高铁隧道场景TD-LTE双流覆盖方案研究与测试

刘方森，张羽，李方村，杨传祥

(1 中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101； 2 中国移动通信集团山东有限公司，济南 250101)

高铁隧道场景TD-LTE双流覆盖方案研究与测试

刘方森1，张羽2，李方村1，杨传祥1

(1 中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101； 2 中国移动通信集团山东有限公司，济南 250101)

通过对POI的结构定向设计，对FDD制式的信号区分上下行，对TDD制式的信号不再区分上下行，并采用高性能的物理器件对干扰信号进行抑制，最大限度的抑制和规避不同系统间的干扰，实现双缆方式建设TDLTE MIMO双流。已建成的隧道内4G专网覆盖指标均满足预期，实现了TD-LTE MIMO双流良好覆盖。

TD-LTE双流；POI； 隧道覆盖

1 引言

青荣城际铁路是山东省内第一条区域性城际高速铁路，它连接青岛、烟台、威海3个主要城市。青荣城际铁路线路长度299 km。烟台境内铁路线长约146 km，青岛约84km，威海约69 km。青烟威城际铁路于2010年3月开始动工建设，2014年12月底实现全线竣工通车。

中国移动、电信、联通等运营商开启大规模LTE商用网络建设的大幕。高铁用户具有较强的业务需求，同时高铁覆盖具备显著的技术特性，需要对高铁进行专项覆盖。青荣城际铁路未做专网覆盖，高铁沿线覆盖质量差，全程呼叫成功率、数据业务下载速率等指标均有待提升。山东移动启动4G网络工程高速铁路覆盖建设，通过本次4G网络专项覆盖，可以有效改善铁路沿线的覆盖质量，提升用户感知。青荣城际铁路途径隧道17个，隧道长度27.4 km。根据高铁4G专网覆盖频率规划指导建议，采用F频段（频段范围为1 880～ 1 900 MHz）对隧道进行覆盖。

2 实施方案

2.1 高铁隧道内F频段使用分析

采用F频段对青荣城际铁路隧道进行专网覆盖，F频段范围为1 880～1 900 MHz，中国移动GSM900M的频段范围为：上行890～909 MHz，下行935～-954 MHz。GSM900 M下行信号的二次倍频的范围为1 870～1 908 MHz，包含中国移动的F频段。此时隧道内LTE（F频段）采用MIMO双流方式建设，势必会受到GSM900M系统二次倍频信号的干扰：GSM的下行二次倍频信号会提升F频段的底噪对F频段产生干扰，影响MIMO带来的数据传输速率的提升。

GSM二次倍频的干扰范围1 870～1 908 MHz，若GSM使用前940前的5 MHz，将可以避免干扰直接落入F频段。但是需要规避对铁路GSM-R系统的干扰：高铁沿线有GSM-R系统，该系统负责高铁的调度，因此不允许有任何干扰。由于前期运营商对RRU或者是直放站等有源设备的互调指标要求较低，因此沿线的GSM使用低频点时，有源设备有极大的可能产生互调干扰落入GSM-R。全国各地对于已建的GSM采取的措施一般为有源设备加装15MHz滤波器，将前4 MHz滤掉，并且使用高频点进行覆盖。

另外，电信FDD实验网频段为上行1 765～1 780 MHz、下行1 860～1 875 MHz。F频段与电信FDD频段相互在三阶互调范围内，两系统间容易产生干扰。因此现有技术多通过在隧道内铺设双漏缆分上、下行的方式规避各系统间的干扰。或者高铁隧道场景弃用F频段，采用E频段（2 320～2 370 MHz）或D频段（2 575～2 635 MHz）建设TD-LTE双流。

高铁隧道内采用F频段、双漏缆方式建设TD-LTE单流：铺设2条漏缆，具备建设TD-LTE双流条件。受限于各系统间的干扰只建设单流，对中国移动而言投资浪费。

高铁隧道内采用D频段、双漏缆方式建设TDLTE双流：与F频段相比，D频段偏高，无线信号传播路损大，有效覆盖半径小。隧道内设备洞室位置固定，因此隧道内若采用D频段建设TD-LTE双流，覆盖效果和网络覆盖指标难以保证。

高铁隧道内采用E频段、双漏缆方式建设TD-LTE双流：E频段覆盖能力介于F频段和D频段之间。E是室内频段，因此对应设备为室内型设备。与室内环境相比，高铁隧道内无线环境恶劣，不适合采用室内型设备。

为实现在青荣城际铁路隧道内铺设的双漏缆建设TD-LTE双流，通过对POI原理和结构定提出向设计要求，并要求采用高性能的物理器件对干扰信号进行抑制，规避各系统对移动TD-LTE F频段的干扰，实现F频段+“双漏缆”建设TD-LTE双流。

