WCDMA高速铁路覆盖解决方案-论文.doc

1 目目 录录 摘要摘要 5 5 ABSTRACTABSTRACT 5 5 第一章第一章 概概述述 7 7 1 1 市场需求 7 1 1 1 高速公路场景 7 1 1 2 高速铁路场景 8 1 1 3 磁悬浮场景 8 1 2 竞争对手情况 8 第二章第二章 高速覆盖对高速覆盖对 WCDMAWCDMA 的影响分析的影响分析 7 7 2 1 传播模型 7 2 2 话务模型分析 7 2 1 1 列车话音业务估算方法 8 2 1 2 列车数据业务估算方法 8 2 3 穿透损耗 8 2 4 多普勒效应 10 2 5 切换的影响 10 2 6 小区选择与重选 10 2 7 寻呼 10 第三章第三章 高速覆盖实现方案高速覆盖实现方案 1212 3 1 核心技术 12 3 1 1 基带频偏补偿算法 12 3 1 2 单小区多 RRU 级联技术 12 3 1 3 RRM 算法 13 3 2 网络优化技术 14 3 2 1 专网组网原则 14 3 2 2 天线调整及选型 14 3 2 3 车载直放站方案 14 3 2 4 泄露电缆方案 15 3 2 5 车载基站方案 15 第四章第四章 高速铁路覆盖案例 广深高铁 高速铁路覆盖案例 广深高铁 1818 4 1 高铁组网要求 18 4 2 应用场景说明 18 4 3 高铁传播模型选取 19 2 4 4 穿透损耗 19 4 5 高铁链路预算参数取值 19 4 5 1 天线增益的取值 18 4 5 2 馈线损耗取值 18 4 5 3 阴影衰落裕量取值 19 4 6 导频覆盖链路分析 19 4 7 广深高铁深圳市区段覆盖方案建议 19 图图表表目目录录 图 1高速铁路 3 图 2磁悬浮 3 图 3高速移动 UE 通过 Node B 时的情景 7 图 4不同车速下 当 d 取值不同时的多普勒频移情况 8 图 5相干积分长度 2048 码片时 采用不同的预置频偏间隔的频偏估计结果 11 图 6相干积分长度 4096 码片时 采用不同的预置频偏间隔的频偏估计结果 12 图 7不进行频偏补偿的情况 13 图 8进行了频偏补偿的情况 14 图 9BBU RRU 网络拓扑 15 图 10事件触发 16 图 11第四小区覆盖 18 图 12位置区标识 20 图 13采用单小区多 RRU 技术解决经过密集城区 21 图 14高铁覆盖区域 22 图 15高铁信号覆盖分布 23 图 16小区重选 Ec Io 分布 23 图 1750 负荷时小区重选 Ec Io 分布 25 图 1850 负荷时小区切换 Ec Io 分布 26 图 19小区切换 Ec Io 下行 50 分布图 27 图 20小区切换 Ec Io 下行 90 分布图 28 图 21天线覆盖及角度 30 图 22UMTS 卫星链路 IUB 口测试 31 图 23广深铁路示意 33 图 24覆盖方案示意 36 3 表 1CRH 列车基本信息表 2 表 2COST232 Hata 模型各系数含义 5 表 3语音业务的话务量密度 6 表 4可视电话的话务量密度 6 表 5HSDPA 数据业务的吞吐量密度 6 表 6各车型穿透损耗总结 7 表 7多普勒频偏与速度的关系 8 表 8不同速度所需要的切换距离 9 表 9频偏跟踪速度和范围 12 表 10高速列车场景参数 16 表 11COST232 Hata 模型各系数含义 22 表 12同频组网和异频组网的优劣分析 29 表 13COST231 Hata 模型各系数含义 34 表 14各车型穿透损耗总结 34 表 15导频链路预算结果 35 结论结论 9090 谢辞谢辞 9191 参考文献参考文献 9191 4 WCDMAWCDMA 高速铁路覆盖解决方案高速铁路覆盖解决方案 黄坚黄坚 指导老师 苗福指导老师 苗福 摘要摘要 码分多址 CDMA 技术是当今无线网络通信最先进的技术手段之一 不仅在第二代移动通 信网络中得到有效应用 更是第三代移动通信网络普遍采用的技术 cdma2000作为国际移动 通信的三个主流标准之一 在中国己经建成了基于此项技术规模庞大的通信网络 随着 我 国 移动通信事业的蓬勃发展 运营商越来越重视无线网络规划工作 无线网络规划的目标 就是在满足业务需求的前提下 平衡网络覆盖 质量和成本之间的关系 本文主要通过对覆 盖区基本情况 网络覆盖 质量 话务的分析 应用现有理论和技术 在前期工程的基础上 为完善CDMA网络的覆盖并优化网络 提出切实可行的设计方案 使得网络容量 质量 经济 效益 竞争力达到预期设定的目标值 从而说明CDMA移动通信无线网络规划的一般步骤和方 法 关键词 CDMA 网络规划 网络覆盖 网络优化 网络规划 网络覆盖 网络优化 Abstract Code Division Multiple Access CDMA technology is a wireless network communication in today s most advanced means of technology not only in the second generation mobile communications network applications to be effective it is the third generation mobile