TD-SCDMA高速干線(xiàn)覆蓋解決方案

圖1 智能天線(xiàn)算法不同移動(dòng)速度情況下的系統性能圖

2.1 多普勒頻移

當終端在運動(dòng)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(huì )發(fā)生變化，稱(chēng)為多普勒效應。多普勒效應所引起的頻移稱(chēng)為多普勒頻移，其計算公式如式（1）所示：

（1）

其中：θ為移動(dòng)臺移動(dòng)方向和入射波的夾角；υ是移動(dòng)臺運動(dòng)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(hù)移動(dòng)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(méi)有多普勒頻移。在移動(dòng)臺遠離基站方向移動(dòng)時(shí)，頻率降低；在移動(dòng)臺向基站方向移動(dòng)時(shí)，頻率升高。

圖2展示了多普勒頻移對移動(dòng)通信系統的影響，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(jìn)行小區及站點(diǎn)的覆蓋規劃時(shí)，需要進(jìn)行鏈路預算。高速列車(chē)的封閉性很好，必然帶來(lái)較大的穿透損耗，且入射波與火車(chē)運行方向之間的夾角越小，穿透損耗越大。經(jīng)實(shí)驗測試，動(dòng)車(chē)組列車(chē)比普通列車(chē)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 )規劃及功率等參數設置都帶來(lái)了較大的挑戰。

2.3 對切換區的影響

高速移動(dòng)的列車(chē)在進(jìn)行小區切換時(shí)，可以很快速的穿過(guò)小區間的切換區。如果小區的切換區設置過(guò)小，那么用戶(hù)在還沒(méi)來(lái)得及進(jìn)行切換過(guò)程就已經(jīng)穿過(guò)了切換區，導致切換失敗而掉話(huà)。由于切換時(shí)延包括測量處理和切換執行兩個(gè)過(guò)程，需要根據高速移動(dòng)的情況，合理規劃切換區的大小以及合理設置與切換相關(guān)的參數。

3 普天高速干線(xiàn)解決方案

3.1 分布式天線(xiàn)覆蓋方案

為了進(jìn)一步增強TD-SCDMA系統在高速公路等場(chǎng)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(xiàn)結構在高速移動(dòng)環(huán)境中應用的技術(shù)方案。圖3為分布式天線(xiàn)系統在高速公路上應用的范例。在這個(gè)場(chǎng)景中，沿高速公路架設了四個(gè)天線(xiàn)組，每個(gè)天線(xiàn)組采用兩根天線(xiàn)進(jìn)行覆蓋，八根天線(xiàn)的覆蓋區域共同構成一個(gè)小區。在條件允許的條件下每個(gè)天線(xiàn)組的兩根天線(xiàn)盡可能按照相互獨立的放置，如無(wú)法滿(mǎn)足上述條件，也可以存在一定的相關(guān)性。

圖3 分布式天線(xiàn)下的高速公路覆蓋

3.2 延遲發(fā)送分集技術(shù)

高速移動(dòng)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系統在高速移動(dòng)時(shí)的性能下降的主要原因。UE的移動(dòng)速度越高，信道估計的誤差越大，系統性能也就越難滿(mǎn)足設計的要求。

延遲發(fā)送分集是一種簡(jiǎn)單有效的發(fā)送分集方案，為了提高高速移動(dòng)環(huán)境中的系統性能，在分布式天線(xiàn)結構的基礎上采用了延遲發(fā)送分集技術(shù)的方案。在圖1所示的例子中，每個(gè)天線(xiàn)組的其中一根天線(xiàn)按正常時(shí)間發(fā)送信號，另外一根天線(xiàn)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(guò)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(zhù)提升系統的整體性能。

