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

當終端在運動中，特別是在高速情況下通信時，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。多普勒效應所引起的頻移稱為多普勒頻移，其計算公式如式（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，多普勒頻移最大；完全垂直時，沒有多普勒頻移。在移動臺遠離基站方向移動時，頻率降低；在移動臺向基站方向移動時，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

在進行小區(qū)及站點的覆蓋規(guī)劃時，需要進行鏈路預算。高速列車的封閉性很好，必然帶來較大的穿透損耗，且入射波與火車運行方向之間的夾角越小，穿透損耗越大。經(jīng)實驗測試，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)絡規(guī)劃及功率等參數(shù)設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行小區(qū)切換時，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)設置過小，那么用戶在還沒來得及進行切換過程就已經(jīng)穿過了切換區(qū)，導致切換失敗而掉話。由于切換時延包括測量處理和切換執(zhí)行兩個過程，需要根據(jù)高速移動的情況，合理規(guī)劃切換區(qū)的大小以及合理設置與切換相關的參數(shù)。

3 普天高速干線解決方案

3.1 分布式天線覆蓋方案

為了進一步增強TD-SCDMA系統(tǒng)在高速公路等場景下的覆蓋性能，提高網(wǎng)絡覆蓋質量，我們提出了分布式天線結構在高速移動環(huán)境中應用的技術方案。圖3為分布式天線系統(tǒng)在高速公路上應用的范例。在這個場景中，沿高速公路架設了四個天線組，每個天線組采用兩根天線進行覆蓋，八根天線的覆蓋區(qū)域共同構成一個小區(qū)。在條件允許的條件下每個天線組的兩根天線盡可能按照相互獨立的放置，如無法滿足上述條件，也可以存在一定的相關性。

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

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

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，在分布式天線結構的基礎上采用了延遲發(fā)送分集技術的方案。在圖1所示的例子中，每個天線組的其中一根天線按正常時間發(fā)送信號，另外一根天線延遲一個碼片發(fā)送信號。延遲時間可以是一個碼片，也可以是多個碼片。這樣，在UE端接收到的是一個時間分集的多徑信號，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小區(qū)8根天線，分為4組，每組2根。同一組的兩個天線之間距離要求大于即1.5米，兩個天線上的數(shù)據(jù)在發(fā)送時有一定的延遲。

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，每個地點采用4根天線，每兩個一組，選定1306C的四個通道，每個通道接一根天線。每一組的兩個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到隔離度的要求。

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

圖5 延時發(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. 同時根據(jù)實際組網(wǎng)的需求確定具體的天線指標。

3）網(wǎng)絡覆蓋

根據(jù)上述解決方案，計算每個小區(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)鏈路預算得出一組天線的覆蓋半徑約為0.45km。每個小區(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。

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

4）切換帶設置

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

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

4 參數(shù)設置

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

1) 滯后門限

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

2) 觸發(fā)時間

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

3) 濾波因子

層1以一定的時間間隔報告給層3，層3根據(jù)濾波因子進行過濾處理，將本次的測量結果與之前存儲的測量結果進行濾波，如下面的公式所示，這個結果就可以作為測量報告的輸入?yún)?shù)直接為網(wǎng)絡側所用。

其中，為更新后經(jīng)過過濾的測量結果，為前一次過濾過的測量結果，，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果。該參數(shù)若設置過小，產(chǎn)生頻繁的測量報告上報，可能會導致乒乓切換；若設置過大，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，建議設置2~4。

5 結束語

TD-SCDMA技術在高速干線上如何很好的應用已經(jīng)成為運營商和各設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)絡參數(shù)設置等問題進行了詳細的分析，推出了相應完善的解決方案，希望可以指導實際網(wǎng)絡的應用，并以此推動TD-SCDMA技術和整個TD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。