communication network of technology commonly used cdma200 as an international mobile communications one of the three mainstream standards has been built in China the technology based large scale communications networks As China s mobile communications industry to flourish more and more attention to wireless carriers network planning The goal of wireless network planning is a prerequisite for meeting the business needs the balance of network coverage quality and cost relationship This article covers the main areas of basic information network coverage quality traffic analysis application of existing theory and technology the basis of pre engineering to improve the coverage of CDMA networks and optimized networks and practical 5 design Makes network capacity quality cost effective competitive edge to achieve the desired target set in order to indicate CDMA wireless mobile communication network planning of the general steps and methods Key words CDMA Network planning Network coverage Network optimization 6 第第一一章章 概概述述 1 1市场需求 1 1 1 高速公路场景 高速公路属于交通干线 中国拥有高速公路四点一万公里 位居世界第二 至 2010 年 中国新建高速公路将达到二点四万公里以上 总里程将达六点五万公里 中国东部地区基本 形成高速公路网 长江三角洲 珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网 国 家高速公路网骨架也基本形成 高速公路的无线环境有以下特点 1 传播模型和信道环境 室外传播环境近似农村场景 在北方 高速公路两旁的树木一般较少 路损较普通农村 环境低 5 10dB 在南方 公路两边的植被一般很茂密 与农村环境没有大的区别 视野一般比较开阔 周围建筑物较少 终端和基站之间有较大的概率存在直射径 时延 扩散相对较小 山区除外 多径数目较少 智能天线的赋形增益一般较高 2 车体损耗 高速公路的用户都位于车内 在覆盖规划时需要考虑车体的穿透损耗 对于普通的客车 穿透损耗一般在 5 8dB 3 终端移动速度较高 终端移动速度一般在 80km 120km 范围内 在此速度范围内 多普勒频移小于 200Hz 可以不用修改基带算法 4 用户分布 用户基本均匀分布在交通线上 而在收费站附近会有集中分布 用户业务使用习惯多样 高速公路的客流量大 同时要求支持 CS64kbps 的 VideoPhone 业务和 PS64kbps 数据业 务连续覆盖 5 公路隧道等特殊环境 7 对于山区和丘陵地区的高速公路 公路多弯 地势变化快 由于遮挡容易出现死角 在 规划时需要进行针对性的考虑 另外隧道也是一种常见的场景 需进行专门的覆盖 1 1 2 高速铁路场景 高速铁路属于大区域的轨道交通 目前 全国铁路营业里程为 7 6 万公里 到 2010 年 全国铁路营业里程将达到 8 5 万公里 其中复线里程 3 5 万公里 电气化里程 3 5 万公里 1997 年到 2007 年 中国铁路经过六次大提速 内燃机车 电力机车 动车组 车型不断更 新换代 主要铁路干线时速达到 200 公里 第六次提速后 全国范围内出现了很多时速超过 200km h 的路段 而超过 300 公里的高速铁路也即将开始动工 根据未来高铁的发展趋势和欧洲同类国家的运营状况 高铁覆盖方案应该能满足 350km h 以上 最快达到 450km h 的高速行驶要求 同时新型全封闭车厢对手机信号的衰耗 在 24dB 之上 根据建成后的京津高铁 GSM R 专用通信网推断 高铁覆盖方案在最短发车间隔 3 分钟 状态下应该满足 600 名以上旅客的话务量需求 网络接通率超过 95 覆盖率为 99 5 掉话率 不高于 5 切换成功率在 90 以上 下面是我国高铁列车基本信息材料 表 1 CRH 列车基本信息表 列车类型运营速度最高速度载客人数列车长度列车材质 CRH1200KM h250KM h670213 5M 不锈钢 