度越高，所需重叠区域越大。
2.1 采用同小区（同PN）技术减少切换次数
多个RRU设置为同小区（同PN） 逻辑小区，在逻辑小区内部不需要切换。同小区技术使得切换次数大幅度减少，掉话率得到明显改善。
三、高铁红线外CDMA<E无线网设计
1、CDMA切换距离设置 CDMA软切换时间在0.3秒钟左右，虚拟软切换的时间在1秒钟左右。
考虑到今后高铁可能会重新提速到350公里/小时，即97米/秒，设计时按350公里/小时来考虑，则虚拟软切换距离应该为L=2TV=2×1×97=194米。
2、LTE切换距离设置 LTE切换时间在0.5秒钟左右，按350公里/小时来设计，则LTE切换距离应该为L=2TV=2×0.5×97=94米。
3、 CDMA基站距铁轨垂直距离，根据衰减因子模型在满足车厢内Rx ≥-93dBm前提条件下，建议C网基站距离铁轨的垂直距离在300m～500m之间。
LTE基站距铁轨垂直距离，同理在满足车厢内RSRP≥-105dBm前提条下建议L网基站距离铁轨的垂直距离在200m～350m之间。
4、站间距设置，经过现网实测：CDMA站间距大于2.5公里时，覆盖指标恶化比较明显，因此单个站间距不宜超过2.5公里；站间距小于1公里时，继续缩短站间距所获得的覆盖增益变小，但投资将大幅增加，因此单个站间距不宜小于1公里；C网基站的站间距建设设置在1.8km～2km左右。LTE站间距设置，建议设置在0.9km～1.1km左右。
四、 C&L网站址布局设计
高速铁路一般都为复线铁轨，也就是“来”和“往”的铁轨是不＼在一条铁轨上，为了能够很好的兼顾复线铁轨“来往”列车的覆盖要求，建议基站采用“之”字形的分布方式。（图1）
部分铁路因各种特殊原因，如需绕过重要的设施、沿山谷行进等，需要采用“）”形弯轨形式，在这种情况下，需要考虑将基站选择在或者布置在“）”形弯道内侧，保证对“）”形弯道的良好覆盖。（图2）
