FDD—LTE高速鐵路覆蓋方案探討

林奕彬

摘 要：根據雙工方式的不同，LTE（Long Term Evolution）可以分為FDD-LTE（頻分雙工）和TDD-LTE（時分雙工）兩種制式。其中，FDD-LTE作為新一代的通信技術，在無線通信網絡中將被大規模應用，但長期以來，高速移動場景的無線網絡建設一直是移動通信技術發展的難點。通過深入分析高速鐵路FDD-LTE網絡覆蓋中存在的問題，提出了基于LTE技術的高鐵無線覆蓋解決方案，希望對相關單位有所幫助。

關鍵詞：高速鐵路；FDD-LTE；網絡覆蓋；損耗

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0023-02

近年來，隨著我國經濟的快速發展，高速鐵路得到了迅猛發展。目前，我國高速鐵路的技術和規模已經達到了世界先進水平，我國高鐵里程約占全球的35%，位列全球首位。經過多次提速后，動車組的速度普遍已經超過200 km/h，部分路段更可達到350 km/h。高鐵作為一種高效、經濟的城際交通方式，日漸成為人們中、長距離出行的首選工具。我國列車提速和新型車廂的普及給乘客帶來了高效和舒適的乘坐體驗，但乘客對高速環境下通信服務的種類和質量的要求也越來越高，這就對鐵路無線通信提出了更為苛刻的要求。

隨著智能終端和移動互聯網業務的高速發展，乘客搭乘高鐵出行時，會有越來越多的移動辦公和娛樂等數據應用的需求。與以往的鐵路網絡覆蓋相比，高鐵網絡覆蓋不僅要提供良好的語音業務，而且乘客對數據業務也有較高的要求。在FDD-LTE網絡覆蓋高速鐵路時，多普勒頻移現象和小區間頻繁切換的問題尤為突出。因此，本文針對高鐵FDD-LTE覆蓋方案中的一些問題進行了探討。

1 網絡特點

高速鐵路有著特殊的移動通信場景，導致網絡覆蓋的難度大大增加，主要具有以下5個特點：①運行速度快，導致出現多普勒頻移現象。多普勒效應是指接收到的信號的波長因信號源和接收機的相對運動而變化。在移動通信系統中，設備的移動速度越快，多普勒頻移出現的次數越多，基站接收信號的性能也越差。②車體穿透損耗程度大，無線覆蓋能力較低。高速列車采用密閉式廂體設計，車體損耗較大，高鐵列車車廂的穿透損耗可達24 dB，這對基站的發射功率和接受靈敏度提出了更高的要求。③切換頻繁。終端的高速移動導致穿越切換區的時間變短，切換難度增大。當穿越切換區的時間小于系統處理時間時，會因切換無法完成而導致掉話和脫網，進而影響了用戶的通信服務體驗。④線狀覆蓋區域。⑤多覆蓋場景。高鐵沿線場景復雜，高速鐵路組網技術需要滿足大多數場景的要求。

2 組網和解決方案

2.1 覆蓋分析

2.1.1 專網覆蓋

目前，高鐵2G和3G網絡覆蓋均逐漸采用專網進行，LTE對高速鐵路的覆蓋也建議采用專網組網的形式，通過設置參數和頻率，使專網與公網分離，從而在最大程度上滿足高鐵區域的覆蓋要求。專網沿線可采用鏈型鄰區設計，不與公網切換，以保證用戶在高速移動時可切換和重選，從而提高通信質量。

2.1.2 站址選擇

高速鐵路車體由金屬鋼板或高分子合成材料構成，穿透損耗較大。為了降低車體穿透損耗，運營商在選擇建設基站時應該盡量使基站靠近鐵路，建議基站與鐵路的垂直距離在50～200 m之間。