CRH2200KM h250KM h610201 3M 中空铝合金车体 CRH3330KM h380KM h 暂无 200 0M 暂无 CRH5200KM h250KM h604205 2M 中空铝合金车体 注 武广高速铁路暂时按照 CRH3 型列车设计 速度按照武广高速的远期时速 350KM h 计列 材质考虑为不锈钢 铁路环境与公路环境有不同的特点 1 传播模型和信道环境 8 高速铁路的传播环境和信道环境与高速公路类似 车外传播环境近似农村场景 同样终 端和基站之间有较大的概率存在直射径 时延扩散相对较小 山区除外 多径数目较少 智能天线的赋形增益一般较高 2 车体损耗 高速铁路的用户都位于高速列车内 在覆盖规划时需要考虑列车体的穿透损耗 对于普 通的列车 穿透损耗一般在 10 15dB 而对于高速列车 如广深高铁上运行的和谐号动车组 测试表明穿透损耗约 15 20dB 穿透损耗对于连续覆盖目标的实现形成巨大的挑战 3 终端移动速度较高 终端移动速度一般在 150km 200km 范围内 个别路段达到 250km 在今后几年内 陆续 会有不少路段的速度达到 300 350km h 在此速度范围内 多普勒频移超过 400Hz 基站和 终端必须支持动态相位补偿技术才能满足业务质量要求 4 用户分布 与高速公路不同 高速铁路用户集中分布在列车车厢内 随着列车运行全体同步运动 用户的切换 小区重选等行为都非常集中 所以基站资源的使用呈突发性 5 铁路隧道等特殊环境 铁路隧道比公路隧道更多 通常距离也更长 需进行专门的覆盖 图 1高速铁路 1 1 3 磁悬浮 场景 上海磁浮列车示范运营线是全球首条磁浮列车商业运营线 也是国内目前唯一商业运营 的磁悬浮线路 它于 2002 年 12 月 31 日开通试运行 它集交通 观光和旅游于一体 西起 地铁二号线龙阳路站南侧 东至浦东国际机场一期航站楼东侧 轨道悬空距离地面可达 12 13 米 全程 30 公里 单程行驶约需 8 分钟 最高运行时速可达 430Km 最高速段约持 续 20 秒 9 图 2磁悬浮 磁悬浮有以下特点 1 传播模型和信道环境 上海磁悬浮环境与通常高速铁路 高速公路有所不同 其轨道悬空架设 距离地面可达 12 13 米 为保证运行安全和避免对环境的影响 磁悬浮轨道周围 20 30 米内无建筑物和 树木 以灌木和草地为主 周边基本无超过三层的建筑物 周围基站天线主要架设在铁塔上 高度都远高于周边的树木和建筑物 因此终端和基站之间信号传播基本是直射径 多径数目 很少 2 车体损耗 用户都位于磁悬浮列车内 由于列车车体为全封闭结构 列车的车体穿透损耗很大 实 际测试结果显示 对于 TD 频段 车体穿透损耗为 30 35dB 要大于高速铁路和高速公路的 车体穿透损耗 克服车体穿透损耗 是对磁悬浮组网的重大挑战 3 终端移动速度非常高 上海磁浮全程 30 公里 单程行驶约需 8 分钟 最高运行时速可达 430 公里 80 的路段速度超过 200km h 约为 23km 其中超过 300km h 的高速路段为 18 5km 约占线路全长的 60 另外超高速路段长度为 10km 时速超过 400km 占 1 3 路 段 当速度达到 430km h 终端接收信号的最大频移约为 800Hz 基站侧上行接收信号的频 移最大可达 1600 Hz 其对基站设备和终端对抗多普勒频移的能力有很高的要求 4 用户分布 与高速铁路类似 用户都分布在列车车厢内 随着列车运行全体同步运动 用户的切换 小区重选等行为都非常集中 对无线资源的占用具有明显的突发性 目前上海磁悬浮线路相 对于高速铁路和高速公路 总体运行长度较短 10 1 2竞争对手情况 目前 竞争对手都已经开展了超远覆盖的研究并开展了商用实施 其中华为 2006 年 1 月 进行了上海磁悬浮列车 WCDMA 业务演示活动 列车穿越了 0 431 公里 小时的区域 路 线涵盖到 8 个小区 移动视频电话一直保持的情况下 承载在分组域的速流媒体视频点播业 务的图像流畅 色彩艳丽 平下载速率保持在 350kbps 以上 呼叫建立成功率达到 100 视频电话业务和流体业务的软切换成功率分别达到 99 100 此外华为在西班牙的 Sevilla Cordoba 城际铁路建设了 AVE 高速铁路 试验网 整 个网络包括 7 个基站 覆盖两个城市大约 50 公里的区域 列车经过华为试验网络时 速度 稳定在 250 公里 小时左右 2005 年 11 月中旬开展的测试中 语音业务 VP 业务 PS 384K 业务的呼叫建立成功率 切换成功率均达到 99 以上 旅客感受不到列车内外通信品质的 差别 第第二二章章 高高速速覆覆盖盖对对 WCDMA 的的影影响响分分析析 2 1传播模型 高速覆盖的传播模型以 COST231 Hata 经验模型为基础 可用于 150 2000MHz 的无线电 波传播损耗预测 作为无线网络规划的传播模型工具 具有较好的准确性和实用性 数学表达形式是 mbmbb CdhhahfL lglg55 6 9 44 lg82 13lg 9 33 3 46 表 2 COST232 Hata 模型各系数含义 系数说明 Lb 路损 f 中心频率 hb 基站有效高度 11 hm 移动台有效高度 d 通信距离 Cm 校正因子 在无线网络规划中 通常使用经验的传播模型预测路径损耗中值 