高速移動(dòng)場(chǎng)景下FemtoCell覆蓋解決方案

網(wǎng)元介紹

TrainGW

TrainGW相當于LTE-Advanced Relay架構中的Relay節點(diǎn)，包括了HNB(或HeNB GW)功能和eUE功能(又稱(chēng)為T(mén)rainGW eUE)，HNB/HeNB GW功能為車(chē)內各個(gè)HNB(或HeNB)提供服務(wù)，負責對HNB(或HeNB)與CN之間的信令和數據進(jìn)行匯聚和轉發(fā)，eUE功能用于在回傳鏈路上收發(fā)數據，eUE上的用戶(hù)平面數據即為HNB與CN之間交互的信令和數據。

該網(wǎng)元通過(guò)Iuh接口與車(chē)廂內部署的HNB連接，為車(chē)廂內的終端用戶(hù)提供接入。

Macro-eNB

Macro-eNB為L(cháng)TE網(wǎng)絡(luò )中的宏小區，實(shí)現與TrainGW eUE的空口連接，完成TrainGW eUE與LTE核心網(wǎng)之間的數據轉發(fā)。

TrainGW eUE的MME

為了使TrainGW的eUE功能可以正常工作，這里引入了TrainGW eUE的MME和TrainGW eUE的SGW/PGW兩個(gè)功能實(shí)體。TrainGW eUE的MME負責為T(mén)rainGW eUE建立S1接口和信令連接，與LTE網(wǎng)絡(luò )中的MME功能一致。

Macro eNB需要與TrainGW的MME建立一個(gè)S1接口，并為其下轄的每個(gè)TrainGW維護一條S1連接。

TrainGW eUE的SGW/PGW

TrainGW eUE的SGW/PGW負責對HNB與CN之間以及HNB與HMS之間交互的信令和數據進(jìn)行匯聚和轉發(fā)，與LTE網(wǎng)絡(luò )中的SGW/PGW功能一致。

與LTE-Advanced Relay架構的區別是，TrainGW SGW/PGW 和TrainGW MME 通過(guò)核心網(wǎng)間接口直接與3G CN核心網(wǎng)互聯(lián)，支持3G HNB、3G用戶(hù)終端設備對3G CN的訪(fǎng)問(wèn)。

HMS

相對于LTE-Advanced Relay網(wǎng)絡(luò )架構，這里引入HNB系統中的HMS，HMS為網(wǎng)絡(luò )管理設備，基于TR-069網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議實(shí)現，負責為NNB提供配置參數，實(shí)現HNB的位置認證功能，并且為HNB分配合適的服務(wù)HNB GW，為HNB提供性能管理，告警管理。

SeGW

相對于LTE-Advanced Relay網(wǎng)絡(luò )架構，這里引入HNB系統中的SeGW，主要為HNB與HMS之間的連接安全性提供保證，在地面固定部署。

車(chē)載系統HNB通過(guò)光纖或電纜連接HNB GW，一般為運營(yíng)商或鐵路部門(mén)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )部署，因此HNB到HNB GW之間可以保證安全接入。

可以看出，TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同構成了HNB 與3G 核心網(wǎng)CN間的Iu接口數據傳輸通道。

數據流向

User UE的控制平面和用戶(hù)平面數據被映射到TrainGW-eUE的用戶(hù)平面承載，經(jīng)由Macro eNB和TrainGW SGW/PGW，透傳給3G 核心網(wǎng)CN。

對關(guān)鍵接口的影響

Iuh接口

Iuh接口傳輸承載由運營(yíng)商或鐵路部門(mén)部署的光纖或電纜傳輸，對接口協(xié)議沒(méi)有影響。

Iu接口

Iu接口數據傳輸通道由TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同構成，對接口協(xié)議沒(méi)有影響。

HMS和HNB之間接口

FemtoCell固定網(wǎng)絡(luò )中通過(guò)HNBIP網(wǎng)絡(luò )SeGWHMS，實(shí)現HMS與HNB之間的數據傳輸，接口協(xié)議采用TR-069。高速鐵路覆蓋中，HMS與HNB之間的數據傳輸通過(guò)HNBTrainGWLTE Macro-eNBLTE核心網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò )SeGWHMS實(shí)現，對接口協(xié)議沒(méi)有影響。

業(yè)務(wù)需求可行性分析

本節將根據高速鐵路業(yè)務(wù)需求和TDD LTE回傳網(wǎng)絡(luò )所能提供的系統容量，進(jìn)行本方案支持用戶(hù)業(yè)務(wù)需求的可行性分析。