2.1.3 站間距選擇

為了確保高質量的網絡覆蓋，FDD-LTE下行電平強度控制在-100 dBm左右。某省試驗網高鐵專網的平均站高統計如表1所示。

經綜合考慮，高鐵FDD-LTE站間距的選擇為：在F頻段、平均站高25 m的情況下，非邊界小區站間距應在1 km左右為宜；邊界小區站點存在重疊覆蓋區，站間距在600 m左右為宜。目前，2G和3G線網的站間距主要集中在500～1 000 m之間，可滿足FDD-LTE網絡站間距建設的需求。在滿足覆蓋需求的情況下，可考慮共址建設，以減少工程投資。

2.1.4 鏈路預算

分析FDD-LTE（F頻段）的下行覆蓋無線鏈路后發現，鏈路預算必須滿足以下4個前提：①高鐵隧道覆蓋以其他覆蓋場景考慮，本文中暫不作討論。高鐵沿線通常位于城市郊區地帶，環境較為開闊，基站與列車呈直視徑傳輸，應綜合考慮地形、地物等的影響，場景模型應選用農村模型。②F頻段車體穿透損耗設置為24 dB。③天線配置。基站側采用2T4R、UE側采用1T2R；基站側天線增益為18 dBi、UE側為0 dBi。④功率配置。基站側RRU發射功率為43 dBm（考慮雙模場景，預留20 W功率給TD-SCDMA）、終端側功率為23 dBm。下行覆蓋目標（-105 dBm）覆蓋的估算值如表2所示。

2.2 多普勒頻移

終端高速運動時，從基站發向終端的信號和終端發向基站的信號均會產生多普勒頻移。在列車靠近基站時，波長變短，頻率增大；列車遠離基站時，波長變長，頻率減小。頻偏大小與載波大小、運動速度成正比，而頻偏會導致信號畸變，進而影響接收質量。當頻偏到達一定程度時，甚至會出現信號完全無法接收的情況。

基于頻偏帶來的影響，目前，主流的解決辦法是通過一定的算法，快速測算因高速所帶來的頻率偏移，并進行頻偏補償，改善無線鏈路的穩定性，從而明顯提高解調性能。

2.3 小區合并技術

小區合并技術是指將多個單通道RRU接入同一個BBU，并設置為同一邏輯。小區采用單通道小區合并技術后，可對上行鏈路進行數據合并，進而提高了接收增益；對于下行鏈路，可在所選擇的天線上發送用戶下行數據，這更具有針對性，有效提高了用戶接收下行數據的質量，并降低了其余天線的負荷。對于高速鐵路覆蓋而言，小區合并的主要作用是延長單小區的覆蓋范圍，從而極大地減少了切換次數。

2.4 車載直放設備

可在高鐵車廂內部署FDD-LTE車載直放站設備和外置車載天線發射和接收信號。車載天線可選用高增益天線，以改善車載臺與基站之間的無線鏈路。機載臺將接收到的FDD-LTE信號解調、放大后，傳輸至部署在車廂內的FDD-LTE室內微基站或WiFi信號轉發器。這樣可避免車體帶來的巨大穿透損耗，保證車廂內部信號的強度，改善無線通信環境，為車廂內的用戶提供良好的無線通信環境，從而提升網絡服務性能

3 結束語

高鐵經過幾次大幅度的提速后，列車的運行速度越來越快，旅客也越來越多地選擇高鐵作為出行工具。因此，LTE高鐵專網建設也顯得越來也重要。本文中提出的LTE高鐵覆蓋方案，有利于高鐵場景網絡規劃，可幫助通信運營商打造優質的LTE高鐵覆蓋網絡。

參考文獻

[1]曾令峰，李漢兵.高速列車車載直放站方案研究[J].光通信研究，2012（01）.

[2]曹亞妮.FDD LTE高鐵覆蓋解決方案[J].中興通信技術，2011（09）.

[3]李丹，莊宏成.高速鐵路3G及TD-LTE移動通信關鍵問題研究綜述[J].計算機應用研究，2013（05）.

[4]陳偉杰.高速鐵路場景TD-LTE組網的關鍵問題探討[J].信息通信，2013（07）.

