DTM1614067100高速移动组网方案

1、高速移动组网方案项目名称规划技术研究文档编号dtm1.614.067版 本 号ius v1.0.0作 者郭冰，潘荣伟，陈敏敏，梁晋仲版权所有大唐移动通信设备有限公司本资料及其包含的所有内容为大唐移动通信设备有限公司(大唐移动)所有,受中国法律及适用之国际公约中有关著作权法律的保护。未经大唐移动书面授权，任何人不得以任何形式复制、传播、散布、改动或以其它方式使用本资料的部分或全部内容，违者将被依法追究责任。文档更新记录日期更新人版本备注2007-12-9郭冰，潘荣伟，陈敏敏v0.1.0创建2008-3-19梁晋仲, 郭冰v0.1.1增加高速移动对通信过程分析，完善组网解决方案和相关案例2008-

2、3-25梁晋仲，郭冰v1.0.0补充高速场景下使用智能天线的劣势。从站点合并、安装、节约bbu等方面进行了阐述；4.1节 补充高速公路的传播模型，补充测试过的车体损耗；全文中tdb144a要换成更通用的说法，改为拉远型宏站，在举例中才使用tdb144a；4.8.2.3 小节，低速情况下，不能区分用户，专网只建设某个速度门限以上的线路，对于低于这一门限的线路，则采用大网覆盖。对图进行相应的修改；4.8.2.3小节中增加了“现有阶段磁悬浮解决方案（即没有hcs的策略）”的描述，和本小节中的有hcs的策略相对应。4.8章中，为了明确公网和专网的特征，“专网”的概念全部改为“高速hcs”，“公网”名称

3、不变，并补充两者的概念。目 录1引言41.1编写目的41.2预期读者和阅读建议41.3文档约定41.4参考资料41.5缩写术语42概述42.1高速移动场景52.2组网特点73高速移动对tdd系统性能的影响73.1高速场景下对td系统物理层影响分析73.2高速场景下对td系统通信过程影响分析113.3高速场景下对智能天线影响分析183.4高速场景下对终端的影响分析184高速移动组网解决方案204.1传播模型204.2链路预算214.3小区覆盖范围234.4覆盖方式234.5站型选择254.6站点选择264.7天线选择294.8组网方式314.9频率规划354.10rnc/lac规划374.11组

4、网方案小结385高速移动组网实例395.1高速公路395.2高速铁路415.3磁悬浮431 引言在3g网络建设中，高速移动场景的覆盖建设既是重点，也是难点。本文描述高速移动组网解决方案，为该场景下的组网提供参考。1.1 编写目的本文档为网络规划优化技术研究项目人员、网络工程设计人员开展相关研究开发和工程建设工作提供必要的指导和参考。1.2 预期读者和阅读建议本文档适合网络规划优化与参数设置项目人员、网络技术研究人员和网络工程设计项目人员阅读。1.3 文档约定a) 正文中文字体用五号宋体，英文字体用“times new roman”字体。b) 首行缩进两字。单倍行距。间距段前/段后均为0行。c)

5、 正文标题用小四宋体，英文用“arial”字体，加粗，左对齐。1.4 参考资料1.5 缩写术语略2 概述随着国内高速公路、高速铁路的不断发展，高速移动场景已成为3g无线网络建设的重要组成部分，实现高速运动场景的良好覆盖是移动通信的重大挑战。目前，全球运营的高速铁路包括德国的ice、法国的tgv、西班牙的ave和日本的新干线，最高运营时速约在200350公里/小时之间。而作为全球第一家也是唯一一家采用磁悬浮技术建造的商用高速列车，上海磁悬浮列车最高时速可达到430公里/小时。td-scdma是时分双工的系统，itu和3gpp中对tdd的移动速度要求达到120 km/h；高速铁路最高时速为2003

6、50公里/小时，上海磁悬浮最高时速超过430公里/小时，均突破了业界公认的td-scdma系统适用场景的最高速度。在这种高速移动场景下，多普勒频移、小区选择与重选、切换等方面都有比较高的要求，实现高速移动场景的良好覆盖对td-scdma具有重大挑战。2.1 高速移动场景2.1.1 高速移动场景2.1.1.1 高速公路场景n 传播模型与信道环境高速公路的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510db。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。需要考虑不同季节树木的影响。高速公路一般视野比较开阔，周围建筑物较少。终端和基站之间有较大的概率存

