TD-LTE高鐵專網優化方法研究

作者/楊亮，黑龍江同信通信股份有限公司

TD-LTE高鐵專網優化方法研究

作者/楊亮，黑龍江同信通信股份有限公司

隨著高鐵的速度不斷提高，現有的GSM和TD-LTE網絡覆蓋方面也有新的問題出現，信號衰弱、穿透損耗、小區切換的問題嚴重影響了用戶的使用體驗。因此，TD-LTE高鐵專網優化已經是一個很緊迫的問題了，完成對于TD-LTE高鐵網絡的優化，使使用者可以有更好的使用體驗，是我們的研究目標。

TD-LTE網絡；高鐵專網；優化方法

引言

隨著國家建設的高速發展，在中國高鐵已經成為了人們區域間的主要交通工具。但是隨著高鐵的不斷提速，之前配置的那些TD-LTE高鐵網絡就出現了很多的問題，對于TDLTE高鐵專網優化就是一個非常需要解決的問題。在高鐵的運行中，可能會經過丘陵、隧道、架橋等距離較長的復雜路段，在這樣復雜的路況中，4G網絡覆蓋建設就需要面臨著很多的挑戰。高鐵站點間的間距較大，對于網絡高清通信的覆蓋高強要求，速度過快造成的高穿透損耗，因切換頻繁導致的多普勒效應，高鐵網絡使用度較高，容量有限等問題嚴重影響著旅客在高鐵上網絡使用體驗。就以上出現的這些問題，我們對TD-LTE高鐵專網優化方法進行研究，希望可以優化TD-LTE高鐵網絡。

1.高速鐵路網絡覆蓋特點分析

高鐵在運行中，對高鐵上的TD-LTE高鐵專網覆蓋造成影響的，主要原因有多普勒頻移現象，車體的穿透損耗，信號衰弱問題，高速場景下的切換重選問題，還需要考慮高鐵網絡的資源利用率等。中國的高鐵的運行速度在不斷的提高，速度提高到一定的程度就容易產生多普勒頻移。多普勒頻移，即終端在高速移動的同時，基站和終端的信號接收會發生頻率的偏移現象。如果高鐵列車的運行方向與信號的傳播方向相同時，多普勒頻移現象最嚴重，多普勒頻移現象對于基站有非常大的側影響。就高鐵來看，不同的運行速度下的多普勒頻移也是有很大的差異的。如表1所示。

表1

面對因為提速引發的多普勒頻移現象，可以使用一些對減輕這些影響有幫助的設備，進而保證TD-LTE高鐵專網的穩定運行。車體對于信號的傳遞也有很大的影響，信號從不同的角度進入車體，需要穿透的車體厚度是不盡相同的。當信號的入射方向與高鐵列車的運行方向越貼近時，信號需要穿透的車體的厚度將會增大，車體穿透損耗也將增大，從而也增大了多普勒頻移，因此信號的入射方向應盡量與高鐵列車運行方向遠離。信號的衰弱在移動通信中是一種非常常見的現象，不過信號衰弱也有快慢衰弱之分。快衰弱就是因為多徑效應，信號電平的變化很快導致的。快衰弱的衰弱率與終端的運行方向、運行速度和信號的發射頻率有關。為了減輕信號快衰弱造成的影響，需要在規劃時考慮一定的衰弱余量。慢衰弱則是由于高鐵列車在運行途中的復雜地形引起的，障礙物了阻礙信號的傳遞。高鐵網絡需要現網的基站為其提供，每個基站只可以覆蓋一個小區域，在高鐵列車如此高的運行速度下，終端就需要在沿途的各個基站間進行切換，這樣就會因為基站間的頻繁切換和重選，會對終端的信號穩定造成很不利的影響。網絡資源的利用率也是一個很大的問題，當高鐵列車交匯時，網絡覆蓋的容量很容易達到峰值，就會出現信號較弱的情況，而在都沒有高鐵列車經過時，又會造成一定的資源浪費，因此需要一些特別的高鐵網絡覆蓋技術來進行網絡覆蓋，提高網絡覆蓋資源的合理利用，又盡量滿足峰值。