〔編輯：張思楠〕

摘 要：根據雙工方式的不同，LTE（Long Term Evolution）可以分為FDD-LTE（頻分雙工）和TDD-LTE（時分雙工）兩種制式。其中，FDD-LTE作為新一代的通信技術，在無線通信網絡中將被大規模應用，但長期以來，高速移動場景的無線網絡建設一直是移動通信技術發展的難點。通過深入分析高速鐵路FDD-LTE網絡覆蓋中存在的問題，提出了基于LTE技術的高鐵無線覆蓋解決方案，希望對相關單位有所幫助。

關鍵詞：高速鐵路；FDD-LTE；網絡覆蓋；損耗

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0023-02

近年來，隨著我國經濟的快速發展，高速鐵路得到了迅猛發展。目前，我國高速鐵路的技術和規模已經達到了世界先進水平，我國高鐵里程約占全球的35%，位列全球首位。經過多次提速后，動車組的速度普遍已經超過200 km/h，部分路段更可達到350 km/h。高鐵作為一種高效、經濟的城際交通方式，日漸成為人們中、長距離出行的首選工具。我國列車提速和新型車廂的普及給乘客帶來了高效和舒適的乘坐體驗，但乘客對高速環境下通信服務的種類和質量的要求也越來越高，這就對鐵路無線通信提出了更為苛刻的要求。

隨著智能終端和移動互聯網業務的高速發展，乘客搭乘高鐵出行時，會有越來越多的移動辦公和娛樂等數據應用的需求。與以往的鐵路網絡覆蓋相比，高鐵網絡覆蓋不僅要提供良好的語音業務，而且乘客對數據業務也有較高的要求。在FDD-LTE網絡覆蓋高速鐵路時，多普勒頻移現象和小區間頻繁切換的問題尤為突出。因此，本文針對高鐵FDD-LTE覆蓋方案中的一些問題進行了探討。

1 網絡特點

高速鐵路有著特殊的移動通信場景，導致網絡覆蓋的難度大大增加，主要具有以下5個特點：①運行速度快，導致出現多普勒頻移現象。多普勒效應是指接收到的信號的波長因信號源和接收機的相對運動而變化。在移動通信系統中，設備的移動速度越快，多普勒頻移出現的次數越多，基站接收信號的性能也越差。②車體穿透損耗程度大，無線覆蓋能力較低。高速列車采用密閉式廂體設計，車體損耗較大，高鐵列車車廂的穿透損耗可達24 dB，這對基站的發射功率和接受靈敏度提出了更高的要求。③切換頻繁。終端的高速移動導致穿越切換區的時間變短，切換難度增大。當穿越切換區的時間小于系統處理時間時，會因切換無法完成而導致掉話和脫網，進而影響了用戶的通信服務體驗。④線狀覆蓋區域。⑤多覆蓋場景。高鐵沿線場景復雜，高速鐵路組網技術需要滿足大多數場景的要求。

2 組網和解決方案

2.1 覆蓋分析

2.1.1 專網覆蓋

目前，高鐵2G和3G網絡覆蓋均逐漸采用專網進行，LTE對高速鐵路的覆蓋也建議采用專網組網的形式，通過設置參數和頻率，使專網與公網分離，從而在最大程度上滿足高鐵區域的覆蓋要求。專網沿線可采用鏈型鄰區設計，不與公網切換，以保證用戶在高速移動時可切換和重選，從而提高通信質量。

2.1.2 站址選擇

高速鐵路車體由金屬鋼板或高分子合成材料構成，穿透損耗較大。為了降低車體穿透損耗，運營商在選擇建設基站時應該盡量使基站靠近鐵路，建議基站與鐵路的垂直距離在50～200 m之間。

