TELLTALE無線通信系統在鐵路上的應用研究

賈銳斌

隨著工信部LTE牌照的發放，各大運營商4CJ網絡正式商用，標志著4G時代已經到來。高速鐵路無線通信系統相比低速狀態下的無線通信面臨著諸多的問題，本文討論了高速鐵路無線通信建設方案以及注意事項，并給出了基于TD-LTE技術的高鐵無線覆蓋的解決方案。

為滿足日益增長的高速交通運輸需求，國務院批準的《中長期鐵路網規劃》中規劃了“四縱四橫”鐵路快速客運通道相應規劃，客車速度最高時速可達380km/h。同時，伴隨著移動互聯網業務的迅猛發展，客戶乘坐高速鐵路時的數據業務需求也在日益增長。隨著工信部正式向各大運營商發布4G牌照，標志著我國正式進入4G時代，在高速鐵路場景下良好的應用4G技術會大幅度提升用戶感知。但是由于4G網絡采用的頻段較高，較2G、3G網絡會帶來更高的損耗以及多普勒頻移，如何在高速度、強車體損耗的高鐵特殊場景下提供穩定的4G網絡服務，各運營商面臨著諸多挑戰。本文從對高鐵場景下的網絡覆蓋可能存在的特殊問題，解決方案進行了歸納總結，對TD-LTE網絡覆蓋高鐵場景進行了可行性研究。

LTE高鐵覆蓋的應用方案

高鐵通信專網建設方案

針對高鐵專網內頻繁切換、重選問題，以及隨之而來的業務掉線、無法接通等問題。多采用BBU+RRU組網方案，并采取RRU共小區技術，即在多個從單個BBU拉遠多個RRU組成多個站址，增大同一小區的覆蓋范同，在同一小區的RRU位置組之間運動時無須進行切換或重選，減少切換重選次數，減少掉話風險。該類技術在2G/S3G高鐵覆蓋已經有比較成熟的應用，可以沿用到4G網絡建設中。

自適應頻率補償技術對抗多普勒頻移

針對多普勒頻偏問題，各個主設備廠商已支持自適應頻率補償技術（AFC），通過頻率補償技術，可以快速準確地跟蹤系統上行頻偏，經過多次對載波頻率偏移最大值的檢測與校正后可有效控制多普勒頻展在系統接受的范圍內。建議高鐵專網建設中開啟頻偏算法，控制多普勒頻移帶來的負面影響。

準確控制重疊覆蓋距離，提升切換成功率

在網絡規劃初期，要充分考慮列車時速，以及切換重選時延的典型設置，保證站址間的重疊覆蓋距離能夠有效完成切換重選，切換重疊帶預算：重疊覆蓋區域過小會導致切換失敗，過大則會站間距增加，因此高鐵覆蓋規劃中要合理設計重疊覆蓋區域。

建設應用方案以及注意事項

建設方案

高速鐵路4G網絡覆蓋存在公網和專網兩種方式，考慮到用戶體驗和網絡性能更優，建議采用專網形式覆蓋。宏基站建設方案：每個物理站點配置兩個兩通道RRU，分別連接高增益雙通道天線進行覆蓋，多個物理站點之間進行小區合并。隧道覆蓋方案：可采用天線覆蓋或泄漏電纜覆蓋兩種方案。短且平直的隧道，優先采用低成本的宏基站覆蓋方案。對于長或彎度較大的隧道，建議采用泄露電纜覆蓋方案。高架橋覆蓋方案：采用定向天線背靠背發射的方式覆蓋，優先選擇高增益、窄波瓣天線，選擇地點位于橋兩端距離鐵路一定距離處。站臺建設方案：站臺建議采用專網信號覆蓋，站臺話務通過專網進行吸收，建議將候車區、上車通道、旅客出站區分別建設公網獨立小區，借助公網室分小區建立過渡切換帶。

注意事項

高鐵需要2G/4G協同規劃：目前4G語音業務仍采用CSFB的方式，中國移動目前采用回落到GSM網絡的方式.應做好4G和2G的協同優化，建議4G專網的CSFB頻點按照2G專網配置，保證一致性：LTE與GSM高鐵專網協同有利于提升高鐵CSFB接通成功率.確保CSFB終端用戶（如iPhone用戶）的語音感知。

如2G高鐵基本上采用專網方式建設，應充分利用站址資源，實現2G/4G設備共柜、共BBU框、共傳輸資源等，進一步減少投資、減輕工程施工難度、節省建設時間。為增加基站的覆蓋距離，減少切換次數，高鐵場景建議采用高增益窄波瓣天線對進行覆蓋。高增益窄波瓣天線通常可以做到增益18-21dBi.波瓣寬度約35°。

現網建設效果

浙江移動最早通過平滑升級，實現滬杭高鐵嘉興段TD-LTE/TD-SCDMA雙模高鐵覆蓋，并實現了300km/h高鐵場景下的數據業務高速下載，建成全球首個高鐵4G網絡。隨后，中國移動集團公司于早在2014年下發《中國移動4G網絡二期工程高速鐵路覆蓋項目建設要求》，在全網內啟動LTE高鐵專網建設，實現高鐵4G網絡全面覆蓋，滿足高鐵沿線的寬帶無線網絡需求。黑龍江的哈大線、盤營線、京哈線，依據現有2G專網實施共站、補點建設，累積完成高鐵4G網絡期共建設站點942個。目前，經過工程期優化調整，高鐵線路平均下載速率達到10Mbps以上，覆蓋率接近90%。后期，隨著站址的不斷增加，網絡優化工作的不斷深人，新技術的進一步應用，網絡質量將得到進一步提升，必將為客戶帶來更好的體驗。

高速鐵路的4G時代已經到來，優秀的高鐵通信質量是提升運營商形象和贏得客戶口碑新領域。高速鐵路的無線網絡覆蓋非常復雜，4G網絡的規劃、建設、優化工作中存在較大困難。本文重點從高鐵4G通信中涉及的疑難問題、解決方案、注意事項等多個方面進行了闡述，進一步論證了高鐵4G網絡覆蓋方案的可行性和合理性。