不同的模型可应用于 不同的无线场景 在这些模型中 影响电波传播的一些主要因素 如收发天线距离 天线相 对高度和地型地貌因子等 都作为路径损耗预测公式的变量或函数 但是实际的无线环境千 变万化 因此传播模型在具体应用时 需要对模型中各系数进行必要的修正 从而找到合理 的函数形式 2 2话务模型分析 通过模型校正及覆盖以预测后 我们可以知道在给定的区域内需要建设专网小区的最小 数量 而这些小区所需要的载频配置数将是本节的研究重点 2 2 1 列车话音业务估算方法 CRH 的标准配置为 8 节车厢 额定载客人数为 600 人次 考虑到对开情况 这样用户人 数就达到 1200 人 按照未来联通客户渗透率 50 计算 则这样两班 CRH 的移动用户为 600 人 根据下表我司 HSPA 网络话务量模型 按稳定期密集城区计算 用户语音话务量为 600 0 045 27Erl 用户可视电话的话务量为 600 3 4 1000 2 04Erl 合计 29 04Erl 表 3 语音业务的话务量密度 区域区域 3G 用户用户 密度密度 忙时激活用忙时激活用 户比例户比例 忙时激活用忙时激活用 户密度户密度 单用户话务量单用户话务量 Erl 话务量密度话务量密度 Erl km2 密集城区1200100 12000 0336 初期 一般城区300100 3000 0133 9 密集城区3600100 36000 04144 发展期 一般城区900100 9000 01816 2 密集城区7500100 75000 045337 5 稳定期 一般城区1950100 19500 0239 12 表 4 可视电话的话务量密度 2 1 2 列车数 据业务估算 方法 HSDPA 用户吞吐量按密集城区稳定期计算为 9 6 600 576K 5 7M 表 5 HSDPA 数据业务的吞吐量密度 区域区域HSDPA 用用 户密度户密度 km2 平均每用户平均每用户 忙时吞吐率忙时吞吐率 kbps 吞吐率密度吞吐率密度 kbps km2 密集城区600 9658 初期 一般城区00 720 密集城区5402 41296 发展 期一般城区451 881 密集城区15009 614400 稳定 期一般城区1957 21404 2 3穿透损耗 高速列车采用密闭式厢体设计 增大了车体损耗 各种类型的 CRH 列车具有不同的穿透 损耗 下表是上海公司对各类型车厢的穿透损的测试结果 通过对 4 种类型的高速列车进行穿透损耗测试 可以发现新型 CRH 列车的穿透损耗未高 于庞巴迪列车 因此专网设计中 假如要求车厢内提供用户通信的电平值要达到 85dBm 以 上 则列车车厢外的覆盖电平需达到 60dBm 区域区域 3G 用户用户 密度密度 忙时激活用忙时激活用 户比例户比例 忙时激活用忙时激活用 户密度户密度 单用户话务量单用户话务量 mErl 话务量密度话务量密度 mErl km2 密集城区12005 600 7545 初期 一般城区3002 60 352 1 密集城区36008 2881 5432 发展期 一般城区9005 450 731 5 密集城区750010 7503 42550 稳定期 一般城区19508 1561 5234 车型普通车厢 dB 卧铺车厢 dB 播音室中间过道 dB 综合考虑的衰 减值 T 型列车12 1612 K 型列车13141614 13 表 6 各车型穿透损耗总结 注 铁路上海段目前行驶的 CRH 为 CRH2 型 其它类型的 CRH 穿透损耗需按实际情况重 新测试 2 4多普勒效应 高速覆盖场景对 UMTS 系统性能影响最大的效应是多普勒效应 接收到的信号的波长因 为信号源和接收机的相对运动而产生变化 称作多普勒效应 在移动通信系统中 特别是高 速场景下 这种效应尤其明显 多普勒效应所引起的附加频移称为多普勒频移 可用下式表 示 cos v C f fd 其中 为终端移动方向和信号传播方向的角度 v 是终端运动速度 C 为电磁波传播速度 f 为载波频率 大约为 2 G Hz 假设高速移动 UE 通过 Node B 时的情景如下图所示 v d r x y Node B UE 图 3高速移动 UE 通过 Node B 时的情景 庞巴迪列车 24 24 CRH2 列车10 10 专网设计采用值 24 14 在载波频率 f 移动速度 v 固定的情况下 多普勒频移随着 cos 的变化而改变有关 另外 由于 UE 根据接收到基站的信号频率调整发射频率 因此对于 Node B 而言将产生两倍 的多普勒频移 因此进一步表示 fd 为 222 2 2 dtvC tvf fd 计算不同车速下 当 d 取值不同时的多普勒频移情况如下图所示 图 4不同车速下 当 d 取值不同时的多普勒频移情况 从图中可以看出以下特性 1 在用户移动过程中 多普勒频移随着用户位置的变化而变化 2 基站接收受到的最大多普勒频率偏移与 UE 运动速度成正比 速度越高则频偏越大 具体如下表 15 表 7 多普勒频偏与速度的关系 1 车车速速 K Km m h h 2 最最大大多多普普勒勒频频偏偏 H Hz z 3 1 12 20 04 4 48 80 0 5 3 30 00 06 1 11 15 50 0 7 3 35 50 08 1 13 34 40 0 9 4 43 30 