7、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。n 车体穿透损耗由于用户位于高速公路上的车内，必须要考虑车体穿透损耗。一般来说车体的穿透损耗为58db。n 终端移动速度在高速公路上，终端移动速度一般在80km/h120km/h的速度范围内。n 用户分布高速公路的用户分布相对比较分散，用户密度较低，只是在高速公路的收费处等地相对比较集中。 2.1.1.2 高速铁路场景n 传播模型与信道环境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

8、般较高。高铁两边一般都有树木茂密，需要考虑不同季节树木的影响。n 车体穿透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1015db。而对于高速列车，如高铁上运行的和谐号动车组，测试表明穿透损耗约1520db，需注意的是庞巴迪列车（如上海到北京的直达列车，还有拉萨到北京、上海、广州的列车）的穿透损耗很大，约为25 db。另外，同一趟列车，在车体的不同位置，乘客数量和分布都会导致到终端信号的接收强度存在较大差异，需要考虑一定的穿透损耗余量。穿透损耗与基站信号的入射角有很大关系，具体在4.6.1阐述。n 终端移动速度在目前的高铁车内，终端移

9、动速度一般在150km/h200km/h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250km/h，甚至将来会有部分高铁的运行速度达到350km/h。在此速度范围内，多普勒频移超过400hz，基站和终端可以改进频移补偿技术来提高业务质量。n 用户分布高速铁路的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、小区重选等行为都相对来说比较集中，对无线资源的占用具有明显的突发性。 2.1.1.3 磁悬浮场景n 传播模型与信道环境上海磁悬浮的传播环境具有其独特性，其无线传播环境和高速铁路、高速公路存在不同，同时又与周边的郊区/农村有一定的差别，磁悬浮的轨道悬空

10、架设，距离地面可达1213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，周围的基站天线主要架设在铁塔上，铁塔的高度一般在40米左右，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。磁悬浮场景下的空间传播路损小于高速公路和乡村环境。n 车体穿透损耗由于用户都位于磁悬浮列车内，必须要考虑磁悬浮列车的车体穿透损耗。列车车体为全封闭结构，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30db，要大于高速铁路和高速公路的车体穿透损耗，克服这么高的车体穿透损耗，对磁悬浮

11、组网和优化也是重大挑战。穿透损耗与基站信号的入射角有很大关系，具体在4.6.1阐述。n 终端移动速度上海磁浮全程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，频偏会导致基站接收到的信号的频率和发射信号的频率发生偏差，解调性能下降及通信质量恶化，对基站设备和终端对抗多普勒频移的能力有很高的要求

12、。n 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。 2.2 组网特点总的来说，高速移动场景组网主要有如下特点：n 带状连续覆盖n 用户高速移动n 低话务量n 地形地貌多样化n 重点需要解决的是连续覆盖问题3 高速移动对tdd系统性能的影响3.1 高速场景下对td系统物理层影响分析无线移动通信中最显著的特点就是其信道的复杂性和时变性。第三代移动通信系统采用幅度相位调制方式（qpsk/16qam等），接收机采用相干接收方案，需要在接收端

13、对信道进行估计和测量，然后利用得到的信道响应对信号进行相干检测。由于信道响应是由发送设备、射频载波在无线信道的传播和接收设备的特性决定的，设备的频率偏差和漂移等特性、无线传播信道的变化、终端移动引起的多普勒频移和衰落变化等，都将带来信道响应的时间变化并最终影响系统的性能。在高速移动情况下，信号的衰落速度、多普勒频偏等都随运动速度的增大而增加。对于上海已经投入运行的磁悬浮列车，运行速度达到400km/h，对信号的解调形成很大的挑战。3.1.1 td-scdma帧结构特点td-scdma系统的业务时隙的突发信号结构（详见图3.1）为例，突发信号中部的信道估计码（midamble码，中间码）是用来进

14、行信道估计的，两边的数据块用来传送业务数据。td-scdma系统的参数为：时隙长为；符号（扩频增益为16）长为：；码片长为：。每个时隙有两个数据块，每个数据块含有22个符号（扩频增益为16），中间码的共有144（128+16）个码片。data symbols352 chips（16*22）midamble144 chipsdata symbols352 chips（16*22）gp16cp864*tc图 3.1 ：td_scdma业务时隙突发结构当前td-scdma系统的时隙结构中，midamble部分用于信道估计，对多径信道的时延、功率、相位等进行估计，以进行联合检测和数据解调。信道估计是针