2.1.3 站間距選擇

為了確保高質量的網絡覆蓋，FDD-LTE下行電平強度控制在-100 dBm左右。某省試驗網高鐵專網的平均站高統計如表1所示。

經綜合考慮，高鐵FDD-LTE站間距的選擇為：在F頻段、平均站高25 m的情況下，非邊界小區站間距應在1 km左右為宜；邊界小區站點存在重疊覆蓋區，站間距在600 m左右為宜。目前，2G和3G線網的站間距主要集中在500～1 000 m之間，可滿足FDD-LTE網絡站間距建設的需求。在滿足覆蓋需求的情況下，可考慮共址建設，以減少工程投資。

2.1.4 鏈路預算

分析FDD-LTE（F頻段）的下行覆蓋無線鏈路后發現，鏈路預算必須滿足以下4個前提：①高鐵隧道覆蓋以其他覆蓋場景考慮，本文中暫不作討論。高鐵沿線通常位于城市郊區地帶，環境較為開闊，基站與列車呈直視徑傳輸，應綜合考慮地形、地物等的影響，場景模型應選用農村模型。②F頻段車體穿透損耗設置為24 dB。③天線配置。基站側采用2T4R、UE側采用1T2R；基站側天線增益為18 dBi、UE側為0 dBi。④功率配置。基站側RRU發射功率為43 dBm（考慮雙模場景，預留20 W功率給TD-SCDMA）、終端側功率為23 dBm。下行覆蓋目標（-105 dBm）覆蓋的估算值如表2所示。

2.2 多普勒頻移

終端高速運動時，從基站發向終端的信號和終端發向基站的信號均會產生多普勒頻移。在列車靠近基站時，波長變短，頻率增大；列車遠離基站時，波長變長，頻率減小。頻偏大小與載波大小、運動速度成正比，而頻偏會導致信號畸變，進而影響接收質量。當頻偏到達一定程度時，甚至會出現信號完全無法接收的情況。

基于頻偏帶來的影響，目前，主流的解決辦法是通過一定的算法，快速測算因高速所帶來的頻率偏移，并進行頻偏補償，改善無線鏈路的穩定性，從而明顯提高解調性能。

2.3 小區合并技術

小區合并技術是指將多個單通道RRU接入同一個BBU，并設置為同一邏輯。小區采用單通道小區合并技術后，可對上行鏈路進行數據合并，進而提高了接收增益；對于下行鏈路，可在所選擇的天線上發送用戶下行數據，這更具有針對性，有效提高了用戶接收下行數據的質量，并降低了其余天線的負荷。對于高速鐵路覆蓋而言，小區合并的主要作用是延長單小區的覆蓋范圍，從而極大地減少了切換次數。

2.4 車載直放設備

可在高鐵車廂內部署FDD-LTE車載直放站設備和外置車載天線發射和接收信號。車載天線可選用高增益天線，以改善車載臺與基站之間的無線鏈路。機載臺將接收到的FDD-LTE信號解調、放大后，傳輸至部署在車廂內的FDD-LTE室內微基站或WiFi信號轉發器。這樣可避免車體帶來的巨大穿透損耗，保證車廂內部信號的強度，改善無線通信環境，為車廂內的用戶提供良好的無線通信環境，從而提升網絡服務性能

3 結束語

高鐵經過幾次大幅度的提速后，列車的運行速度越來越快，旅客也越來越多地選擇高鐵作為出行工具。因此，LTE高鐵專網建設也顯得越來也重要。本文中提出的LTE高鐵覆蓋方案，有利于高鐵場景網絡規劃，可幫助通信運營商打造優質的LTE高鐵覆蓋網絡。

參考文獻

[1]曾令峰，李漢兵.高速列車車載直放站方案研究[J].光通信研究，2012（01）.

[2]曹亞妮.FDD LTE高鐵覆蓋解決方案[J].中興通信技術，2011（09）.

[3]李丹，莊宏成.高速鐵路3G及TD-LTE移動通信關鍵問題研究綜述[J].計算機應用研究，2013（05）.

[4]陳偉杰.高速鐵路場景TD-LTE組網的關鍵問題探討[J].信息通信，2013（07）.