2.2 隧道内POI定向设计要求

采用SPSS 17.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

目前方案多采用双缆、单流建设方式，图1为 POI工作原理方案图。

图1框图中最右侧的信号处理箱会对馈入进来的信息进行简单的上下行处理，将上行信号和下行信号分别馈入进不同的缆中。例如，ANT1口为上行信号输入口，ANT2为下行信号的输出口。

针对现有技术的存在问题，通过对POI原理和结构提出定向设计要求，并采用高性能的物理器件对干扰信号进行抑制，规避各系统间的干扰，实现双缆方式建设TD-LTE MIMO双流。

图2给出了双漏缆、双流的POI工作原理方案图，此POI对于FDD频分系统的信号区分上下行，对于TDD时分系统的信号不再区分上下行。图2框图的信号处理箱也会对馈入进来的信息进行上下行处理，将上行信号和下行信号分别馈入进不同的合路器接口中。

FDD频分系统的信号系统信号通过POI后，上行和下行信号各自在不同的漏缆中传输，避免了相互间的干扰。TDD时分系统的信号直接通过POI合路进入漏缆中传输实现双流MIMO功能，同时规避了大部分FDD系统信号的干扰。

青荣城际铁路隧道内POI定向设计具体要求如下：

图1 单流POI原理方案框图

图2 双流POI原理方案框图

(1) POI接入端给各系统预留接口，各系统信号通过各自接口馈入进POI。

(2) FDD频分系统的信号进入POI后会进入相应的信号处理箱，信号处理箱对输入进来的信号进行上下行区分处理，上行信号和下行信号分别从信号处理箱的两个端口输入、输出。

(3) FDD频分系统的上下行信号分别通过合路器耦合到不同的漏缆中，例如上行信号通过ANT1进行输入，下行信号通过ANT2进行输入。TDD时分系统信号进入POI后不会进入信号处理箱，会直接通过合路器耦合进ANT1和ANT2中。

(4) POI ANT1和ANT2口对于FDD频分系统信号区分上下行，对于TDD时分系统不区分上下行。

(5) POI中采用高性能的物理器件对GSM900 MHz的下行产生的二次倍频干扰信号进行抑制。

3 方案实施

青荣城际铁路隧道覆盖内POI与运营商各系统RRU设备连接如图3所示。青荣城际铁路隧道内洞室设置的POI与漏缆的连接关系如图4所示。

4 测试与分析

一方面，共建共享等因素，隧道内一般铺设2条漏缆，对于TD-LTE系统而言，可以通过利用这两条漏缆实现TD-LTE MIMO双流覆盖，最大限度的提升网络覆盖指标。但由于受制于多系统共存及双工工作方式，目前国内地铁、隧道内多采用铺设双漏缆建设TD-LTE单流。另一方面，选用F频段隧道进行覆盖，容易受到GSM900二次倍频信号、FDD-LTE互调信号的干扰，需要通过POI对其他系统的干扰信号有效抑制。

图3 POI与运营商各系统RRU设备连接图

图4 隧道内洞室设置的POI与漏缆的连接关系图

本方案对POI提出定向设计要求，抑制其他系统制式的信号对TD-LTE（F频段）的干扰，同时在青荣城际铁路隧道内实现了双漏缆建设TD-LTE（F频段）双流。在保护投资的基础上提升了网络覆盖性能。

青荣城铁已建成的隧道内4G专网覆盖指标均满足预期，烟台车山隧道2（隧道长度680 m）测试结果显示：隧道内平均RSRP为-69.38 dB，平均SINR值为25 dB，平均下载速率为70.4 Mbit/s，平均上传速率为9.01 Mbit/s。隧道内实现了TDLTE（F频段）MIMO双流良好覆盖。

5 总结

从保护投资和提升网络性能出发，在移动、电信、联通三家运营商共建共享的前提下，避免各家运营商不同系统制式产生的干扰，并且最大限度发挥移动TDD-LTE系统优势，对POI提出定向设计要求，在青荣城际铁路隧道内实现了TD-LTE（F频段）双流覆盖建设，有效提升移动TD-LTE网络指标和用户体验，确保投资有效。

[1] 肖清华，杨春德，张堃． TD-LTE覆盖能力综合分析[J]． 邮电设计技术， 2012(1)．

Research and test on tunnel scene TD-LTE dual stream cover-ing program

LIU Fang-sen1, ZHANG Yu2, LI Fang-cun1, YANG Chuan-xiang1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Jinan 250101, China; 2 China Mobile Group Shandong Co., Ltd., Ji'nan 250101, China)

In order to suppress or avoid the interference of different systems and make the TD-LTE dual stream realized, the structure of POI was designed directionally. In the structure of POI, the uplink and downlink of FDD were designed separately and the TDD were on the contrary . In the test on tunnel scene built by this POI,all the indicators meet our expectations and a good coverage of TD-LTE MIMO Dual was realized.

TD-LTE dual stream; POI; coverage of tunnel

TN929.5

A

1008-5599（2016）11-0081-04

2016-07-06