根據2.2節統計結果，折算到Iu口容量，見(jiàn)下表：

其中，CS12.2k語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數據業(yè)務(wù)轉換為Iu口數據格式，需要增加各種頭開(kāi)銷(xiāo)，傳輸速率計算時(shí)分別對應一個(gè)速率倍增系數，即2.871和1.322。

根據上述對比，可以看到TDD LTE網(wǎng)絡(luò )20M帶寬、時(shí)隙配比為D:S:U=4:2:4的配置(4個(gè)下行時(shí)隙：2個(gè)特殊時(shí)隙：4個(gè)上行時(shí)隙)下，能夠滿(mǎn)足傳輸容量的要求，相對于采用傳統的車(chē)廂外TD-SCDMA宏小區覆蓋的方案具有明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析

干擾

高速FemtoCell組網(wǎng)方式，主要的干擾場(chǎng)景為：

圖7 干擾場(chǎng)景示意圖

車(chē)內相鄰FemtoCell之間的干擾

干擾場(chǎng)景如圖7中(1)所示。

根據1.2節統計，列車(chē)每車(chē)廂業(yè)務(wù)量需求下行在1 Mbps左右，上行在0.04 M左右，因此每車(chē)廂部署1個(gè)單載波FemtoCell可以滿(mǎn)足容量需求，即可以采用每個(gè)FemtoCell小區單頻點(diǎn)覆蓋，車(chē)內干擾可以通過(guò)頻點(diǎn)規劃規避同頻干擾。在可用頻點(diǎn)個(gè)數允許的情況下，盡量增大FemtoCell頻點(diǎn)復用距離。比如，FemtoCell采用目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )常用的3個(gè)室內覆蓋頻點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，那么頻點(diǎn)復用距離為車(chē)廂長(cháng)度的三倍。

另外，車(chē)廂之間有車(chē)門(mén)阻隔可以屏蔽一定的干擾。

列車(chē)FemtoCell與室外宏小區之間的干擾

干擾場(chǎng)景如圖7中(2)所示。

列車(chē)FemtoCell與室外宏小區之間的干擾可以通過(guò)異頻組網(wǎng)的方式進(jìn)行規避?？紤]到鐵路沿線(xiàn)通常不會(huì )有密集的居民和辦公建筑分布，列車(chē)內FemtoCell覆蓋可以復用家庭基站組網(wǎng)的頻率資源，比如規劃給室內覆蓋的頻率資源。

兩列車(chē)FemtoCell之間的干擾

干擾場(chǎng)景如圖7中(3)所示。

高速場(chǎng)景下列車(chē)通常采用金屬車(chē)廂，兩輛列車(chē)之間的隔離度在25~30 dB以上，在很大程度上隔離了相互之間的干擾。尤其在列車(chē)行駛過(guò)程中，相向運動(dòng)，兩輛列車(chē)并列時(shí)間5 s(按照動(dòng)車(chē)組行駛速度200 km/h，列車(chē)長(cháng)度400 m計算)，列車(chē)之間FemoCell相互干擾影響較小。

移動(dòng)性管理

小區切換/重選

本文提出的高速鐵路FemtoCell覆蓋解決方案中涉及兩種類(lèi)型終端，一種是用戶(hù)終端，另一種是車(chē)載網(wǎng)關(guān)。車(chē)載網(wǎng)關(guān)同時(shí)作為車(chē)外宏小區的終端，隨著(zhù)列車(chē)運動(dòng)，需要進(jìn)行小區駐留、接入、重選和切換等一系列過(guò)程，為了提高車(chē)載網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)性能，可以采用現有的多小區合并、優(yōu)化切換重選參數、定向接入/切換等多種方案。因此本節將重點(diǎn)討論車(chē)內用戶(hù)的移動(dòng)性問(wèn)題。

車(chē)內用戶(hù)的移動(dòng)又包括2種場(chǎng)景：用戶(hù)在列車(chē)上不同FemtoCell間移動(dòng)的情況(如圖8中(1)所示);車(chē)內用戶(hù)上下車(chē)的情況。其中，用戶(hù)在列車(chē)上不同FemtoCell間移動(dòng)的情況，可以采用現有的FemtoCell間用戶(hù)移動(dòng)處理方式[5](TrainGW進(jìn)行處理)。車(chē)內用戶(hù)上下車(chē)的移動(dòng)性問(wèn)題包括：車(chē)內用戶(hù)移動(dòng)至車(chē)外(如圖8中(2)所示)和車(chē)外用戶(hù)移動(dòng)至車(chē)內(如圖8中(3)所示)兩種情況，下面進(jìn)行具體分析。