圖4 延時(shí)發(fā)送原理圖

3.3 高速干線(xiàn)組網(wǎng)方案

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

根據算法要求和目前產(chǎn)品形態(tài)，普天可提供如下解決方案。

1）BBU1327A+RRU1306C干線(xiàn)覆蓋

采用1306C，每個(gè)地點(diǎn)采用4根天線(xiàn)，每?jì)蓚€(gè)一組，選定1306C的四個(gè)通道，每個(gè)通道接一根天線(xiàn)。每一組的兩個(gè)天線(xiàn)之間距離需要大于1.5米，可以滿(mǎn)足天線(xiàn)隔離度的要求，不需要隔離。同一地點(diǎn)的兩組天線(xiàn)之間需要隔離，可以通過(guò)間隔一定垂直和水平距離來(lái)達到隔離度的要求。

每個(gè)小區需要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(xiàn)選擇

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

2. 由于覆蓋方式是線(xiàn)狀覆蓋，所以采用扇區定向天線(xiàn)；

3. 同時(shí)根據實(shí)際組網(wǎng)的需求確定具體的天線(xiàn)指標。

3）網(wǎng)絡(luò )覆蓋

根據上述解決方案，計算每個(gè)小區的覆蓋范圍如下：

分布式天線(xiàn)組網(wǎng)條件下，如選擇增益為18dBi的天線(xiàn)，則根據鏈路預算得出一組天線(xiàn)的覆蓋半徑約為0.45km。每個(gè)小區的4組天線(xiàn)，覆蓋半徑約1.8公里。每組天線(xiàn)的覆蓋范圍之間采用50米重疊區域，以保證同一小區的連續覆蓋，避免小區內掉話(huà)。除去各組天線(xiàn)間的重疊覆蓋，小區覆蓋半徑約1.6公里。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )部署中，需要根據實(shí)際環(huán)境改變天線(xiàn)增益及發(fā)射功率等參數來(lái)合理設置小區的覆蓋半徑。

4）切換帶設置

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

同時(shí)需要根據場(chǎng)景中的最高移動(dòng)速度來(lái)設置切換區域的大小。簡(jiǎn)單來(lái)講，切換帶寬度=最高速度*2*（測量時(shí)延+切換執行時(shí)延）。

4 參數設置

對于高速移動(dòng)場(chǎng)景，參數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(shí)延和切換時(shí)延。

1) 滯后門(mén)限

若設置過(guò)小，產(chǎn)生頻繁的測量報告，可能會(huì )導致乒乓切換；若設置過(guò)大，有可能會(huì )導致來(lái)不及切換。建議設置值：3dB

2) 觸發(fā)時(shí)間

若設置過(guò)小，產(chǎn)生頻繁的測量報告，可能會(huì )導致乒乓切換；若設置過(guò)大，有可能會(huì )導致來(lái)不及切換。建議設置值：320毫秒

3) 濾波因子

層1以一定的時(shí)間間隔報告給層3，層3根據濾波因子進(jìn)行過(guò)濾處理，將本次的測量結果與之前存儲的測量結果進(jìn)行濾波，如下面的公式所示，這個(gè)結果就可以作為測量報告的輸入參數直接為網(wǎng)絡(luò )側所用。

其中，為更新后經(jīng)過(guò)過(guò)濾的測量結果，為前一次過(guò)濾過(guò)的測量結果，，k即為測量的濾波因子， 為最近一次來(lái)自物理層測量的測量結果。該參數若設置過(guò)小，產(chǎn)生頻繁的測量報告上報，可能會(huì )導致乒乓切換；若設置過(guò)大，則UE對信號變化不敏感，可能發(fā)生來(lái)不及切換而掉話(huà)的情況。對于高速移動(dòng)環(huán)境，建議設置2~4。

5 結束語(yǔ)

TD-SCDMA技術(shù)在高速干線(xiàn)上如何很好的應用已經(jīng)成為運營(yíng)商和各設備廠(chǎng)商非常迫切的問(wèn)題。中國普天在高速干線(xiàn)解決方案上投入了足夠的力量，對天線(xiàn)選擇、網(wǎng)絡(luò )參數設置等問(wèn)題進(jìn)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(shí)際網(wǎng)絡(luò )的應用，并以此推動(dòng)TD-SCDMA技術(shù)和整個(gè)TD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。