010 1 16 60 00 0 3 用户距离基站越远频率误差越大 在驶过基站时频偏为 0 但是频偏变化速度最快 2 5切换的影响 在 UE 高速场景下 对切换的性能会有较大的影响 为保证用户无缝移动性及 Qos 最 基本的要求就是需要保证用户通过切换区域的时间一定要大于切换的处理时间 否则切换流 程无法完成 会造成用户的 Qos 下降甚至掉话 在 WCDMA 系统中切换类型主要有同频软切换 异频硬切换和系统间切换 各种切换由于 各自的特性不同 在高速场景运用中不尽相同 下面分别进行分析 11 软切换 软切换 是 WCDMA 的特有策略 用户通过同时和多个小区存在无线连接以获得更多的链 路增益 在高速移动场景中 相对于普通的场景 需要提供更大的小区覆盖半径 以避免出 现过于频繁的切换 但同时小区之间需要保证较大的切换区域 以使用户尽量处于宏分集 中 从而增加宏分集增益 保证用户的 Qos 和无缝移动性 在一般情况下软切换的处理时间 为 400 800ms 为此在不同的移动速度下 切换区域至少要满足下表的需求 16 表 8 不同速度所需要的切换距离 11 场场景景12 速速度度13 切切换换距距离离 14 高高速速公公路路15 120km h16 26 67m 17 高高速速铁铁路路18 300km h19 66 67m 20 高高速速铁铁路路21 350km h22 77 78m 23 磁磁悬悬浮浮24 450km h25 100 01m 另外通过切换的参数配置提高切换的性能 可以采用易加难减的策略 即 1A 配置的较 容易触发 1B 配置的较难触发 以使链路尽量处于宏分集中 当链路较差的时候 通过 1C 剔除出宏分集 使得用户尽量处于宏分集的状态中 事件上报的时配置的 Time To Trigger 起测量结果平滑 避免突发信号造成的事件误 报的作用 但在高速移动的场景下 信号由差变好所需的时间可能很短 为此此参数可以配 置为最小值 200ms 以保证切换的及时性 在用户量不是很大的情况下 可以考虑配置测量报告上报的方式为周期报告 并配置为 最小的周期间隔 以提高切换的判决速度 但由于测量周期上报方式将会造成较多的信令 在用户较多的情况容易造成信令拥塞 此时则不建议使用周期报告方式 22 异频硬切换 系统间切换 异频切换和系统间切换都需要先启动压缩模式 UE 进行频间 系统间测量 当满足频间 系统间事件触发条件再进行上报 这样存在较大的时延 一般情况下即便 UE 激活压模立即 触发事件上报切换 所需的时间异频硬切换需要 1 4s 2s 系统间切换需要 1 4s 由于存在 UE 上报事件时间的不确定性 一般情况下不推荐在高速场景下进行异频硬切换 系统间切 换 2 6小区选择与重选 在高速场景下 容易出现脱网 小区选择失败等网络问题 主要是由于 UE 驻留时间小 于小区选择过程而造成的 一般来说规划的高速场景下的小区半径较大的 用户在单个小区 应该是可以完成重选的过程的 主要是在小区交叠覆盖区域 移动速度过快 可能会造成重 选失败的现象 不过此时用户不进行呼叫的话 对用户感受度影响不会很大 但为了尽量避 17 免这种现象 也要尽量缩短小区选择重选的过程 这主要涉及到系统消息的读取情况 而系 统信息的长度和重复周期都是决定小区选择的因素 2 7寻呼 受高速移动多普勒频移的影响 寻呼成功率会受到一定的影响 为了提高系统寻呼成功 率 可以在 UTRAN 和核心网侧分别可重复发起寻呼 可重复发起寻呼的次数分别由 UTRAN 寻 呼最大重发次数和 CN 寻呼最大重发次数 在位置区更新过程中也会无法响应寻呼消息而造成寻呼失败 第第三三章章 高高速速覆覆盖盖实实现现方方案案 本章节从技术角度分析目前存在的种种超远覆盖技术的相应特征和优缺点 为提出我司 具体远距覆盖方案给出一个基本的技术思路 3 1核心技术 3 1 1 基带频偏补偿算法 对于高速移动的用户 多普勒频偏往往非常大 对于基站接收机来说 估计和发射机之 间的频率误差并完成频率误差校正是接收机必须完成的功能 否则将对链路性能造成很大影 响 另外 基站接收机还需要应对频偏快速变化的问题 即保证能够迅速跟上频偏变化速度 并进行有效的补偿 基站的基带频偏补偿算法通常分为两大方面 一个是随机接入过程的频偏估计和补偿 另一个是专用信道的频偏估计和补偿 这两种算法存在较大的差异 在码分多址系统的接入过程中 对于随机接入的频偏估计和补偿 需要重点考虑的是资 源和性能之间的折衷 在解前导信息时 一般采用固定设置多个频偏补偿值同时进行频偏补 偿和解调 然后判断哪个频偏补偿值解调结果的前导能量最大 就在解接入消息的过程中用 这个频偏补偿值进行频偏补偿 当磁悬浮等高速列车时速达到 430Km h 对应的最大多普勒 频偏近 2000Hz 如果采用目前的随机接入频偏估计和补偿方法 通常需要设置 7 个以上的 预置频偏补偿值 这需要耗费大量软硬件资源 通常一般的无线场景下只配置 3 个预置频偏 18 即使如此 得到的频偏估计准确性还是较差 为了解决这个问题 我司提出一种改进的频 偏估计方法 能够在大大节约前导检测资源的前提下保证良好的频偏估计性能 并且可以灵 活应用于各种相干积分参数配置下 例如 采用不同相干积分长度和不同预置频偏间隔的结 果如下 图 5相干积分长度 2048 码片时 采用不同的预置频偏间隔的频偏估计结果 