作者/楊亮，黑龍江同信通信股份有限公司

TD-LTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化方法研究

作者/楊亮，黑龍江同信通信股份有限公司

隨著高鐵的速度不斷提高，現(xiàn)有的GSM和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面也有新的問題出現(xiàn)，信號(hào)衰弱、穿透損耗、小區(qū)切換的問題嚴(yán)重影響了用戶的使用體驗(yàn)。因此，TD-LTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化已經(jīng)是一個(gè)很緊迫的問題了，完成對(duì)于TD-LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，使使用者可以有更好的使用體驗(yàn)，是我們的研究目標(biāo)。

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)；高鐵專網(wǎng)；優(yōu)化方法

引言

隨著國家建設(shè)的高速發(fā)展，在中國高鐵已經(jīng)成為了人們區(qū)域間的主要交通工具。但是隨著高鐵的不斷提速，之前配置的那些TD-LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)就出現(xiàn)了很多的問題，對(duì)于TDLTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化就是一個(gè)非常需要解決的問題。在高鐵的運(yùn)行中，可能會(huì)經(jīng)過丘陵、隧道、架橋等距離較長的復(fù)雜路段，在這樣復(fù)雜的路況中，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)就需要面臨著很多的挑戰(zhàn)。高鐵站點(diǎn)間的間距較大，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)高清通信的覆蓋高強(qiáng)要求，速度過快造成的高穿透損耗，因切換頻繁導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)，高鐵網(wǎng)絡(luò)使用度較高，容量有限等問題嚴(yán)重影響著旅客在高鐵上網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)。就以上出現(xiàn)的這些問題，我們對(duì)TD-LTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化方法進(jìn)行研究，希望可以優(yōu)化TD-LTE高鐵網(wǎng)絡(luò)。

1.高速鐵路網(wǎng)絡(luò)覆蓋特點(diǎn)分析

高鐵在運(yùn)行中，對(duì)高鐵上的TD-LTE高鐵專網(wǎng)覆蓋造成影響的，主要原因有多普勒頻移現(xiàn)象，車體的穿透損耗，信號(hào)衰弱問題，高速場景下的切換重選問題，還需要考慮高鐵網(wǎng)絡(luò)的資源利用率等。中國的高鐵的運(yùn)行速度在不斷的提高，速度提高到一定的程度就容易產(chǎn)生多普勒頻移。多普勒頻移，即終端在高速移動(dòng)的同時(shí)，基站和終端的信號(hào)接收會(huì)發(fā)生頻率的偏移現(xiàn)象。如果高鐵列車的運(yùn)行方向與信號(hào)的傳播方向相同時(shí)，多普勒頻移現(xiàn)象最嚴(yán)重，多普勒頻移現(xiàn)象對(duì)于基站有非常大的側(cè)影響。就高鐵來看，不同的運(yùn)行速度下的多普勒頻移也是有很大的差異的。如表1所示。

表1

面對(duì)因?yàn)樘崴僖l(fā)的多普勒頻移現(xiàn)象，可以使用一些對(duì)減輕這些影響有幫助的設(shè)備，進(jìn)而保證TD-LTE高鐵專網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。車體對(duì)于信號(hào)的傳遞也有很大的影響，信號(hào)從不同的角度進(jìn)入車體，需要穿透的車體厚度是不盡相同的。當(dāng)信號(hào)的入射方向與高鐵列車的運(yùn)行方向越貼近時(shí)，信號(hào)需要穿透的車體的厚度將會(huì)增大，車體穿透損耗也將增大，從而也增大了多普勒頻移，因此信號(hào)的入射方向應(yīng)盡量與高鐵列車運(yùn)行方向遠(yuǎn)離。信號(hào)的衰弱在移動(dòng)通信中是一種非常常見的現(xiàn)象，不過信號(hào)衰弱也有快慢衰弱之分。快衰弱就是因?yàn)槎鄰叫?yīng)，信號(hào)電平的變化很快導(dǎo)致的?？焖ト醯乃ト趼逝c終端的運(yùn)行方向、運(yùn)行速度和信號(hào)的發(fā)射頻率有關(guān)。為了減輕信號(hào)快衰弱造成的影響，需要在規(guī)劃時(shí)考慮一定的衰弱余量。慢衰弱則是由于高鐵列車在運(yùn)行途中的復(fù)雜地形引起的，障礙物了阻礙信號(hào)的傳遞。高鐵網(wǎng)絡(luò)需要現(xiàn)網(wǎng)的基站為其提供，每個(gè)基站只可以覆蓋一個(gè)小區(qū)域，在高鐵列車如此高的運(yùn)行速度下，終端就需要在沿途的各個(gè)基站間進(jìn)行切換，這樣就會(huì)因?yàn)榛鹃g的頻繁切換和重選，會(huì)對(duì)終端的信號(hào)穩(wěn)定造成很不利的影響。網(wǎng)絡(luò)資源的利用率也是一個(gè)很大的問題，當(dāng)高鐵列車交匯時(shí)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的容量很容易達(dá)到峰值，就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)較弱的情況，而在都沒有高鐵列車經(jīng)過時(shí)，又會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)，因此需要一些特別的高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋資源的合理利用，又盡量滿足峰值。