〔編輯：張思楠〕

摘 要：根據雙工方式的不同，LTE（Long Term Evolution）可以分為FDD-LTE（頻分雙工）和TDD-LTE（時分雙工）兩種制式。其中，FDD-LTE作為新一代的通信技術，在無線通信網絡中將被大規模應用，但長期以來，高速移動場景的無線網絡建設一直是移動通信技術發展的難點。通過深入分析高速鐵路FDD-LTE網絡覆蓋中存在的問題，提出了基于LTE技術的高鐵無線覆蓋解決方案，希望對相關單位有所幫助。

關鍵詞：高速鐵路；FDD-LTE；網絡覆蓋；損耗

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0023-02

近年來，隨著我國經濟的快速發展，高速鐵路得到了迅猛發展。目前，我國高速鐵路的技術和規模已經達到了世界先進水平，我國高鐵里程約占全球的35%，位列全球首位。經過多次提速后，動車組的速度普遍已經超過200 km/h，部分路段更可達到350 km/h。高鐵作為一種高效、經濟的城際交通方式，日漸成為人們中、長距離出行的首選工具。我國列車提速和新型車廂的普及給乘客帶來了高效和舒適的乘坐體驗，但乘客對高速環境下通信服務的種類和質量的要求也越來越高，這就對鐵路無線通信提出了更為苛刻的要求。

隨著智能終端和移動互聯網業務的高速發展，乘客搭乘高鐵出行時，會有越來越多的移動辦公和娛樂等數據應用的需求。與以往的鐵路網絡覆蓋相比，高鐵網絡覆蓋不僅要提供良好的語音業務，而且乘客對數據業務也有較高的要求。在FDD-LTE網絡覆蓋高速鐵路時，多普勒頻移現象和小區間頻繁切換的問題尤為突出。因此，本文針對高鐵FDD-LTE覆蓋方案中的一些問題進行了探討。

1 網絡特點

高速鐵路有著特殊的移動通信場景，導致網絡覆蓋的難度大大增加，主要具有以下5個特點：①運行速度快，導致出現多普勒頻移現象。多普勒效應是指接收到的信號的波長因信號源和接收機的相對運動而變化。在移動通信系統中，設備的移動速度越快，多普勒頻移出現的次數越多，基站接收信號的性能也越差。②車體穿透損耗程度大，無線覆蓋能力較低。高速列車采用密閉式廂體設計，車體損耗較大，高鐵列車車廂的穿透損耗可達24 dB，這對基站的發射功率和接受靈敏度提出了更高的要求。③切換頻繁。終端的高速移動導致穿越切換區的時間變短，切換難度增大。當穿越切換區的時間小于系統處理時間時，會因切換無法完成而導致掉話和脫網，進而影響了用戶的通信服務體驗。④線狀覆蓋區域。⑤多覆蓋場景。高鐵沿線場景復雜，高速鐵路組網技術需要滿足大多數場景的要求。

2 組網和解決方案

2.1 覆蓋分析

2.1.1 專網覆蓋

目前，高鐵2G和3G網絡覆蓋均逐漸采用專網進行，LTE對高速鐵路的覆蓋也建議采用專網組網的形式，通過設置參數和頻率，使專網與公網分離，從而在最大程度上滿足高鐵區域的覆蓋要求。專網沿線可采用鏈型鄰區設計，不與公網切換，以保證用戶在高速移動時可切換和重選，從而提高通信質量。

2.1.2 站址選擇

高速鐵路車體由金屬鋼板或高分子合成材料構成，穿透損耗較大。為了降低車體穿透損耗，運營商在選擇建設基站時應該盡量使基站靠近鐵路，建議基站與鐵路的垂直距離在50～200 m之間。

