“LTE在高鐵場景下的覆蓋”的理論研究

高東健 王振宇

【摘要】 當鐵路部門還沒有實現寬帶服務連接以及移動信號的時候，隨著鐵路部門逐漸融合移動業務，在多種影響因素的作用下，信號不良的情況出現的頻率較高，想要在坐火車的途中實現順暢通話是較為困難的。在移動通信技術以及現代科學技術發展的背景下，在高鐵列車中越來越廣泛應用高效能的移動通信服務，乘務人員用移動網絡與移動電話進行溝通、交流貢獻了重要力量。

【關鍵詞】 LTE 高鐵場景 移動網絡覆蓋 理論研究

隨著我國加大力度建設高鐵行業，需要隨著提升的是移動通信網絡的建設，高鐵的覆蓋面積越來越廣泛，也提升了對于無線通信網絡的覆蓋面積的需求。移動運營商、國家發改委以及國家鐵路部門等部門都會投入大量的技術、人員以及財力來研究與完善無線網絡的覆蓋和性能問題。在高鐵行業飛速發展的進程中，必須要充分重視LTE在高鐵場景下的覆蓋這一理論。

一、LTE的概述

LTE（Long Term Evolution，長期演進）是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）

組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統）技術標準的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。

二、高鐵LTE網絡覆蓋的特殊性

作為一種城市之間的一種交通工具的高鐵，是一種高速軌道交通工具，往往超過300km/h，因此，相比于室內分布或者室外宏站覆蓋方式相比，高鐵站臺以及沿線的LTE無線網絡覆蓋有著自身的特點和區別。

高鐵通常在城市與城市之間運行，主要有軌道沿線覆蓋和站臺覆蓋，覆蓋的場景是很復雜的。覆蓋的主要特征是線狀。高鐵的運營時速超過300km/h，實驗時速已超過500km/h，無線網絡覆蓋在這種超高速的影響下會很容易產生多普勒頻移問題。高鐵的車廂是密閉式的、是用金屬材料制成，能夠嚴重的屏蔽信號，信號在穿透的過程中會有很大程度的損傷。高鐵的這種超高速度在很大程度上提升了對在小區間的移動用戶的重選以及切換的要求；由于相比于切換響應時間而言，UE終端穿越切換區域的時間是與之相近的也可能是小于的，因此比較容易出現小區切換失敗、脫網等網絡問題。

三、“LTE在高鐵場景下的覆蓋”的理論研究

1、高鐵環境對于無線通信的影響。1）車體穿透損耗。高鐵的設計形態是密閉箱體，而無線信號在這樣的環境中，在穿透箱體的過車中會受到較為嚴重的損傷。而在列車的運行速度逐漸提升的過程中，信號受到的損傷也是逐漸提升的。在無線通信建設的過程中，在分布站址方面，保證通信網絡基站站址與鐵路軌道保持一定的距離，同時要保證天線主瓣與軌道之間有一定的夾角。2）切換與重選。高鐵列車的速度較快，信號受損嚴重，就會出現高頻率的小區切換或者重選的現象，影響終端用戶的業務體驗。3）快衰落。無線通信網絡的快衰落在高鐵環境中受到一定的影響，這在很大程度上相關于多徑，同時在一定程度上也受制于移動臺的移動速度。高鐵環境中，終端與基站之間信號傳遞是通過直線反射實現的，這就使接受信號的一方接收到的信號質量有所下降，而在多徑的作用下，快衰落的影響效果是比較小的。4）多普勒頻移。多普勒頻移是指信號源與接收機之間的相互運動，在相對運動的作用下接收信號會產生一定的變化，特別是高鐵的告訴運作下，就會凸顯出非常明顯的多普勒效應。而基站與移動站之間的距離會在一定程度上影響信號頻率的質量，頻率與距離之間是負相關的關系，接收機的信號接收性能也會受到一定的影響。

2、高鐵環境下LTE專網關鍵技術。1）公網與高鐵覆蓋。在當前的網絡標準下，高鐵環境下的覆蓋可以在小區分裂的方式中實現，雖然存在資源利用率低以及成本低等特點，但是很難達到同時具備一般場景和高速運行的通信需求，具有較大的優化難度。而在專網下可以使網絡質量以及通信質量有很大程度的提升。2）波束成形技術。互異性是上下行通道的主要特性，而波束成形是充分應用了這種特性，實現下行天線權值在上行信道的作用下計算出來，最終獲得天線權值調整加權系數，而主波束是由發送的數據乘積與權值之間的乘積得到的。3）超級小區合并技術。為了緩解列車高速移動過程中多次切換的問題，可采用多個RRU小區合并功能，擴大邏輯小區覆蓋范圍，減少高速移動過程中頻繁的小區切換帶來的流量損失，緩解高鐵站點間同頻干擾問題。4）2/4G高鐵協同組網。為了保證CSFB性能，現網調整保證LTE的TA劃分與GSM高鐵專網的LA劃分相同。此外，4G終端在4G專網只重選/重定向至2G專網，在2G專網可直接重選回4G專網。

結語：LTE在高鐵場景中的覆蓋，是鐵路行業未來發展主要方向，對于移動通信業以及交通運輸業的發展有很大的促進作用。當前3G通信網絡已經基本可以實現覆蓋高鐵，但是全面的寬帶接入尚沒有形成，因此仍需要加大這方面的建設力度，促進移動寬帶業務全面覆蓋高鐵，推動信息便捷化的高鐵行業的發展，使LTE有效發揮良好通信作用。

參 考 文 獻

[1]張陽，“TD-LTE在高鐵場景下的覆蓋”的理論研究[J].中國新通信.2015（05）

[2] 李覲，陳剛，王太峰.淺談高鐵場景下的TD-LTE覆蓋[J].通信與信息技術.2014（05）

[3] 呂晨光，郭建光，王宇欣.高鐵TD-LTE無線網絡覆蓋研究[J].電信工程技術與標準化.2014（10）