15、对时隙的中心部分。在一般环境下，无线信道在一个时隙的持续时间内可以认为是稳定的，由midamble部分得到的信道估计可以用于整个burst的数据解调。在高速移动环境中，由于信道的快速变化，数据部分特别是burst两端的数据符号，经历的实际信道与信道估计的偏差较大，偏差体现在幅度和相位两个方面。幅度偏差对联合检测性能有影响，而相位偏差直接影响符号的相干解调。3.1.2 信号衰落的包络特性高速移动的情况下，使无线传播信道的变化速度加快。以midamble中心位置为参考，时隙两端数据符号的相对时延为半个时隙长度，即337.5us。如果假设终端周围存在各方向均匀分布的散射体（不存在直射路径），那么时隙

16、两端接收信号的幅度与时隙中心信号幅度的相关系数与车速的对应关系如图3.2所示。可以看到，当车速为120km/h时，相关系数接近0.9，可以认为信道是非常稳定的。而当运动速度为250km/h时，相关系数将为0.6。现有td-scdma系统中上下行都采用mmse联合检测算法，信道估计的相位误差对联合检测性能没有影响，但幅度误差对干扰抑制效果有影响。图 3.2 幅度相关系数与车速的关系3.1.3 多普勒频移引起的相位偏转终端与基站之间的运动会产生多普勒频移，其中v为终端运动速度，c为无线电波传播速度，为ue运动方向与直射方向之间的夹角，为载波中心频率。仍以时隙中心位置为参考，考察burst两端数据所

17、经历实际信道的相位旋转，图3.3给出了不同运动速度情况下最大可能的相位旋转。对于不同的调制方式，所能容忍的相位旋转不同。qpsk最大可容忍的相位差。超出这个范围，误码就无法通过提高信噪比来有效降低，产生“error floor”。图 3.3 运动速度对一个时隙内信道相位的影响3.1.4 频偏校正在高速移动场景下，在移动终端的移动速度达到一定的程度时，必须要进行基站的频偏校正，否则会引起接收机性能的急剧恶化。为了克服频率偏差的影响，下行终端侧可以根据测量的频率偏差进行载波频率调整，同时物理层还会对数据进行相位校准，提高高速移动下的解调性能。在上行，由于多个用户共用一个频率源，载波频率无法根据每个

18、用户单独调整，必须通过物理层对数据进行相位校准。可以看到，频率补偿的关键问题是高速下的频偏测量。主要有两种思路，一种根据数据部分来测量频偏，一种是根据midamble码来测量频偏，两种方法各有优点，适用于不同情况。对于超过400km/h的高速移动环境，物理层算法采用两种思路的结合更为有效，即两次频偏校准。图3.4 有无频偏校正算法的eb/no对比（仿真）通过改进接收机算法，实现对信道变化的捕获和跟踪，在算法中予以补偿；250km时，不加相位补偿算法解调性能明显恶化；使用相位校准算法后，解调门限比120km恶化约2db;对于400km的速度，没有相位补偿算法基本无法工作；使用相位补偿算法有明显增

19、益。上海悬浮测试结果表明：使用频偏校正算法后，可以有效改善上行质量，使得终端发射功率不至于很快达到最大值。在430km/h路段，必须启用频偏校正算法，td系统才能正常工作；在200-300km/h路段，不开启频偏校正算法，td系统也可以正常工作。基于上述分析及测试结果验证，高速情况下建议如果超过300km/h，必须采用能支持频偏校正算法的基站进行组网。3.2 高速场景下对td系统通信过程影响分析3.2.1 同步td-scdma是同步通信系统，ue在进行随机接入、小区切换、失步后的再同步等情况下，都要完成相应同步过程。下行方向同步码每5ms以恒定功率发送一次，ue通过匹配滤波后获得下行的同步，因

20、此下行链路总是同步的。与下行方向不同，上行一般所说的同步要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能同步到达基站。在上行同步的建立过程中，ue在8个sync_ul码中随机地选择一个发送给基站，基站通过执行同步检测算法，来判断是否有ue有接入要求并选择是否对它们进行响应。ue再根据基站的响应进行发射时间的调整。根据3gpp ts 25.224 physical layer procedures (tdd)协议的5.2章节的定义，上行最小调整时间精度为1/8个chip，对应时间为0.097us，步长为1/8个chip的整数倍，每次调整最大量为1个chip，调整最小周期为5ms，也就是td-scdma