2.1.3 站間距選擇

為了確保高質量的網絡覆蓋，FDD-LTE下行電平強度控制在-100 dBm左右。某省試驗網高鐵專網的平均站高統計如表1所示。

經綜合考慮，高鐵FDD-LTE站間距的選擇為：在F頻段、平均站高25 m的情況下，非邊界小區站間距應在1 km左右為宜；邊界小區站點存在重疊覆蓋區，站間距在600 m左右為宜。目前，2G和3G線網的站間距主要集中在500～1 000 m之間，可滿足FDD-LTE網絡站間距建設的需求。在滿足覆蓋需求的情況下，可考慮共址建設，以減少工程投資。

2.1.4 鏈路預算

分析FDD-LTE（F頻段）的下行覆蓋無線鏈路后發現，鏈路預算必須滿足以下4個前提：①高鐵隧道覆蓋以其他覆蓋場景考慮，本文中暫不作討論。高鐵沿線通常位于城市郊區地帶，環境較為開闊，基站與列車呈直視徑傳輸，應綜合考慮地形、地物等的影響，場景模型應選用農村模型。②F頻段車體穿透損耗設置為24 dB。③天線配置。基站側采用2T4R、UE側采用1T2R；基站側天線增益為18 dBi、UE側為0 dBi。④功率配置。基站側RRU發射功率為43 dBm（考慮雙模場景，預留20 W功率給TD-SCDMA）、終端側功率為23 dBm。下行覆蓋目標（-105 dBm）覆蓋的估算值如表2所示。

2.2 多普勒頻移

終端高速運動時，從基站發向終端的信號和終端發向基站的信號均會產生多普勒頻移。在列車靠近基站時，波長變短，頻率增大；列車遠離基站時，波長變長，頻率減小。頻偏大小與載波大小、運動速度成正比，而頻偏會導致信號畸變，進而影響接收質量。當頻偏到達一定程度時，甚至會出現信號完全無法接收的情況。

基于頻偏帶來的影響，目前，主流的解決辦法是通過一定的算法，快速測算因高速所帶來的頻率偏移，并進行頻偏補償，改善無線鏈路的穩定性，從而明顯提高解調性能。

2.3 小區合并技術

小區合并技術是指將多個單通道RRU接入同一個BBU，并設置為同一邏輯。小區采用單通道小區合并技術后，可對上行鏈路進行數據合并，進而提高了接收增益；對于下行鏈路，可在所選擇的天線上發送用戶下行數據，這更具有針對性，有效提高了用戶接收下行數據的質量，并降低了其余天線的負荷。對于高速鐵路覆蓋而言，小區合并的主要作用是延長單小區的覆蓋范圍，從而極大地減少了切換次數。

2.4 車載直放設備

可在高鐵車廂內部署FDD-LTE車載直放站設備和外置車載天線發射和接收信號。車載天線可選用高增益天線，以改善車載臺與基站之間的無線鏈路。機載臺將接收到的FDD-LTE信號解調、放大后，傳輸至部署在車廂內的FDD-LTE室內微基站或WiFi信號轉發器。這樣可避免車體帶來的巨大穿透損耗，保證車廂內部信號的強度，改善無線通信環境，為車廂內的用戶提供良好的無線通信環境，從而提升網絡服務性能

3 結束語

高鐵經過幾次大幅度的提速后，列車的運行速度越來越快，旅客也越來越多地選擇高鐵作為出行工具。因此，LTE高鐵專網建設也顯得越來也重要。本文中提出的LTE高鐵覆蓋方案，有利于高鐵場景網絡規劃，可幫助通信運營商打造優質的LTE高鐵覆蓋網絡。

參考文獻

[1]曾令峰，李漢兵.高速列車車載直放站方案研究[J].光通信研究，2012（01）.

[2]曹亞妮.FDD LTE高鐵覆蓋解決方案[J].中興通信技術，2011（09）.

[3]李丹，莊宏成.高速鐵路3G及TD-LTE移動通信關鍵問題研究綜述[J].計算機應用研究，2013（05）.

[4]陳偉杰.高速鐵路場景TD-LTE組網的關鍵問題探討[J].信息通信，2013（07）.

〔編輯：張思楠〕