19 图 6相干积分长度 4096 码片时 采用不同的预置频偏间隔的频偏估计结果 从图中可以看出 无论是采用多长的相干积分长度和预置频偏间隔 采用我司的算法都 可以较准确的进行频偏估计 对于专用信道的频偏估计和补偿算法 需要重点考虑的是频偏跟踪速度和范围问题 例 如 3GPP R7 协议中给出的高速列车信道模型就综合考察了频偏跟踪速度和范围的能力 具 体参数如下表 表 9 频偏跟踪速度和范围 Value Parameter Scenario 1Scenario 2Scenario 3 s D 1000 mInfinity300 m min D50 m 2 m K 10 dB v 350 km h300 km h300 km h d f1340 Hz1150 Hz1150 Hz 其中 是列车距离基站的最远距离 是基站距离轨道的距离 单位都是米 2 s D min D 是列车时速 v 如果频偏跟踪速度太慢 则会在频偏快速变化的时候产生巨大的估计误差 导致性能严 重恶化 例如下面的跟踪结果就是不可接受的 通常认为频偏估计误差在 400Hz 以内是可以 接受的 20 图 7不进行频偏补偿的情况 从图中可以看出 频偏估计速度明显滞后 最大的频偏估计误差达到 1000Hz 采用我司自研的频偏补偿算法 能够在保证合理的频偏估计范围 同时快速跟踪频偏变 化情况 获得的频偏跟踪结果如下 21 图 8进行了频偏补偿的情况 从图中可以看出 频偏估计值与真实频偏值吻合的很好 最大的频偏估计误差不到 300Hz 22 3 1 2 单小区多 RRU 级联技术 RRU 射频远端模块 就是将基站的射频模块和基带模块在物理上分离开来 基带模块 仍旧在基站机柜内 而射频模块用光纤拉至远端 与天线子系统直接相邻 RRU 有以下优点 降低天馈损耗 提高覆盖 RRU 直接安装在塔顶 同样条件下天线口的输出功率提高 2 3dB 100 米馈缆可减少 6dB 损耗 基站覆盖能力大大增强 使用 BBU RRU 技术 可以将多个 RRU 组网 1 4 个 RRU 利用基带合并技术组合到一 个小区内 从切换性能看 不同 RRU 覆盖区的切换 在 NodeB 内部完成 无需 RNC 参与 从 覆盖灵活性上看 多个 RRU 的覆盖区可以灵活组合成线状覆盖区 能用较少的小区数目满足 交通线路的覆盖需求 操作维护实现上是把 RRU 在物理上分开管理控制 告警和状态管理是按照物理位置上报 的 每个 RRU 含有各自的 ID 和通讯地址 但在业务支持上 使用一套 4 载波的小区参数配 置 这样可以保证对 RRU 的告警和维护功能不受影响 在下行方向 基站相当于多个站点同频分集发射 每个 RRU 的发射信号是相同的 手机 可以在多 RRU 的覆盖重叠区得到接收增益 增强了下行信号的接收效果 上行方向 基站相当于多路接收 处于多个 RRU 覆盖重叠区手机的上行信号 由多个 RRU 的天线同时接收到 接收数据通过光纤传递到 BBU 之后 基带处理板实现多路合并分集 接收 提高了上行接收灵敏度和抗干扰能力 高铁列车车体有较强的屏蔽效果 需要足够的覆盖信号强度 这样便限制了覆盖区域的 不能太大 当属于同一逻辑小区的多个 RRU 覆盖区域部分重叠连环相连之后 构成一个狭 长地带的高信号强度的适合铁路沿线的小区覆盖方案 小 区1 小 区2 BBU RRU BBU RRU RRU RRU RRU 23 图 9BBU RRU 网络拓扑 3 1 3RRM 算法 1 1 1 1对切换的优化对切换的优化 软切换 是 WCDMA 的特有策略 用户通过同时和多个小区存在无线连接以获得更多的链 路增益 在高速移动场景中 相对于普通的场景 需要提供更大的小区覆盖半径 以避免出 现过于频繁的切换 但同时小区之间需要保证较大的切换区域 以使用户尽量处于宏分集 中 从而增加宏分集增益 保证用户的 Qos 和无缝移动性 在一般情况下软切换的处理时间 为 400 800ms 从手机上报测量报告开始 到激活集更新完成结束 为此在不同的移动 速度下 切换区域至少要满足下表的需求 表 10 高速列车场景参数 26 场场景景27 速速度度28 切切换换距距离离 29 高高速速铁铁路路30 300km h31 55 57m 32 磁磁悬悬浮浮33 450km h34 100 01m 另外通过切换的参数配置提高切换的性能 可以采用易加难减的策略 即 1A 配置的较 容易触发 1B 配置的较难触发 以使链路尽量处于宏分集中 激活集加入门限 THadd 激活集删除门限 THdel 1A事件触发 将小区 2 加入激活集 1B 事件触发 将小 区 1 删除出激活集 来自小区 1 的信号 来自小区 2 的信号 来自小区 3 的信号 时间 信号强度 T1A T1B 24 图 10 事件触发 1A 事件上报的时配置的 T1A Time To Trigger 起测量结果平滑作用 避免突发信 号造成的事件误报的作用 但在高速移动的场景下 信号由差变好所需的时间可能很短 此 参数可以配置为小于 100ms 以保证切换的及时性 异频硬切换 系统间切换 异频切换和系统间切换都需要先启动压缩模式 UE 进行频间 系统间测量 当满足频间 系统间事件触发条件再进行上报 这样存在较大的时延 一般情况下即便 UE 激活压模立即 触发事件上报切换 所需的时间异频硬切换需要 1 