21、系统支持上行同步速率是0.097us 3 108 5ms=5820m/s，远远大于430km/h，因此，td-scdma系统在高速移动状态下同步没有问题。3.2.2 小区选择与重选终端开机后，会依次搜索dwpts、识别扰码和基本midamble码、控制复帧同步，最后读取bch广播信息，完成小区选择；终端在空闲状态下，发现一个更好的小区持续一段时间(treselection)优于当前的驻留小区，会选择该小区作为要重新驻留的小区，在这个小区上登记注册后，完成小区重选。在高速移动场景下，初始小区搜索过程中都会受多普勒频偏的影响，具体分析可参见高速场景下对td系统物理层影响分析。高速场景对ue读取系统

22、消息的影响也比较大，在高速场景下，ue移动速度很快，在一个小区中的驻留时间很短，假设td单小区在高速移动线路上的覆盖范围为1.5公里左右，120km/h情况下，ue在一个小区中最多驻留45秒；250km/h情况下，ue在一个小区中最多驻留21秒；430km/h情况下，ue在一个小区中最多驻留1213秒。一般来说，ue小区重选时间在5002000ms之间，平均需要1000ms；假设小区重选的触发条件设置为：目标小区比本小区高3db，且持续1000ms；小区重选对相邻两个小区覆盖重叠区域的需要满足：小区重选与交叠覆盖长度 =2*（小区重选滞后时间+小区重选时间）*速度各种场景下小区重选与交叠覆盖区

23、分析见下表：重选滞后时间(ms）小区重选时间（ms）120km/h 交叠覆盖范围（米）250km/h 交叠覆盖范围（米）430km/h 交叠覆盖范围（米）10005002000100200208417358717规划组网建议如下：n 减少终端搜索时间在高速场景下，容易出现脱网、小区选择失败等网络问题。为避免ue由于驻留时间小于小区选择过程而造成在多个小区重复发生小区选择过程，小区选择过程应尽量在单个小区的驻留时间内完成，因此应减少小区选择过程时间。在小区选择机制中，ue要从pccpch信道上读取系统信息，而系统信息的长度和重复周期是决定小区选择过程时间的一个重要因素。在读取系统信息过程中，由于

24、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。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。系统消息重复周期分别为：320ms、640ms、1280ms、2560ms。最短配置为320ms，最长配置为2560ms。在高速场景情况下，建议设置较小的重复周期，以缩短ue读取完整系统消息的时间。为了保证系统信息能在一个重复周期内完成广播，需要对td系统中的系统信息进行优化，以缩短系统消息长度。可采取如下措施：1） 排除一些不需要的或重复的系统信息，

25、如sib2、4、6等，这样，在不影响性能的情况下可以减少系统信息的长度，缩短重复周期。2） 覆盖高速移动线路的无线网络可设计为相对简单的组网方式，减少邻区关系。这样，可以大大减小sib5和sib11的长度，进一步减少系统信息的重复周期。磁悬浮测试表明：简化邻区关系后，读取广播消息的时延从1.453s缩短到0.988s。3） 通过以上手段，可将系统信息重复周期压缩到32个无线帧（320ms），大大降低读取系统信息的时间，缩短ue开机/小区选择/小区重选过程的时延。n 小区重选参数设置对于td系统，idle状态下测量周期最小为640ms，为了克服信道衰弱，需要设置treselection（小区重选

26、滞后时间）来避免乒乓重选，treslection在高速场景下不建议设置太大；可设为0或1秒。在treslection设置为1秒的情况下，小区重选约需1.6秒。n 对站距的要求由于小区重选需要1.53秒，高速移动场景下相邻小区覆盖重叠区域约为200900米，单个小区的覆盖半径、相邻小区站间距都必须满足这个要求。3.2.3 切换在切换过程中，ue负责上报测量报告，utran对测量报告作出判决，发送切换命令进行切换。在高速移动状态，要求切换必须及时，从而保证在当前小区信号还没有恶化前，完成切换。在切换过程中，影响切换时延的因素有以下这些：切换测量时间，切换滞后时间，切换执行时间，切换相对门限。图3.

27、5 切换示意图n 邻区测量时间(t1)：终端每子帧测量一个小区；对所有待测邻区轮流测量。测量调度周期邻区配置的数目相关。同频测量周期为200ms，异频测量周期480ms。物理层对该周期内的测量值进行平滑，定期上报到终端的rrc层；rrc层可以对测量结果进行进一步平滑，并根据测量结果和切换参数，出发1g事件上报。这一段时间大约为500msn 切换滞后时间(t2)：切换滞后时间是为了避免乒乓切换而进行的保护，此参数设置太大，可能会由于切换不及时而导致用户掉话；如果设置太小，可能会导致频繁切换（乒乓切换），增加信令开销、同时也增加了切换掉话的概率。在高速移动环境下，该参数可设置为0.51s。n 切换

