高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計淺析

黃宋斌

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高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計淺析

黃宋斌

廣西通信規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣西 南寧 530007

隨著高速鐵路在中國迅猛發(fā)展，以及人們對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求質(zhì)量的不斷提升，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)已成為各通信運(yùn)營商需解決的重點(diǎn)問題。研究先探討了高鐵場景下LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨的問題，接著重點(diǎn)對高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的鏈路預(yù)算進(jìn)行了分析，最后分析了高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中應(yīng)注意其他問題

LTE；高鐵；鏈路預(yù)算；小區(qū)合并；切換。

1 高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋面臨的主要問題

1.1 車體穿透損耗大

高速列車采用密閉式廂體設(shè)計，車體損耗大。

1.2 多普勒頻偏

高鐵車速快，不利于切換和重選，多普勒效應(yīng)非常明顯，產(chǎn)生頻偏，OFDM的符號間或符號內(nèi)都存在干擾，信噪比惡化。

1.3 高速影響性能

UE高速移動情形下，對切換的性能有較大的影響。為保證無縫移動及QoS，要求UE通過切換區(qū)域的時間大于切換的處理時間，以保證切換順利完成。[1]否則造成用戶的QoS下降甚至UE脫網(wǎng)、掉話。

1.4 無線公網(wǎng)與高鐵覆蓋專網(wǎng)相互影響

高鐵覆蓋作為LTE公網(wǎng)覆蓋的一部分，必須考慮高鐵覆蓋專網(wǎng)和公網(wǎng)之間的相互影響。專網(wǎng)和公網(wǎng)之間應(yīng)避免形成空洞和過度重疊覆蓋，特別要避免大網(wǎng)站點(diǎn)越過高鐵軌道進(jìn)行覆蓋。要做好公網(wǎng)、專網(wǎng)間切換、重選等關(guān)系，確保相互之間的正常過渡。

2 高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計分析

2.1 無線傳播模型選擇

Okumura-Hata傳播損耗模型是常用的經(jīng)驗(yàn)傳播模型，適用于絕大部分常見的場景。作為無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的傳播模型工具，具有較好的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。[2]Okumura-Hata的計算公式為：

L=46.3+33.9logf-13.82loght-hr+（44.9-6.55loght）log d +CM

其中L為路徑損耗，ht為發(fā)射天線高度，d為用戶到天線距離，hr為UE距離地面高度。CM為場景校正因子（高鐵所經(jīng)區(qū)域大部分為郊區(qū)及農(nóng)村場景，取CM=0 dB，當(dāng)為城市場景時取CM=3 dB）。

2.2 覆蓋半徑測算

表1 相關(guān)鏈路預(yù)算參數(shù)取值表

由前面的Okumura-Hata計算公式及上表中高鐵環(huán)境下的鏈路參數(shù)，可得到高鐵環(huán)境下的覆蓋半徑約為520m。

2.3 高鐵網(wǎng)絡(luò)設(shè)計需注意的其他問題

2.3.1 小區(qū)合并

由于高鐵運(yùn)行的速度非常快，一個獨(dú)立的小區(qū)很容易造成小區(qū)間的頻繁切換。采用小區(qū)合并技術(shù)后，原來多個小區(qū)之間的切換區(qū)域變成了同一小區(qū)接力點(diǎn)，減少了切換，無需再預(yù)留信號重疊區(qū)域，擴(kuò)大了單基站覆蓋距離，降低網(wǎng)絡(luò)中UE的小區(qū)重選、小區(qū)切換的概率，提升終端用戶呼叫成功率，降低掉話概率，有效提升高速移動條件下用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。[3]實(shí)際組網(wǎng)中，可采用高增益的雙極化天線進(jìn)行多小區(qū)合并。

2.3.2 公網(wǎng)、專網(wǎng)合理切換

切換原則是重點(diǎn)保證公網(wǎng)用戶能順利切入高鐵專網(wǎng)。同時，在用戶離開站臺時，避免發(fā)生乒乓位置更新。另外，高鐵覆蓋要做到專網(wǎng)專用，在人流密集的站點(diǎn)和候車室，需將專網(wǎng)與公網(wǎng)相互設(shè)為鄰區(qū)。而在列車行進(jìn)過程中，專網(wǎng)小區(qū)和公網(wǎng)小區(qū)則不要設(shè)置為鄰區(qū)，用戶不允許切換到公網(wǎng)，公網(wǎng)用戶也不能占用專網(wǎng)資源。

2.3.3 城區(qū)區(qū)域覆蓋

高鐵經(jīng)過城區(qū)環(huán)境時，由于站點(diǎn)間距小，切換區(qū)域小，加上樓宇眾多，沒有開闊的視距環(huán)境，多普勒效應(yīng)明顯，對性能影響嚴(yán)重，導(dǎo)致解調(diào)SNR降級嚴(yán)重；同時對城區(qū)多徑衰落的影響比較明顯，容易出現(xiàn)向目標(biāo)小區(qū)切換后回切，造成頻繁掉話。[4]針對密集城區(qū)的高鐵覆蓋，可以在傳統(tǒng)三小區(qū)的基礎(chǔ)上，新增第四小區(qū)用于高鐵覆蓋。

3 結(jié)語

研究指出了高鐵覆蓋的特殊性及主要存在問題，并重點(diǎn)給出了高鐵LTE鏈路預(yù)算方法，同時對一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討，包括小區(qū)合并、公網(wǎng)與專網(wǎng)的合理切換以及城區(qū)區(qū)域的覆蓋問題等，對于當(dāng)前高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義。

[1]蔡躍明，吳啟暉，田華.現(xiàn)代移動通信[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]吳志忠.移動通信無線電電波傳播[M].北京：人民郵電出版社，2002.

[3]湯勇勝，王正平.TD-LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計探析[J].移動通信，2015（9）47.

[4]陳晨，李長樂.高速鐵路通信系統(tǒng)方案研究綜述[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2010（3）14.

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