4s 2s 系统间切换需要 1 4s 由于存在 UE 上报事件时间的不确定性 一般情况下不推荐在高速场景下进行异频硬切换 系统间切 换 为了满足高铁的特殊应用场景 从上述的分析可知切换需要考虑下述几个方面做优化 高速移动场景的规划小区覆盖半径尽量大 小区半径足够大的情况下 即便用户高速 移动 也不会发生频繁的切换 规划的切换区域尽量大 尽量使用户保持在宏分集的状态 切换应用策略 用于吸收高速 UE 的组网层尽可能同频覆盖 这样可以切换时就对高速 移动 UE 只考虑同频软切换 不做频间切换 系统间切换 切换参数的优化配置 保证当测量事件能尽快判决 并及时通知到网络侧 1 1 1 2对小区重选的优化对小区重选的优化 1 减少系统消息的读取时间 WCDMA 中主要使用的系统信息有 SIB1 SIB3 SIB11 过多的邻区配置会增大系统信息 的长度 为此在重选小区配置上 要配置为有效的邻区 同时重选小区和切换小区的分开配 置 以保证切换邻区配置不缺失 在读取系统信息过程中 由于是在无线信道上读取数据 受到周围无线环境的干扰 在 一个重复周期内很难准确地读全一个小区的系统信息 需要在多个重复周期内读取 读全系 统信息后 UE 才能继续进行小区驻留工作 因此 为了保证用户能够快速驻留在小区上 网络侧需要尽可能的缩短系统信息的重复周期 2 重选参数的配置 Treselection 用来避免出现信号波动的评判重选 在高速场景中 此参数不易配置的 过大 另外 Qoffset Qhyst 也配置为当邻区比本小区质量好些的情况下既可以进行重选 25 1 1 1 3对寻呼的优化对寻呼的优化 1 增大寻呼次数 增大 UTRAN 寻呼最大重发次数和 CN 最大寻呼重发次数配置 2 同 LAC 的规划 在高速移动的场景 尽量规划小区属于同一位置区下 以避免处于跨位置区的用户寻呼 失败的情况 1 1 1 4大功率功放大功率功放 暂时略 3 2网络优化技术 3 2 1 专网组网原则 1 1 1 5已建宏站采用小区分裂已建宏站采用小区分裂 通常情况下 在城市移动通信网络建设中 铁路沿线已经完成了相当一部分的宏站的建 设 这些宏站可以有效地利用于铁路专网的建设中 采纳原则为垂直于铁路 300 米之内且从 基站可以目视到铁轨的基站 在制定专网覆盖方案中 我们可以选择两种方案 31 已有宏站直接作专网覆盖 将现网铁路沿线已有宏站直接纳入铁路专网中 这样的好处是节省工期及投资 减轻频 率规划难度 同样也可以满足铁路沿线的信号覆盖强度 但存在的缺点铁路专网与大网共享 宏站 该宏站的小区参数设置需要调整 同时也会影响该宏站的原有覆盖范围 因此规划上 做整体考虑 42 已有宏站分裂 4 小区作专网 第四小区覆盖是指在现有的三小区蜂窝小区结构上 新增一个小区用于提升覆盖 采用 第四小区覆盖铁路的方案如下图所示 26 图 11 第四小区覆盖 对于高速铁路第四小区 硬件上要求每小区要功分覆盖两个方向 这样可以减少高速列 车的小区切换和小区重选 第四小区对铁路的覆盖和主要优势 对原有覆盖影响较小 原基站服务范围除铁路外还有周边的道路和城区 如该基站直接 作为铁路专网覆盖基站 则对铁路的覆盖调整要考虑的因素很多 存在铁路覆盖和周边覆盖 相互制约的情况 而采用第四小区专门用于覆盖铁路则不存在这种制约 特点如下 不影响原有话务吸收 容量优化简单 铁路覆盖区域如穿过城区 话务量大 对铁路 的话务存在隐患 而且铁路小区优化往往进行功分和功率扩展 将给覆盖小区带来更 大的话务压力 话务量成了制约铁路小区覆盖延伸的制约条件 而采用第四小区可以 专门覆盖铁路 无需考虑话务压力的问题 可以简化优化工作 有利于优化工作的开 展 有利于实现铁路的专门覆盖 形成简洁的小区重选和切换关系 有利于参数的优化 第四小区专门进行铁路的优化 可以将一些特殊的利于高速移动 的参数在第四小区进行修改 而不会对其它用户造成影响 不采用第四小区则无法实 现 分裂第四小区的注意事项和适用条件 合理的站址 距离铁路垂直距离 100 米 及站间距 大于 1km 因为第四小区专门覆 盖铁路 应该尽量减少对非铁路区域的覆盖 因此和铁路越近 效果越好 站间距适宜在 1km 以上 列车高速移动 要保证切换和重选合理 必须有这个距离 27 天线类型选取 宜采用高增益 21dBi 窄波瓣天线 这也是考虑减少铁路外的覆盖 增强第四小区的信号 延伸第四小区覆盖距离的需要 对于高话务密集信号杂乱 小区切换重选频繁的城区 使用第四小区形成主导 可以较 好的避免因为话务导致切换失败的情况出现 1 1 1 6新建站方案新建站方案 当在城市中铁路沿线没有现成宏站可用作分裂小区时 这时就需要沿线建造 BBU RRU 基 站来解决专网小区接续问题 目前支持 RRU 四级沿线级联 沿线新增的宏站与铁路垂直距离 务必控制在 300 米之内 高度控制在 25 米至 30 米 以使专网小区的覆盖达到良好的效果 另外 考虑到铁路沿线安全问题 铁塔类型的 RRU 站与铁路垂直距离需大于 50 米 1 1 1 7RNC 归属和归属和 LAC 设置原则设置原则 铁路专网建设的目的除了加强铁路沿线手机信号外 另一个重要的原因就是优化专网位 置区设置 从而减少专网内的位置更新量 提高无线接通率 LAC Location Area Code 是 2 个字节长的十六进制 BCD 码 