TD-LTE网络高铁覆盖及组网的探讨

2016-03-10韦锴

中国新通信 2016年1期

韦锴

【摘要】随着中国高速铁路蓬勃发展，高铁成为了人们出行的首选方式。TD-LTE的高铁覆盖问题成为了需要中国移动公司重点解决的问题，本文对TD-LTE高铁覆盖面临的问题进行分析，探讨高铁覆盖网络的站址规划和组网方案等，为TD-LTE高铁覆盖建设提供理论依据。

【关键词】 TD-LTE 高铁覆盖组网

原铁道部颁布的《中长期铁路网规划（2008年调整）》中明确指出：到2020年建设客运专线1.6万公里以上，形成“四横四纵”以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统。高铁已经成为人们首选的出行方式。设计时速250公里/小时以上，如何对高铁进行有效、全面的覆盖成为了各运营商角逐的热点。本文对设计时速为300公里/小时的高铁覆盖进行讨论。

一、关键问题分析

在高铁特殊场景下移动通信系统将面临大穿透损耗、多普勒频移以及频繁的切换等方面挑战。

1.1穿透损耗大

国产新型高铁列车多数采用铝合金材料作为车身材质，TD-LTE网络F频段在不同车型材质的穿透损耗见表1所示：

目前我国高铁多数采用CRH3车型，该车型车身采用铝合金材质，穿透损耗为29dB。实际测试表明，信号入射方向和列车行驶方向的夹角（以下称：掠射角）越小列车的穿透损耗越大。当掠射角小于10°时，列车车厢穿透损耗比30°时将额外增加10dB以上，当掠射角小于5°时，列车车厢穿透损耗比30°时将额外增加15dB以上。所以在进行站址规划时，建议掠射角不小于10°。

1.2多普勒频移影响

随着车速的提高，多普勒频移的影响也越来越明显，多普勒频移会导致基站和手机的相干解调性能降低，直接影响到小区选择、小区重选、切换等性能。目前高速铁路列车基本都采用300Km/h车速运营，在此速度下，多普勒最大频移为：

Fd=f0×v/C=（1.9×109）×（300×103/3600）/（3×108）=528Hz

TD-LTE系统子载波频率间隔为15KHz，高铁正常运营时的下行频移为子载波频率间隔的3.5%，上行频移为子载波频率间隔的7%，为了保证数据业务的速率，目前各厂家针对多普勒频移现象都已经开发了自动频偏矫正软件功能。

1.3频繁的切换

由于高铁的运行速度高，列车在高速运动时穿过多个小区覆盖范围下，将会引起频繁的切换，进而影响整个网络的性能。列车以300Km/h的速度运行时，通过一个小区覆盖区域的时间约为5.8秒钟，其中用于切换的时间约为2.3秒。如何能避免频繁的切换，将是保证TD-LTE网络质量的关键。

二、TD-LTE无线网络规划探讨

2.1单小区覆盖半径

高铁覆盖采用F频段进行组网。根据高速铁路无线传播场景，本文采用COST-231 Hate传播模型进行链路预算。COST-231 Hate模型适用于1500MHz至2000MHz的频段，可用于TD-LTE网络F频段组网时的路径损耗预测。公式如下：

Ploss（dB）=46.3+33.9×lgF-13.82×lgH+（44.9-6.55×lgH）×lgD+C

Ploss为路径损耗；

F为频率，单位MHz（1500MHz～2000MHz）；

H为天线的有效高度，单位m；

D为基站和移动台之间的距离，单位Km；

C为环境校正因子，取值：大城市中心（3dB）；一般城区（0dB）；郊区（-10dB）；农村（-18dB）。

高铁TD-LTE基站采用单RRU单天线F频段组网，天线相对高度20米，农村场景下单小区覆盖能力测算见表2所示。

在无线网络规划和建设过程中要充分考虑2G/3G/4G基站的协同布置。在相同无线环境下，TD-LTE基站的覆盖能力最弱，所以在规划时定义小区覆盖半径为表2中测算得到的483米。

2.2重叠覆盖区设置

由于单个基站覆盖面积有限，用户在移动过程中势必会发生切换，为了良好的用户体验，在相邻小区间必须要做好重叠覆盖区。

合理的重叠覆盖区规划是保证业务连续的基础。重叠覆盖区过小会导致切换失败，重叠覆盖区过大会导致严重的邻区干扰。TD-LTE系统终端切换主要有两个过程，即切换过渡区和切换区。

如下图所示，A区为切换过渡区，终端需要检测到信号满足2dB的切换电平迟滞所需要的距离。根据链路预算得到该距离为67米。切换区又可分为B终端检测上报距离、C切换迟滞时间距离、C切换执行距离。其中终端检测上报需要200ms；切换迟滞时间需要128ms；切换执行需要50ms。按照高铁300Km/h的速度计算，重叠覆盖区域为198米。