28、执行时间(t3)：切换的执行包括ue和rnc之间信令的交互，rnc对切换请求的处理时间，目标小区信道的激活时间，ue在新小区的接入时间，rnc内部切换执行时间总体应该在0.51.5s，跨rnc切换执行时间约为1.54s。当列车以速度v 进行运动时，切换带hanfoff len 长度（即交叠覆盖区的长度ab）计算公式为：各种场景下切换对相邻小区重叠覆盖区域的要求为：rnc内部切换：邻区测量时间t1(ms）切换滞后时间t2(ms）rnc内切换执行时间t3（ms）120km/h 交叠覆盖范围（米）250km/h 交叠覆盖范围（米）430km/h 交叠覆盖范围（米）500500100050015001

29、00199206414354712跨rnc切换：邻区测量时间t1(ms）切换滞后时间t2(ms）跨rnc切换执行时间t3（ms）120km/h 交叠覆盖范围（米）250km/h 交叠覆盖范围（米）430km/h 交叠覆盖范围（米）5005001000150040001673672477645971314这就要求站相邻小区覆盖重叠区域必须满足以上要求，如果单个小区的覆盖范围较小，可采用小区合并来扩大覆盖范围来满足覆盖重叠区域要求。规划建议如下：n 尽可能简化切换关系；n 如果为高速移动场景高速hcs网络，除列车停靠点以外其它高速hcs小区只建立内部独立和清晰的切换路径，外部小区不与高速hcs小区

30、做切换关系；n 通过组网方案，例如单站址小区合并或多站址小区合并方式，尽量扩大单小区的覆盖范围，减少切换次数；n 提高切换速度，减小切换滞后时间，降低切换相对门限，广深高速铁路和上海磁悬浮切换参数配置如下：高速铁路场景（200km/h）下切换触发时延建议设置为640ms，切换门限为2db；上海磁悬浮(430km/h) 切换触发时延设置为320ms，切换门限设置为1db；n 采用定向切换的算法：即根据不同用户的移动方向，确定该用户今后所有可能的移动位置，据此来设置针对该用户特定的邻区关系，既简化了邻区关系，又可以避免了不必要的乒乓切换，防止切换掉话，提高了切换成功率，提高了用户的使用感受。需要注

31、意的是：定向切换比较适合线状覆盖场景，因为系统根据终端的运动方向设置了单向切换，如下图所示；图3.6定向切换对终端运动方向的要求只有当覆盖范围内所有终端很规律的朝单一方向运动时，才能设置单向切换，否则会导致无法切换而掉话。3.2.4 寻呼空闲模式下ue通常使用不连续接收(drx)方式监听寻呼，以减小功率消耗。当使用drx时，系统将根据无线参数设置，将用户分成若干寻呼组。每个寻呼组中的所有用户使用相同的寻呼指示（pi）。在每个drx 周期内ue需要监控它所对应的寻呼指示（pi），drx 周期长度应为max（2k ，pbp） 帧，可通过参数调整来修改。从寻呼重发机制来看，utran寻呼最大重发次数

32、和cn最大寻呼重发次数会大大增加寻呼信道资源的开销，但对于第一次寻呼响应率低的场景，可以提高寻呼成功率。高速场景下，ue在当个小区内的驻留时间很短，位置更新过程中会因无法响应寻呼消息而造成寻呼失败，从而导致寻呼失败率比较高。规划建议如下：n 高速场景组网中，应尽量将覆盖小区设置为同一个la/ra，以尽可能避免高速移动过程中位置更新的发生。lac/rac边界避免设置在高速移动线路上，防止容易出现大量用户同时发生位置更新过程，系统无线信道资源发生突然溢出。n 扩大单个小区的覆盖范围，尽可能使寻呼过程在一个小区中完成。n 通过调整参数k，降低drx周期，缩短寻呼周期时延，但这样也容易造成ue终端耗电

33、上升，实际应用中应权衡使用；建议对于高速短途线路可采用降低drx周期的优化手段。n 对于寻呼信道资源不紧张的高速场景，可通过提高utran寻呼最大重发次数和cn最大寻呼重发次数来提高寻呼成功率，改善用户感受。3.2.5 呼叫建立呼叫建立的主要过程如下图3.7呼叫建立过程示意图被叫流程与主叫流程相比，只是多了寻呼过程。由于高速场景下ue移动速度较大，在单个小区内的驻留时间很短，多则几十秒，少则十几秒，考虑到小区间的重叠区，呼叫建立过程中，经常会发生从一个小区的覆盖区移动到另一个小区，如系统设备或终端不支持重定位过程而造成呼叫建立失败。由于多普勒频偏的影响，呼叫中各流程的时延会比普通场景更长，可能

