大唐移動TD-LTE高速公路覆蓋方案

大唐移動 | 韓冰

高速公路作為一種典型的應用場景，在高速運動引入的多普勒頻移、頻繁切換、穿透損耗等方面都比城區環境面臨更大挑戰。

大唐移動作為TD-LTE標準提出者和主流設備廠商，承擔了TD-LTE南京實驗網的測試驗證，建設了唯一的高速公路（南京機場高速）覆蓋網絡，完成了高速公路場景的組網方案和相關測試驗證，并于今年的5.17世界電信日同江蘇移動一起為普通民眾提供了高速公路上的TD-LTE高速上網業務體驗。

高速場景面臨的主要問題

高速公路場景下面臨的幾大難點問題為：

● 高速移動引起的多普勒頻移；

● 頻繁切換；

● 穿透損耗和陰影衰落。

由于終端主要分布在高速移動的車輛中，車體對無線信號具有一定的穿透損耗，不同類型的車穿透損耗不同，一般在8～12dB。此外，一些高速公路旁還會種植綠化樹木，從而對無線信號在高速公路的覆蓋帶來遮擋，形成陰影衰落，這種損耗一般在3～5dB，比如南京機場高速就是這樣。

要使TD-LTE系統在高速公路場景能具有很好的無線覆蓋和業務體驗，必須通過網絡規劃或技術手段解決上述問題。

高速公路場景的網絡規劃

1.采用小區合并的組網方案

采用TD-LTE室外宏基站對高速公路沿線進行覆蓋，每個基站為S11配置，兩個扇區背向覆蓋，分布覆蓋基站位置兩側的高速路。為了避免頻繁切換和重選，使用小區合并技術增加單小區的覆蓋區域半徑，減少小區間的切換和重選。

南京機場高速公路場景采用單站的2個RRU間小區合并，如圖1所示。

2.頻率使用規劃

高速公路場景下存在嚴重的多普勒頻移，且要克服車體穿透損耗，這兩個指標都與使用的頻率有關，頻率越低，多普勒頻移越小，穿透損耗也越小，從而系統的性能會越好；反之，則越差。因此在進行高速公路場景組網覆蓋時，要盡可能采用低頻段進行覆蓋。

圖1 小區合并覆蓋示意圖

3.鄰區規劃

由于高速公路主要是采用線狀覆蓋，在進行鄰區規劃時，每個小區一般只規劃兩個鄰區，分別為在高速公路沿線上本小區兩側的各一個小區，這樣可以減少終端的測量時間，增加切換的準確性和及時性。

高速公路場景的關鍵技術

為了抑制多普勒頻移以及同頻干擾，需要在高速公路場景使用一些關鍵技術，大唐移動在南京TD-LTE機場高速覆蓋時采用了線性插值算法來補償頻偏。南京TD-LTE規模試驗網中采用大唐移動的系統設備，已經全部支持時域線性插值算法，在高速公路的實驗中性能穩定。

高速公路場景TD-LTE網絡優化

高速公路場景的網絡優化與城區的網絡優化內容基本相同，也主要是通過工程優化和無線參數優化兩種方式進行，工程優化主要是調整天線方向角和天線下傾角，以及調整發射功率來達到優化網絡覆蓋RSRP和SINR的目的。

南京機場高速規劃建設有40多個站點，使用兩扇區方式實現帶狀覆蓋，基站大部分選擇與2G、3G共址的建設方式。試驗網正式測試時選擇覆蓋較為連續的10個小區作為測試區域。

建網初期，高速路上RSRP和SINR整體較差，需要深入優化。針對機場高速TD-LTE優化難題，天線調整是覆蓋優化的最主要手段，大堂移動對TDLTE天線方位角、下傾角和智能天線賦形因子進行了專項優化。

優化前后這段區間RSRP小于-100dbm的百分比從31%降到2.4%,SINR小于5db的百分比從8.9%降到0.2%,而大于15db的百分比從55.8%提高到87.6%，優化效果明顯，經過此優化后在該區間切換成功率由原來的50%提高到95%以上.

南京機場高速TD-LTE網絡性能

1.試驗網測試結果

測試是對不同速度下的網絡性能進行測試，主要包含切換成功率和業務建立成功率。

在100km/h的速度下，5個用戶同時進行業務，5部終端同時在一部測試車上保持業務進行切換測試，往返5圈，共進行481次切換，成功率為98.97%。

通過對高速場景的性能測試，TD-LTE在高速公路組網的可行性被驗證。主要結論如下。

● TD-LTE系統可以在高速公路場景（120km/h速度）正常工作。

● 在覆蓋并非理想的情況下，實測運動狀態下多用戶小區平均吞吐量大約為下行10M～12Mbit/s，上行6M～8Mbit/s。如果覆蓋進一步改善，小區吞吐量可進一步提升。

● 測試中大唐基站開啟了高速算法，對信道估計進行了線性插值，終端和系統的現有實現可以滿足高速公路場景下的解調性能需求。

● 網絡的KPI性能測試結果，切換成功率、建立成功率都大于95%，可以達到組網要求。

2.機場高速業務體驗

2012年5月，江蘇移動在機場高速進行了TDLTE的業務體驗。機場高速TD-LTE業務主要通過在機場大巴上安裝CPE，將TD-LTE信號轉化為Wi-Fi信號，用戶利用智能手機、平板電腦或筆記本電腦通過Wi-Fi接入LTE網絡，提前免費在機場大巴上享受LTE高速寬帶業務體驗。

在實際多用戶接入體驗情況下，小區下行吞吐量可達20Mbit/s，單用戶下行吞吐量1Mbit/s以上，視頻流播放順暢。

南京機場高速TD-LTE業務體驗

TD-LTE突破了現有網絡架構，大幅提高了網絡速率，減少了時延，為用戶帶來了全新的業務體驗。高速公路作為一種典型的組網應用場景，在信號處理、網絡規劃以及網絡優化等方面都需要有針對性的考慮和處理。上述的實際組網研究與測試，驗證了TD-LTE在高速公路場景下的組網能力和可行性，為后續的網絡建設、產品開發、網絡優化積累了經驗。同時本文作者也對參與試驗網建設和測試優化的各位同事以及合作廠家工程師表示感謝。