2.克服高鐵通信難題的關鍵技術

■2.1 自動頻率校正規避多普勒頻移

在高鐵高速運行的過程中，多普勒頻移效應會網絡的正常運行造成一定的影響。為了解決多普勒效應，可以采用自動頻率校正算法，即通過快速的對高速移動引起的頻率偏移進行測量計算，對多普勒效應的影響進行補償，進而概算高鐵網絡的穩定性。

■2.2 基帶合并避免小區間頻繁切換

高鐵的高速運行，在車上的用戶需要在沿途的小區間進行不停的切換和重選，很容易因為切換不及時而出現網絡連接中斷的現象。每個基站只可以覆蓋一小片區域，為了解決基站間的頻繁切換和重選而導致的網絡終端問題，就需要延長單個小區的覆蓋范圍，這樣也就要把相連的基站進行合并，進行多站點同頻分集發射，信號相同，可以對信號產生增益，進而保證了高鐵網絡的穩定性。

■2.3 合理夾角降低高穿透損耗

高鐵列車的車體是全封閉車廂，信號從外界傳入會有很大的損耗，不過不同的車型的信號穿透損耗也是不盡相同的（如表2所示）。

表2 高鐵車型損耗參數

車廂的信號掠射角與列車的車廂穿透損耗成反比，掠射角越小，信號損耗就會越大。在高鐵基站規劃時，需要保證在合適的范圍之內，保證天線的主覆蓋方向和軌道之間應有一定的夾角，才可以較深信號的穿透損耗。另外一方面，對于基站天線來說，使用高增益窄波瓣天線增益更為明顯。

■2.4 多場景隧道個性化覆蓋

隧道在整個高鐵運行路線中是非常常見的，雖然隧道也許并不長，不過隧道的狹小卻對高鐵網絡造成了很大的影響，填充效應對于網絡的穩定性影響更大。短的隧道可以在隧道外定向天線支架覆蓋，隧道內的基站可以與隧道外的進行合并，就可以切換到隧道外。長隧道的場景，就不能使用定向天線來進行覆蓋，就需要沿著隧道布置泄露電纜，不但不會對信號造成影響，還可以很好的適應隧道彎曲多變的地形。如果面對的是連續的隧道場景，可以采用在隧道和隧道間布放定向天線來進行網絡覆蓋，盡量采用小區合并的方式來減少切換。

3.高鐵基站選址與勘察

高鐵基站的選址：基站距離鐵路較近，信號就要以傳播距離為先，天線可以直接對著鐵軌方向；共小區的站點，站間控制在1.2-1.4Km，非共小區的站點，站間距0.6-0.8Km；鐵塔與鐵軌的水平距離應在120-150m，天線可以采用高增益窄波瓣天線，站址的選擇的位置應該便于建造和維護。高鐵基站的勘察：在進行基站建設前，需要勘察好周圍的環境，是否可以進行基站建設，是否經濟合理，是否建設后可以與需求相吻合，不適宜建設基站又該汝河修改建設方案等。

4.具體案例

以南廣高鐵為例，規劃的站點基本建設完成，網絡覆蓋率可以達到90%以上，但是有一些站點出現故障，導致信號較弱，不過已經基本滿足覆蓋要求。

5.結語

隨著社會的不斷發展，城市間的交通以及被逐漸普及的高速鐵路所占據。高速鐵路已經成為了中國大部分城市間的主要交通工具。不過現在已經是網絡時代，人們對于網絡覆蓋的需求也越來越高，因此高鐵上也提供了相應的網絡系統，可以滿足人們的使用要求。高鐵的出現給人們的生活又帶來了極大的便捷，龐大的客流追求的不僅僅是安全便捷，還有舒適和周到。現在處于網絡時代，人們對于網絡的需求程度很高，高鐵上也要有非常好的網絡通信服務提供。TDLTE高鐵專網優化可以在很大程度上改善因為高鐵提速帶來的網絡信號差的問題，可以在人們出現時享受到更為舒適的旅程，也希望以后可以有更好，更深入的優化方案，開發出更好的TD-LTE高鐵專網。

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