34、会发生因计时器参数设置小而造成呼叫过程失败。规划建议如下：n 扩大单个小区的覆盖范围，尽可能减少主叫/被叫流程发生在从一个小区的覆盖区移动到另一个小区的过程中。n 减少、优化呼叫流程，缩短呼叫时延，尽量使呼叫建立过程在一个小区覆盖范围内完成。比如可以通过修改核心网参数减少发生鉴权过程的次数。n 要求终端、系统设备能很好地支持重定向功能，使ue在从一个小区的覆盖区移动到另一个小区过程中发起呼叫过程，也可保证流程的顺利进行。n 根据高速场景中呼叫过程中各流程的时延统计情况，设置合理的计时器参数，避免计时器设置过短而造成呼叫过程失败。3.3 高速场景下对智能天线影响分析典型的td-scdma智能天线

35、由6天线单元组成，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。td-scdma智能天线是由接收信号来对上下行波束赋形，故当ue在高速移动时可能会对智能天线带来影响。以下图为例图3.8 智能天线赋形示意图考虑智能天线的赋形角为15度，考虑离站点离所覆盖线路最小距离为50m，则ue在长为13m左右的范围内都位于赋形区内，距离越大覆盖的路线越长。一般而言td-scdma在一个5ms帧内赋形一次，但考虑基站处理时延等因素可能会在10ms内赋形一次。在高

36、速移动430km/h的情况下，ue每秒运行120m，10ms赋形时间内ue移动1.2m，高速移动250km/h的情况下，10ms赋形时间内ue移动1m以内，远远小于赋形区范围。因此从智能天线的10ms赋形能力而言，能满足磁悬浮列车的移动速度。另一方面铁路交通的用户相对比较集中，很有可能td-scdma智能天线的赋形集中在一个角度内，这样智能天线就没有起到干扰抑制的作用。因此在一定的场景下，比如高速铁路高速hcs，可以配合使用大功率功放加高增益双极化定向天线的方式，以达到更好的覆盖效果。与双极化定向天线相比，智能天线体积较大，施工或者调整天线都比较困难。由4.4章节分析可知：如果采用智能天线，1

37、 块bbu 板（18ca）只能合并3 个小区；如果双极化定向天线，一块bbu板（18ca）可以合并9 个小区；从小区合并的角度讲，采用双极化定向天线比智能天线更节约bbu资源。3.4 高速场景下对终端的影响分析根据多普勒频偏公式可知，ue在小区覆盖范围内移动，对于ue来说，会出现一倍频偏，对于基站来说，会出现两倍频偏，如下图所示。图3.9上下行多普勒频偏最为严重的频偏发生在两个小区的边界处，会产生频偏跳变，由正频偏变为负频偏，如下图所示。在td系统中，当ue以430km/h移动时，ue侧的频偏可达约1600hz；当ue以250km/h移动时，ue侧的频偏可达约920hz；当ue以120km/h

38、移动时，ue侧的频偏可达约440hz；图3.10 多普勒频偏跃变一频偏跳变对终端的影响在于突然频偏扩大，可能会导致终端在一段时间内性能变差，用户感受差。类似的情况还发生同一个基站的两个天线覆盖的重叠部分，会产生频偏跳变，正频偏、负频偏之间突然变化。图3.11 多普勒频偏跃变二为了改善高速移动场景下的切换和重选性能，建议终端应具有较强的自动频偏校正能力，能在一定时间内将频偏控制到允许范围（标准要求在200hz以内）。根据上海磁悬浮现场测试结果，在保证良好覆盖的前提下，在430km/h的运行速度下，大唐的pecker1可以正常进行通话、切换和重选。4 高速移动组网解决方案4.1 传播模型nps 规

39、划软件中通用传播模型公式如下：其中，k1：偏移常量，单位：db；k2：距离相关的lg(d)的修正因子；d：接收机到发射机的距离，单位：米；k3：lg(htxeff)的修正因子；htxeff：发射天线等效高度，单位：米；k4：衍射计算的修正因子；diffraction loss：绕射损耗，单位：db；k5：lg(htxeff)lg(d)的修正因子；k6：hrxeff移动太有效天线高度的修正因子；hrxeff：接收天线等效高度，单位：米；kclutter：f(clutter)的修正因子；针对高速铁路、磁悬浮场景，分别选取广深高速铁路和上海磁悬浮进行cw测试，校正后的传播模型参数如下：传播模型高速公