0000 与 FFFE 不能使用 其用来识别相应的位置区 一般 是一个 RNC 配置一个 LAC Location Area Identification MCCMNCLAC 图 12位置区标识 由于专网在设计思路中采用封闭方式 即专网与大网隔离 在混合组网的条件下 也可 以将各专网 RNC 挂载于同一 CN 下 从而为各不同的 RNC 设置统一的 LAC 参数 通常 铁路 专网的位置区边界设置有以下 4 种情况 1 火车站 停靠站与大网的边界 铁路专网组网中 火车站与周围大网必然要出现位置区边界 因此 在工程施工上 必 须严格控制火车站室内布线系统的覆盖范围 避免频繁位置更新而消耗专网与大网的信道资 源 2 跨省市边界 在铁路跨省市边界处 也是位置区边界 该处的位置更新解决方案只有通过增加边界基 站小区的数目 以此来增大相应的信道设置来解决 3 省市内铁路专网内部边界 28 省市内铁路专网划分位置区主要涉及一些幅员辽阔的城市 在单 LAC 组网情况下 铁路 专网的寻呼总和达到了 RNC 处理能力的安全门限 则必须进行 LAC 分裂 4 RNC 内双 LAC 设置 在铁路专网组网中 还存在另一种可能的情况 即省市内铁路沿线的某厂商基站设备数 非常少 通常参与组网的专网小区数不超过 5 个 若为这些专网小区独立配置 RNC 则 RNC 空置率会相当高 从投资角度来讲 设备成本偏高 因此 对于这些小区的专网组网 我们 建议将专网小区并入现网已有的 RNC 设备中 并为这些专网小区统一设置 LAC 参数 1 1 1 8站台与大网的联接站台与大网的联接 火车站一般是铁路专网覆盖的起始点 是专网与外网的过渡与衔接 火车站专网规划主 要考虑两部分 即候车室微小区和站台微小区的规划与设计 候车室由于整体人流较大 因此小区配置要求较高 可以采用多个小区共同覆盖方式 同时候车室微小区应保证与外网小区的切换正常 保证旅客进入候车室后 手机能顺利占用 专网信号 对于站台微小区 同一时刻仅可能在局部区域发生用户突增现象 因此小区配置要求相 对较低 可以采用一个小区单独覆盖 同时站台微小区既要保证与候车室微小区的无缝切换 同时又要保证列车启动后乘客手机能顺利与后续专网小区进行小区重选和切换 考虑到各地火车站建筑结构方面存在差异 如果站台与候车室在空间上分离 则站台上 可以采用全向天线进行覆盖 如果站台与候车室在空间上分属于不同的层次 比如 上海火 车站站台位于车站一层 候车室位于车站二层 则需要在站台上引入分布系统确保对各个 站台的覆盖 并保证对后续专网小区的切换与重选 1 1 1 9列车经过密集城区列车经过密集城区 在旅客行进途中 可能会遇到旅客行进途中遇到公网导频信号大的情况 当列车经过密 集生活区时 由于该生活区本身对通信有需求 需要有小区覆盖 这样就会与高铁中区形成 重叠 由于列车行进速度较快 本身又需要较长的切换重叠区 普通小区的半径和重叠区域 可能难以满足从专网到公网再回到专网的需求 所以需要统一规划 此时可以对公网和专网的覆盖进行统一规划 将靠近铁路区的公网小区与专网合并成为 一个 OTSR 过渡小区 该小区的邻区同时设置为公网和专网 当旅客从专网经过该小区时 由于有相邻关系 可以进入该合并小区 29 同时由于该小区与公网也有相邻关系 其保证了该小区内公网用户的正常通话和切换 由于该小区包括原来公网和专网的小区 其小区范围得到大大扩展 能够满足高速运行的 列车的切换带情况 图 13 采用单小区多 RRU 技术解决经过密集城区 1 1 1 10 重叠区域计算重叠区域计算 高铁覆盖必要保证各小区信号覆盖重叠区 以保证完成小区重选和切换 高铁覆盖建模 高铁覆盖建模如下 Dv1Dv2 Dh1Dh2 Cell 1 Cell 2 高高 铁铁 图 14 高铁覆盖区域 其中 Dv1 Dv2 表示覆盖高铁的 Cell 1 和 Cell 2 距离高铁的垂直距离 Dh1 Dh2 表示覆盖高铁的 Cell 1 和 Cell 2 距离高铁轨道上某一点的水平距离 30 Cell 1 和 Cell 2 的天线挂高按照 30 米计 高铁覆盖传播模型 高速覆盖的传播模型以 COST231 Hata 经验模型为基础 可用于 150 2000MHz 的无线电 波传播损耗预测 作为无线网络规划的传播模型工具 具有较好的准确性和实用性 数学表达形式是 mbmbb CdhhahfL lglg55 6 9 44 lg82 13lg 9 33 3 46 表 11 COST232 Hata 模型各系数含义 系数说明 Lb路损 单位 dB f中心频率 单位 MHz hb基站有效高度 单位 m hm移动台有效高度 单位 m d通信距离 单位 km Cm校正因子 开阔地场景 高铁信号覆盖计算 按照高铁覆盖建模 假设站距 3km 即 Dh1 Dh2 3km 基站到高铁的垂直距离为 0 2km 天线挂高 30m 通过传播模型计算 可知高铁的信号覆盖 Ec 分布图如下所示 31 图 15 高铁信号覆盖分布 导频信号质量 Ec Io 和下行功率站率占用情况相关 R4 组网情况下 假设小区下行功 率消耗为 50 R4 和 H 混合组网 假设小区下行功率占用为 90 导频占总功率的 10 依 然假设站距 3km 即 Dh1 Dh2 3km 基站到高铁的垂直距离为 0 2km 天线挂高 30m 则可 知高铁的信号