TD-SCDMA高速干線覆蓋解決方案

圖1 智能天線算法不同移動速度情況下的系統(tǒng)性能圖

2.1 多普勒頻移

當(dāng)終端在運(yùn)動中，特別是在高速情況下通信時(shí)，終端和基站都有直視信號，接收端的信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)所引起的頻移稱為多普勒頻移，其計(jì)算公式如式（1）所示：

（1）

其中：θ為移動臺移動方向和入射波的夾角；υ是移動臺運(yùn)動速度；c為電磁波傳播速度；f為載波頻率。從上式可以看出，用戶移動方向和電磁波傳播的方向相同時(shí)，多普勒頻移最大；完全垂直時(shí)，沒有多普勒頻移。在移動臺遠(yuǎn)離基站方向移動時(shí)，頻率降低；在移動臺向基站方向移動時(shí)，頻率升高。

圖2展示了多普勒頻移對移動通信系統(tǒng)的影響，其中fo是發(fā)射頻率，fd為多普勒頻移。從圖中可以看出，在未加頻偏校正的情況下，基站接收頻率和發(fā)送頻率之間有2倍頻偏。

圖2 多普勒頻移的影響

表1為典型情況下的最大多普勒頻移（即假設(shè)θ=0）。

表1 典型情況下的最大多普勒頻移

2.2 高穿透損耗

在進(jìn)行小區(qū)及站點(diǎn)的覆蓋規(guī)劃時(shí)，需要進(jìn)行鏈路預(yù)算。高速列車的封閉性很好，必然帶來較大的穿透損耗，且入射波與火車運(yùn)行方向之間的夾角越小，穿透損耗越大。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，動車組列車比普通列車的穿透損耗高約10~15dB，典型值為25~30dB，如此大的穿透損耗給網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及功率等參數(shù)設(shè)置都帶來了較大的挑戰(zhàn)。

2.3 對切換區(qū)的影響

高速移動的列車在進(jìn)行小區(qū)切換時(shí)，可以很快速的穿過小區(qū)間的切換區(qū)。如果小區(qū)的切換區(qū)設(shè)置過小，那么用戶在還沒來得及進(jìn)行切換過程就已經(jīng)穿過了切換區(qū)，導(dǎo)致切換失敗而掉話。由于切換時(shí)延包括測量處理和切換執(zhí)行兩個(gè)過程，需要根據(jù)高速移動的情況，合理規(guī)劃切換區(qū)的大小以及合理設(shè)置與切換相關(guān)的參數(shù)。

3 普天高速干線解決方案

3.1 分布式天線覆蓋方案

為了進(jìn)一步增強(qiáng)TD-SCDMA系統(tǒng)在高速公路等場景下的覆蓋性能，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，我們提出了分布式天線結(jié)構(gòu)在高速移動環(huán)境中應(yīng)用的技術(shù)方案。圖3為分布式天線系統(tǒng)在高速公路上應(yīng)用的范例。在這個(gè)場景中，沿高速公路架設(shè)了四個(gè)天線組，每個(gè)天線組采用兩根天線進(jìn)行覆蓋，八根天線的覆蓋區(qū)域共同構(gòu)成一個(gè)小區(qū)。在條件允許的條件下每個(gè)天線組的兩根天線盡可能按照相互獨(dú)立的放置，如無法滿足上述條件，也可以存在一定的相關(guān)性。

圖3 分布式天線下的高速公路覆蓋

3.2 延遲發(fā)送分集技術(shù)

高速移動產(chǎn)生的多普勒頻移使信道估計(jì)的準(zhǔn)確性降低，這是造成TD-SCDMA系統(tǒng)在高速移動時(shí)的性能下降的主要原因。UE的移動速度越高，信道估計(jì)的誤差越大，系統(tǒng)性能也就越難滿足設(shè)計(jì)的要求。

延遲發(fā)送分集是一種簡單有效的發(fā)送分集方案，為了提高高速移動環(huán)境中的系統(tǒng)性能，在分布式天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用了延遲發(fā)送分集技術(shù)的方案。在圖1所示的例子中，每個(gè)天線組的其中一根天線按正常時(shí)間發(fā)送信號，另外一根天線延遲一個(gè)碼片發(fā)送信號。延遲時(shí)間可以是一個(gè)碼片，也可以是多個(gè)碼片。這樣，在UE端接收到的是一個(gè)時(shí)間分集的多徑信號，通過聯(lián)合檢測可以有效的降低信道估計(jì)偏差造成的影響，從而顯著提升系統(tǒng)的整體性能。

圖4 延時(shí)發(fā)送原理圖

3.3 高速干線組網(wǎng)方案

普天提出的解決方案中要求每個(gè)小區(qū)8根天線，分為4組，每組2根。同一組的兩個(gè)天線之間距離要求大于即1.5米，兩個(gè)天線上的數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)有一定的延遲。