40、路高速铁路磁悬浮k16926.0431.14k22841.134.33k35.835.835.83k40.410k5-6.55-6.55-6.55k6000kclutter111内陆水域1.06-0.98郊区乡村-3.26-3.52湿地00.37市区开阔地-0.91-3.52农村开阔地03.540大型底层建筑物-5.01各种车型的穿透损耗：车型穿透损耗（db）高速公路上车辆510普通列车1015crh列车1520庞巴迪列车25磁悬浮列车304.2 链路预算以磁悬浮为例：每种业务要求的eb/no为430km/h场景下采用频偏校正算法后要求的解调门限双极化智能天线双极化智能天线双极化智能天线地理类

41、型磁悬浮环境类型amrps64kpccpch异频,3载波发射端上行下行上行下行上行下行上行下行下行下行承载类型kbps12.212.212.212.264646464pccpchpccpch单天线最大发射功率dbm24332433243324333333用户每天线最大发射功率dbm24272427243024302929发射天线数1216121626用户多天线最大发射功率dbm24302435243324383237发射天线增益dbi019.5015019.501519.515发射天线馈线、接头和合路器损耗db0101010111人体损耗db3030000000发射天线赋形增益db0007.1

42、0007.100等效全向辐射功率(eirp)dbm21492156245224595151接收端接收天线增益dbi19.5015019.5015000接收天线馈线和接头损耗db1010101000接收天线分集增益db307.80307.8000人体损耗db0303000033接收端总增益db21.5-321.8-321.5021.80-3-3热噪声密度dbm/hz-174-174-174-174-174-174-174-174-174-174噪声系数db4646464666处理增益db10.0310.0310.0310.032.862.862.862.8610.5910.59要求的eb/(n0

43、+i0)db10.210.710.210.71010.51010.511.511.5接收机灵敏度dbm-108.8-106.3-108.8-106.3-101.8-99.29-101.8-99.29-106.02-106.02干扰储备db1212000022接力切换增益db0000000000快衰落储备db0000000000最小接收电平dbm-107.8-104.3-107.8-104.3-101.8-99.29-101.8-99.29-101.02-101.02路径损耗基站天线高度米40工作频率mhz2015标准偏差db6传播模型cost-231 修正模型阴影储备db4.05建筑物穿透损耗

44、db30室外最大允许路径损耗db146.21145.72146.51153.09143.24146.75143.54154.12147.48147.75室外最大覆盖距离（公里）25.9524.7626.7150.2419.5127.3320.0855.4629.3130.08室内最大允许路径损耗db116.21115.72116.51123.09113.24116.75113.54124.12117.48117.75室内最大覆盖距离（公里）1.461.391.52.821.091.531.233.111.641.69取三种业务不同天线对应的上下行覆盖最小值，作为小区半径：采用智能天线的小区半径

45、为1.23km，采用双极化天线的小区半径为1.09km。4.3 小区覆盖范围高速场景下，用户移动速度较快，在满足最大站间距要求的基础上还需预留足够的覆盖重叠区，以满足小区重选和切换的需要。由3.2章节分析可知：小区重选对重叠区距离的要求为：重选滞后时间(ms）小区重选时间（ms）120km/h 交叠覆盖范围（米）250km/h 交叠覆盖范围（米）430km/h 交叠覆盖范围（米）10005002000100200208417358717rnc内部切换对重叠区距离的要求为： 邻区测量时间t1(ms）切换滞后时间t2(ms）rnc内切换执行时间t3（ms）120km/h 交叠覆盖范围（米）250k

46、m/h 交叠覆盖范围（米）430km/h 交叠覆盖范围（米）50050010005001500100199206414354712普通小区结构最大站间距=小区半径*2-max(切换带,重选带)；合并小区结构最大站间距=小区半径*2；以磁悬浮为例：采用智能天线的情况下，未采用小区合并时，在低速区域内（低于250km/h）磁悬浮高速hcs覆盖小区的站距应不超过2.02公里; 在高速区域内（430km/h）磁悬浮高速hcs覆盖小区的站距应不超过1.74公里。采用小区合并后，高速hcs覆盖小区的站距应不超过2.46 公里。小区最小站间距应满足覆盖重叠区距离的要求，如果单个小区的覆盖范围较小，可采用小区

