TD-SCDMA系统高速交通干线覆盖解决方案.doc

TD-SCDMA系统高速交通干线覆盖解决方案张大鹏 吴恒 李振湘大唐移动通信设备有限公司 1 引言高速交通干线的覆盖是移动通信网络覆盖不可或缺的部分，如果不能在发展越来越快、越来越多的高速交通干线上提供业务，将对网络的应用和运营商品牌带来不利影响，运营商也将因此失去大量高端用户。随着经济的发展，用户对覆盖高速交通干线的新一代移动通信系统提出了更高的要求，要求系统在网络结构、硬件设备、软件算法等方面都要满足高速移动环境的要求。未来的陆地高速交通干线时速将在200300 km/h，而高速轮轨和磁悬浮等交通干线时速将会在300 km/h以上，甚至高达500 km/h。TD-SCDMA系统必须根据自身技术和系统发展的特点，针对高速交通干线对移动通信的不同需求，提出合理的、可实现的、分步实施的解决方案，满足网络不同发展阶段的覆盖需求。2 TD-SCDMA系统高速移动性能分析TD-SCDMA系统由于采用时分方式、上行同步、智能天线和联合检测等技术，对高速移动的支持能力具有有别于其他系统的特点。在TD-SCDMA标准中要求系统支持的最高速度是120 km/h。那么影响TD-SCDMA系统高速移动性能的因素有哪些呢？要支持超高速的交通干线的覆盖，TD-SCDMA系统需要做哪些优化或调整呢？首先，终端高速移动会使衰落周期变短，而采用TDD方式的通信系统抗快速衰落特性和多普勒频移能力一般来讲比FDD方式有所降低，即就双工方式而言TDD支持的移动性弱于FDD模式，因而降低了TD-SCDMA在高速移动环境下的性能。这也是当初3GPP制定协议时将FDD系统支持的移动速度定为500 km/h，而将TDD系统支持的移动速度定 义为120 km/h的主要考虑。第二， TD-SCDMA系统要求上行同步，在高速移动环境下，有可能出现同步偏差而不能达到较理想的同步，因而可能使系统性能有一定的下降。第三，智能天线快速下行赋形要求上下行信道具有互易性，而在高速移动环境下，上下行信道的相关性变弱，有可能造成系统性能的下降。第四，对于联合检测而言，按照 TD-SCDMA R4系统的时隙结构，在QPSK调制模式下，TD-SCDMA的中间码对高速移动产生的多普勒频偏估计的能力大概在160250 km/h。如果移动速度更高，由于信道的快速变化，数据部分特别是burst两端的数据符号，经历的实际信道与信道估计的偏差较大，因而两端的数据和中间码的信道估计在幅度和相位上会产生一定误差，从而使系统解调性能有所下降。3 物理层解决方案为了提高TD-SCDMA系统对高速移动的支持能力，在不改变系统帧结构的情况下，在物理层可以通过优化智能天线的赋形算法（如采用EBB算法）和联合检测信道估计算法来实现，重点是解决多普勒频移对系统性能的影响。另外，在高速移动过程中，基站和终端经历的多普勒频移是不同的，对于终端而言其由于高速移动产生的多普勒频移为f ，而基站的多普勒频移为2f，因此，在基站和终端应分别采取相应的补偿算法。在基站侧，通过在检测算法中加入相位校准和多普勒频移估计，优化改进接收机算法，实现对信道变化的捕获和跟踪，在算法中予以补偿，能够有效地消除多普勒频移带来的影响，使得系统支持的移动速度在250 km/h以上。从图1中可以看出，终端移动速度为250 km/h时，不加相位补偿算法解调性能明显恶化；采用相位校准算法后，解调门限比120 km/h恶化约2 dB。终端移动速度为 400 km/h时，没有相位补偿算法基本无法工作；采用相位补偿算法有明显增益，而实际网络测试结果表明，当终端移动速度为250350 km/h时，通话仍然能够保持连续，语音清晰，链路质量高。由于终端侧多普勒频移比基站小，而且终端本身具有频偏矫正和自动频偏控制功能，即按一定周期和步长来调整频偏，使终端频率跟上频偏变化，因此即使存在较大频偏时，终端仍能正常解调，不影响接收性能。