“LTE在高铁场景下的覆盖”的理论研究

高东健 王振宇

【摘要】 当铁路部门还没有实现宽带服务连接以及移动信号的时候，随着铁路部门逐渐融合移动业务，在多种影响因素的作用下，信号不良的情况出现的频率较高，想要在坐火车的途中实现顺畅通话是较为困难的。在移动通信技术以及现代科学技术发展的背景下，在高铁列车中越来越广泛应用高效能的移动通信服务，乘务人员用移动网络与移动电话进行沟通、交流贡献了重要力量。

【关键词】 LTE 高铁场景 移动网络覆盖 理论研究

随着我国加大力度建设高铁行业，需要随着提升的是移动通信网络的建设，高铁的覆盖面积越来越广泛，也提升了对于无线通信网络的覆盖面积的需求。移动运营商、国家发改委以及国家铁路部门等部门都会投入大量的技术、人员以及财力来研究与完善无线网络的覆盖和性能问题。在高铁行业飞速发展的进程中，必须要充分重视LTE在高铁场景下的覆盖这一理论。

一、LTE的概述

LTE（Long Term Evolution，长期演进）是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）

组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。

二、高铁LTE网络覆盖的特殊性

作为一种城市之间的一种交通工具的高铁，是一种高速轨道交通工具，往往超过300km/h，因此，相比于室内分布或者室外宏站覆盖方式相比，高铁站台以及沿线的LTE无线网络覆盖有着自身的特点和区别。

高铁通常在城市与城市之间运行，主要有轨道沿线覆盖和站台覆盖，覆盖的场景是很复杂的。覆盖的主要特征是线状。高铁的运营时速超过300km/h，实验时速已超过500km/h，无线网络覆盖在这种超高速的影响下会很容易产生多普勒频移问题。高铁的车厢是密闭式的、是用金属材料制成，能够严重的屏蔽信号，信号在穿透的过程中会有很大程度的损伤。高铁的这种超高速度在很大程度上提升了对在小区间的移动用户的重选以及切换的要求；由于相比于切换响应时间而言，UE终端穿越切换区域的时间是与之相近的也可能是小于的，因此比较容易出现小区切换失败、脱网等网络问题。

三、“LTE在高铁场景下的覆盖”的理论研究

1、高铁环境对于无线通信的影响。1）车体穿透损耗。高铁的设计形态是密闭箱体，而无线信号在这样的环境中，在穿透箱体的过车中会受到较为严重的损伤。而在列车的运行速度逐渐提升的过程中，信号受到的损伤也是逐渐提升的。在无线通信建设的过程中，在分布站址方面，保证通信网络基站站址与铁路轨道保持一定的距离，同时要保证天线主瓣与轨道之间有一定的夹角。2）切换与重选。高铁列车的速度较快，信号受损严重，就会出现高频率的小区切换或者重选的现象，影响终端用户的业务体验。3）快衰落。无线通信网络的快衰落在高铁环境中受到一定的影响，这在很大程度上相关于多径，同时在一定程度上也受制于移动台的移动速度。高铁环境中，终端与基站之间信号传递是通过直线反射实现的，这就使接受信号的一方接收到的信号质量有所下降，而在多径的作用下，快衰落的影响效果是比较小的。4）多普勒频移。多普勒频移是指信号源与接收机之间的相互运动，在相对运动的作用下接收信号会产生一定的变化，特别是高铁的告诉运作下，就会凸显出非常明显的多普勒效应。而基站与移动站之间的距离会在一定程度上影响信号频率的质量，频率与距离之间是负相关的关系，接收机的信号接收性能也会受到一定的影响。

2、高铁环境下LTE专网关键技术。1）公网与高铁覆盖。在当前的网络标准下，高铁环境下的覆盖可以在小区分裂的方式中实现，虽然存在资源利用率低以及成本低等特点，但是很难达到同时具备一般场景和高速运行的通信需求，具有较大的优化难度。而在专网下可以使网络质量以及通信质量有很大程度的提升。2）波束成形技术。互异性是上下行通道的主要特性，而波束成形是充分应用了这种特性，实现下行天线权值在上行信道的作用下计算出来，最终获得天线权值调整加权系数，而主波束是由发送的数据乘积与权值之间的乘积得到的。3）超级小区合并技术。为了缓解列车高速移动过程中多次切换的问题，可采用多个RRU小区合并功能，扩大逻辑小区覆盖范围，减少高速移动过程中频繁的小区切换带来的流量损失，缓解高铁站点间同频干扰问题。4）2/4G高铁协同组网。为了保证CSFB性能，现网调整保证LTE的TA划分与GSM高铁专网的LA划分相同。此外，4G终端在4G专网只重选/重定向至2G专网，在2G专网可直接重选回4G专网。

结语：LTE在高铁场景中的覆盖，是铁路行业未来发展主要方向，对于移动通信业以及交通运输业的发展有很大的促进作用。当前3G通信网络已经基本可以实现覆盖高铁，但是全面的宽带接入尚没有形成，因此仍需要加大这方面的建设力度，促进移动宽带业务全面覆盖高铁，推动信息便捷化的高铁行业的发展，使LTE有效发挥良好通信作用。

参 考 文 献

[1]张阳，“TD-LTE在高铁场景下的覆盖”的理论研究[J].中国新通信.2015（05）

[2] 李觐，陈刚，王太峰.浅谈高铁场景下的TD-LTE覆盖[J].通信与信息技术.2014（05）

[3] 吕晨光，郭建光，王宇欣.高铁TD-LTE无线网络覆盖研究[J].电信工程技术与标准化.2014（10）