47、合并来扩大覆盖范围来满足覆盖重叠区域要求。4.4 覆盖方式4.4.1.1 普通小区 作为普通网络模式下的宏站，只覆盖单站址小区半径的范围，如下图：图4.1 普通小区示例这样的小区覆盖在高速路段，进行切换、重选、接入等时延较大的操作时，终端可能还没完成就进入下一小区，操作成功率受到限制，因而只可用于低速（ -95dbm 的比例下行sir8db 的比例下行bler8db 的比例下行bler5% 的比例单站小区合并99.8%99.8%86.5%99.1%91.7%普通小区98.6%96.8%84.3%97.7%90.4%由上述测试结果可知：采用小区合并后，原有的弱覆盖区域得到了明显改善，对于不同的c

48、s业务及ps业务，采用小区合并可有效提高业务覆盖质量。4.4.1.4 覆盖方式建议目前设备的能力为：采用智能天线(6ca)的站点，1块bbu板（18ca）只能合并3个小区；采用双极化天线的站点，一块bbu板（18ca）可以合并9个小区。基于上述分析及测试结果验证，对于速度以低于120km/h为主的高速公路覆盖场景，建议采用传统方式进行覆盖。对于速度高于120km/h的高速铁路，建议采用小区合并方式进行覆盖。4.5 站型选择由于拉远型宏基站设备具有以下优势，在高速移动场景建议尽量采用该种站型：n 小区配置灵活，可配置多个小区，除可覆盖高速线路沿线小区外，还可同时满足高速场景以外的td试验网规划的

49、基站配置要求，保证td试验网的覆盖； n 可通过rru拉远扩展小区范围，将几个站点配置为同一个小区，可有效的减少切换和小区重选次数，同时可保证在同一小区内完成重选、切换、接入等过程的时延要求。例如：目前公司的一款拉远型宏基站产品为tdb144a，容量更大，方便后期扩容；而且tdb144a具有较大的发射功率，其发射功率可以是2w，而一般传统td宏站的最大发射功率是1w；另外tdb144a还可通过rru+大功率功放箱进一步加强下行覆盖。4.6 站点选择4.6.1 站点与道路距离分析站点距离铁高速线路的远近，对网络的性能是有比较大的影响的。一般来说，基站站址越靠近高速线路，它的覆盖效果就越好。曾经做

50、过的高速公路的案例，可以比较一下提到的两个做下倾角测试的保定国道站点：站点1，距107 国道300 米左右，高度50米，下倾角为2度的时候覆盖距离为1.8km左右：站点2，距107 国道30 米左右，高度38米，下倾角为2度的时候覆盖距离为2.5km左右。很明显，距离道路30米高38米的基站比距离道路300米高50米的基站覆盖效果好很多。但是如果站点距离道路太近，可能会导致两个问题：“塔下黑”和“穿透损耗急剧增加”高速公路场景下，考虑到周边建筑物、树木等反射折射等因素，车辆的穿透损耗一般为5-8db，相对较小，而且存在较多的反射、绕射等，车辆的穿透损耗随着信号入射角变小并不会急剧增大。高速铁路

51、场景下，绝大多数线路周边的无线环境比较空旷，覆盖主要依靠直射，反射绕射相对较小，车辆的穿透损耗为10-20db，列车的穿透损耗会随着信号入射角变小而增加，这就要求站点距离磁悬浮轨道最小有一定距离。磁悬浮场景下，覆盖基本都是直线传播，不存在反射、绕射等，所以列车的穿透损耗会随着信号入射角变小急剧增加，这就要求站点距离磁悬浮轨道最小有一定距离。4.6.1.1 站点与道路最小距离在高速铁路和磁悬浮场景下，随着掠射角(车辆前进方向与站点与车辆连线的夹角)的减小，列车车厢穿透损耗增加幅度增大。图4.4 列车穿透损耗与入射角的关系当入射角在10度以内，列车穿透损耗增加幅度明显加快，在网络规划设计的时候，我们建议实际的掠射角应该控制在10度以上。基站到高速路距离d可以由下列公式计算：其中r为小区覆盖半径， 是掠射角。图4.5 列车入射角示意从前面入射角与车厢穿透损耗的关系曲线上，我们可以发现, 当掠射角小于10度时, 会带来较大的额外衰减。假定允许的最小掠射角为10度，实际网络中小区半径范围为5001500m，那么建议的基站到高速道路最小距离的范围为: 87 261m。最小掠射角(度)小区覆盖半径(m)基站到高速道路最小距离(m)1050087800139100017415002614.6.1.2 站点与道路最大距离同时也不能离得太远，