终端也需要解决频偏跳变的问题，即在小区交界处终端进行重选和切换时，由于相对于基站移动方向的改变，会产生频偏跳变，由负频偏变为正频偏，进而要求终端自动频偏控制能力应保证在一定时间内将频偏控制到允许范围内。4 无线资源管理方案无线资源管理算法和参数对TD-SCDMA系统性能有很大影响，为了使系统更好地支持高速移动环境，需要对RRM算法与参数进行精心设计和不断优化。 （1）小区重选策略对于小区重选，在高速移动环境下，如果在服务小区的边缘不能很快重选到目标小区，此时服务小区信号较差，容易造成脱网或者起呼失败。因此，优化方案应该是降低小区重选定时器取值并减少服务小区重选滞后量。 （2）切换策略对于切换，在高速移动环境下，重点是要设计好切换带的大小并合理配置邻小区，而切换算法尽量采用简单的基于1G或2A的导频强度算法，以最大限度地减小切换过程中的各种时延，提高切换速度。切换带的大小是通过切换算法参数来控制的，在时速250400 km/h移动环境下，考虑各种时延因素，应通过参数的优化将切换带控制在500700 m。邻小区的合理配置主要是简化高速移动环境下的切换关系，可以为高速移动场景设置专网小区，专网小区只建立内部独立清晰的切换路径，外部小区不与专网小区做切换关系，通过组网方案尽量扩大单小区的覆盖范围，降低切换率。 （3）频率配置策略高速移动场景的频率规划需要综合考虑周边环境，在频率资源允许以及设备支持的条件下，高速移动沿线与其他室外系统应尽量采取异频组网；在频率资源紧张的情况下，应保证与其他室外系统有切换关系的小区主载频异频。 （4）LAC区规划策略对于高速移动环境下的LAC区规划，应对整个高速线路进行统一规划，即在条件允许的情况下，尽量将高速移动线路划分为一个LAC区。如需要进行LAC区更新，LAC更新区域最好选在慢速移动的区域，如车站或高速公路收费站，这样可以有效减少LAC区更新。 （5）RRM其他相关算法的优化策略SDCA方法选择：采用固定排序方法，邻小区优先级设置为不同的顺序，降低小区间干扰。CAC方法选择：采用基于码道+功率的接入控制方法，保证用户接入后的服务质量。LCC方法选择：采用基于功率的拥塞监测准则，小区拥塞后采取降速率等方法，使小区尽快恢复正常。PS方法选择：建议不开启PS算法。RLS方法选择：根据用户链路质量（上行、下行）对用户链路进行调整，调整策略可以设置为时隙调整、载波调整、降速率等，这样可以改善用户链路质量，减小对其他用户的干扰。5 网络覆盖解决方案 （1）高速移动场景特征分析高速交通干线网络覆盖的特点是容量需求不高，呈带状结构，属于典型的覆盖受限系统，话务量需求较低，但是对连续覆盖的要求比较高。高速公路与高速铁路场景的特点见表1。 （2）高速移动环境覆盖策略分析为了合理设计和控制系统切换率和用户的切换频率，一般采用大站距、挂高较高、高增益窄波束的定向天线。另外，对高速交通干线的覆盖可根据道路周围有无村庄分布分为两种情况。对于有村庄分布的交通干道，应一并考虑村庄覆盖，即在对村庄采用宏基站进行连续覆盖的同时也考虑对道路的覆盖，仅对部分覆盖盲区采用微基站或直放站进行补盲。对于没有村庄分布的交通干道，则需要单独考虑，一般选择宏基站或微基站以定向两扇区的方式对高速交通干线进行覆盖，使基站天线方向与高速交通干线的走向一致，以实现良好的覆盖效果，建议尽量采用异频组网方式，这样既可以充分利用频谱资源，又能有效控制和降低小区间干扰，提高切换性能，降低网络运维成本。 （3）天线解决方案为了使先进的智能天线EBB算法在高速移动等各种覆盖场景下发挥最好的性能，获得最大的赋形增益，天线解决方案应考虑以下几个方面：l 天线安装的相对高度应较高，一般天线挂高为4060 m；l 采用1518 dBi窄波瓣的高增益天线，获得较好的无线覆盖；l 天线的主瓣沿高速线路方向形成覆盖；l 一般不采用下倾或只采用小角度下倾;l 可采用S1/1实现扇区覆盖；l 通过BBU+RRS的方式使同一个站点的不同天线，甚至不同发射点的天线属于相同