2.克服高鐵通信難題的關(guān)鍵技術(shù)

■2.1 自動(dòng)頻率校正規(guī)避多普勒頻移

在高鐵高速運(yùn)行的過程中，多普勒頻移效應(yīng)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行造成一定的影響。為了解決多普勒效應(yīng)，可以采用自動(dòng)頻率校正算法，即通過快速的對(duì)高速移動(dòng)引起的頻率偏移進(jìn)行測量計(jì)算，對(duì)多普勒效應(yīng)的影響進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而概算高鐵網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

■2.2 基帶合并避免小區(qū)間頻繁切換

高鐵的高速運(yùn)行，在車上的用戶需要在沿途的小區(qū)間進(jìn)行不停的切換和重選，很容易因?yàn)榍袚Q不及時(shí)而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接中斷的現(xiàn)象。每個(gè)基站只可以覆蓋一小片區(qū)域，為了解決基站間的頻繁切換和重選而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)終端問題，就需要延長單個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍，這樣也就要把相連的基站進(jìn)行合并，進(jìn)行多站點(diǎn)同頻分集發(fā)射，信號(hào)相同，可以對(duì)信號(hào)產(chǎn)生增益，進(jìn)而保證了高鐵網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

■2.3 合理夾角降低高穿透損耗

高鐵列車的車體是全封閉車廂，信號(hào)從外界傳入會(huì)有很大的損耗，不過不同的車型的信號(hào)穿透損耗也是不盡相同的（如表2所示）。

表2 高鐵車型損耗參數(shù)

車廂的信號(hào)掠射角與列車的車廂穿透損耗成反比，掠射角越小，信號(hào)損耗就會(huì)越大。在高鐵基站規(guī)劃時(shí)，需要保證在合適的范圍之內(nèi)，保證天線的主覆蓋方向和軌道之間應(yīng)有一定的夾角，才可以較深信號(hào)的穿透損耗。另外一方面，對(duì)于基站天線來說，使用高增益窄波瓣天線增益更為明顯。

■2.4 多場景隧道個(gè)性化覆蓋

隧道在整個(gè)高鐵運(yùn)行路線中是非常常見的，雖然隧道也許并不長，不過隧道的狹小卻對(duì)高鐵網(wǎng)絡(luò)造成了很大的影響，填充效應(yīng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性影響更大。短的隧道可以在隧道外定向天線支架覆蓋，隧道內(nèi)的基站可以與隧道外的進(jìn)行合并，就可以切換到隧道外。長隧道的場景，就不能使用定向天線來進(jìn)行覆蓋，就需要沿著隧道布置泄露電纜，不但不會(huì)對(duì)信號(hào)造成影響，還可以很好的適應(yīng)隧道彎曲多變的地形。如果面對(duì)的是連續(xù)的隧道場景，可以采用在隧道和隧道間布放定向天線來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，盡量采用小區(qū)合并的方式來減少切換。

3.高鐵基站選址與勘察

高鐵基站的選址：基站距離鐵路較近，信號(hào)就要以傳播距離為先，天線可以直接對(duì)著鐵軌方向；共小區(qū)的站點(diǎn)，站間控制在1.2-1.4Km，非共小區(qū)的站點(diǎn)，站間距0.6-0.8Km；鐵塔與鐵軌的水平距離應(yīng)在120-150m，天線可以采用高增益窄波瓣天線，站址的選擇的位置應(yīng)該便于建造和維護(hù)。高鐵基站的勘察：在進(jìn)行基站建設(shè)前，需要勘察好周圍的環(huán)境，是否可以進(jìn)行基站建設(shè)，是否經(jīng)濟(jì)合理，是否建設(shè)后可以與需求相吻合，不適宜建設(shè)基站又該汝河修改建設(shè)方案等。

4.具體案例

以南廣高鐵為例，規(guī)劃的站點(diǎn)基本建設(shè)完成，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率可以達(dá)到90%以上，但是有一些站點(diǎn)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致信號(hào)較弱，不過已經(jīng)基本滿足覆蓋要求。

5.結(jié)語

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，城市間的交通以及被逐漸普及的高速鐵路所占據(jù)。高速鐵路已經(jīng)成為了中國大部分城市間的主要交通工具。不過現(xiàn)在已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求也越來越高，因此高鐵上也提供了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以滿足人們的使用要求。高鐵的出現(xiàn)給人們的生活又帶來了極大的便捷，龐大的客流追求的不僅僅是安全便捷，還有舒適和周到?，F(xiàn)在處于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求程度很高，高鐵上也要有非常好的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)提供。TDLTE高鐵專網(wǎng)優(yōu)化可以在很大程度上改善因?yàn)楦哞F提速帶來的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差的問題，可以在人們出現(xiàn)時(shí)享受到更為舒適的旅程，也希望以后可以有更好，更深入的優(yōu)化方案，開發(fā)出更好的TD-LTE高鐵專網(wǎng)。

* [1]王文博,常永樂等.移動(dòng)通信原理與應(yīng)用[M].北京: 北京郵電大學(xué)出版社,2002年.

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