根據(jù)算法要求和目前產(chǎn)品形態(tài)，普天可提供如下解決方案。

1）BBU1327A+RRU1306C干線覆蓋

采用1306C，每個(gè)地點(diǎn)采用4根天線，每兩個(gè)一組，選定1306C的四個(gè)通道，每個(gè)通道接一根天線。每一組的兩個(gè)天線之間距離需要大于1.5米，可以滿足天線隔離度的要求，不需要隔離。同一地點(diǎn)的兩組天線之間需要隔離，可以通過間隔一定垂直和水平距離來達(dá)到隔離度的要求。

每個(gè)小區(qū)需要2個(gè)RRU1306C，這兩個(gè)RRU1306C和BBU之間采用星型連接。具體網(wǎng)絡(luò)覆蓋和產(chǎn)品選型如下圖：

圖5 延時(shí)發(fā)送原理圖

2）天線選擇

1. 由于沒有使用智能天線，為了抵消列車的高損耗及增大覆蓋距離，建議采用高增益天線；

2. 由于覆蓋方式是線狀覆蓋，所以采用扇區(qū)定向天線；

3. 同時(shí)根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)的需求確定具體的天線指標(biāo)。

3）網(wǎng)絡(luò)覆蓋

根據(jù)上述解決方案，計(jì)算每個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍如下：

分布式天線組網(wǎng)條件下，如選擇增益為18dBi的天線，則根據(jù)鏈路預(yù)算得出一組天線的覆蓋半徑約為0.45km。每個(gè)小區(qū)的4組天線，覆蓋半徑約1.8公里。每組天線的覆蓋范圍之間采用50米重疊區(qū)域，以保證同一小區(qū)的連續(xù)覆蓋，避免小區(qū)內(nèi)掉話。除去各組天線間的重疊覆蓋，小區(qū)覆蓋半徑約1.6公里。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中，需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境改變天線增益及發(fā)射功率等參數(shù)來合理設(shè)置小區(qū)的覆蓋半徑。

4）切換帶設(shè)置

切換時(shí)延等于測量處理時(shí)延和切換執(zhí)行時(shí)延之和，且需要考慮切換時(shí)的雙邊區(qū)域。切換區(qū)的設(shè)置圖解如下：

同時(shí)需要根據(jù)場景中的最高移動速度來設(shè)置切換區(qū)域的大小。簡單來講，切換帶寬度=最高速度*2*（測量時(shí)延+切換執(zhí)行時(shí)延）。

4 參數(shù)設(shè)置

對于高速移動場景，參數(shù)設(shè)置需要考慮在保證接通率和切換成功率的基礎(chǔ)上，盡可能縮短接入時(shí)延和切換時(shí)延。

1) 滯后門限

若設(shè)置過小，產(chǎn)生頻繁的測量報(bào)告，可能會導(dǎo)致乒乓切換；若設(shè)置過大，有可能會導(dǎo)致來不及切換。建議設(shè)置值：3dB

2) 觸發(fā)時(shí)間

若設(shè)置過小，產(chǎn)生頻繁的測量報(bào)告，可能會導(dǎo)致乒乓切換；若設(shè)置過大，有可能會導(dǎo)致來不及切換。建議設(shè)置值：320毫秒

3) 濾波因子

層1以一定的時(shí)間間隔報(bào)告給層3，層3根據(jù)濾波因子進(jìn)行過濾處理，將本次的測量結(jié)果與之前存儲的測量結(jié)果進(jìn)行濾波，如下面的公式所示，這個(gè)結(jié)果就可以作為測量報(bào)告的輸入?yún)?shù)直接為網(wǎng)絡(luò)側(cè)所用。

其中，為更新后經(jīng)過過濾的測量結(jié)果，為前一次過濾過的測量結(jié)果，，k即為測量的濾波因子， 為最近一次來自物理層測量的測量結(jié)果。該參數(shù)若設(shè)置過小，產(chǎn)生頻繁的測量報(bào)告上報(bào)，可能會導(dǎo)致乒乓切換；若設(shè)置過大，則UE對信號變化不敏感，可能發(fā)生來不及切換而掉話的情況。對于高速移動環(huán)境，建議設(shè)置2~4。

5 結(jié)束語

TD-SCDMA技術(shù)在高速干線上如何很好的應(yīng)用已經(jīng)成為運(yùn)營商和各設(shè)備廠商非常迫切的問題。中國普天在高速干線解決方案上投入了足夠的力量，對天線選擇、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置等問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，推出了相應(yīng)完善的解決方案，希望可以指導(dǎo)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，并以此推動TD-SCDMA技術(shù)和整個(gè)TD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。