TELLTALE無(wú)線通信系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用研究

賈銳斌

隨著工信部LTE牌照的發(fā)放，各大運(yùn)營(yíng)商4CJ網(wǎng)絡(luò)正式商用，標(biāo)志著4G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。高速鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)相比低速狀態(tài)下的無(wú)線通信面臨著諸多的問(wèn)題，本文討論了高速鐵路無(wú)線通信建設(shè)方案以及注意事項(xiàng)，并給出了基于TD-LTE技術(shù)的高鐵無(wú)線覆蓋的解決方案。

為滿足日益增長(zhǎng)的高速交通運(yùn)輸需求，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中規(guī)劃了“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道相應(yīng)規(guī)劃，客車速度最高時(shí)速可達(dá)380km/h。同時(shí)，伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，客戶乘坐高速鐵路時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求也在日益增長(zhǎng)。隨著工信部正式向各大運(yùn)營(yíng)商發(fā)布4G牌照，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入4G時(shí)代，在高速鐵路場(chǎng)景下良好的應(yīng)用4G技術(shù)會(huì)大幅度提升用戶感知。但是由于4G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段較高，較2G、3G網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來(lái)更高的損耗以及多普勒頻移，如何在高速度、強(qiáng)車體損耗的高鐵特殊場(chǎng)景下提供穩(wěn)定的4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，各運(yùn)營(yíng)商面臨著諸多挑戰(zhàn)。本文從對(duì)高鐵場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋可能存在的特殊問(wèn)題，解決方案進(jìn)行了歸納總結(jié)，對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋高鐵場(chǎng)景進(jìn)行了可行性研究。

LTE高鐵覆蓋的應(yīng)用方案

高鐵通信專網(wǎng)建設(shè)方案

針對(duì)高鐵專網(wǎng)內(nèi)頻繁切換、重選問(wèn)題，以及隨之而來(lái)的業(yè)務(wù)掉線、無(wú)法接通等問(wèn)題。多采用BBU+RRU組網(wǎng)方案，并采取RRU共小區(qū)技術(shù)，即在多個(gè)從單個(gè)BBU拉遠(yuǎn)多個(gè)RRU組成多個(gè)站址，增大同一小區(qū)的覆蓋范同，在同一小區(qū)的RRU位置組之間運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)須進(jìn)行切換或重選，減少切換重選次數(shù)，減少掉話風(fēng)險(xiǎn)。該類技術(shù)在2G/S3G高鐵覆蓋已經(jīng)有比較成熟的應(yīng)用，可以沿用到4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。

自適應(yīng)頻率補(bǔ)償技術(shù)對(duì)抗多普勒頻移

針對(duì)多普勒頻偏問(wèn)題，各個(gè)主設(shè)備廠商已支持自適應(yīng)頻率補(bǔ)償技術(shù)（AFC），通過(guò)頻率補(bǔ)償技術(shù)，可以快速準(zhǔn)確地跟蹤系統(tǒng)上行頻偏，經(jīng)過(guò)多次對(duì)載波頻率偏移最大值的檢測(cè)與校正后可有效控制多普勒頻展在系統(tǒng)接受的范圍內(nèi)。建議高鐵專網(wǎng)建設(shè)中開(kāi)啟頻偏算法，控制多普勒頻移帶來(lái)的負(fù)面影響。

準(zhǔn)確控制重疊覆蓋距離，提升切換成功率

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期，要充分考慮列車時(shí)速，以及切換重選時(shí)延的典型設(shè)置，保證站址間的重疊覆蓋距離能夠有效完成切換重選，切換重疊帶預(yù)算：重疊覆蓋區(qū)域過(guò)小會(huì)導(dǎo)致切換失敗，過(guò)大則會(huì)站間距增加，因此高鐵覆蓋規(guī)劃中要合理設(shè)計(jì)重疊覆蓋區(qū)域。

建設(shè)應(yīng)用方案以及注意事項(xiàng)

建設(shè)方案

高速鐵路4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在公網(wǎng)和專網(wǎng)兩種方式，考慮到用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)性能更優(yōu)，建議采用專網(wǎng)形式覆蓋。宏基站建設(shè)方案：每個(gè)物理站點(diǎn)配置兩個(gè)兩通道RRU，分別連接高增益雙通道天線進(jìn)行覆蓋，多個(gè)物理站點(diǎn)之間進(jìn)行小區(qū)合并。隧道覆蓋方案：可采用天線覆蓋或泄漏電纜覆蓋兩種方案。短且平直的隧道，優(yōu)先采用低成本的宏基站覆蓋方案。對(duì)于長(zhǎng)或彎度較大的隧道，建議采用泄露電纜覆蓋方案。高架橋覆蓋方案：采用定向天線背靠背發(fā)射的方式覆蓋，優(yōu)先選擇高增益、窄波瓣天線，選擇地點(diǎn)位于橋兩端距離鐵路一定距離處。站臺(tái)建設(shè)方案：站臺(tái)建議采用專網(wǎng)信號(hào)覆蓋，站臺(tái)話務(wù)通過(guò)專網(wǎng)進(jìn)行吸收，建議將候車區(qū)、上車通道、旅客出站區(qū)分別建設(shè)公網(wǎng)獨(dú)立小區(qū)，借助公網(wǎng)室分小區(qū)建立過(guò)渡切換帶。

注意事項(xiàng)

高鐵需要2G/4G協(xié)同規(guī)劃：目前4G語(yǔ)音業(yè)務(wù)仍采用CSFB的方式，中國(guó)移動(dòng)目前采用回落到GSM網(wǎng)絡(luò)的方式.應(yīng)做好4G和2G的協(xié)同優(yōu)化，建議4G專網(wǎng)的CSFB頻點(diǎn)按照2G專網(wǎng)配置，保證一致性：LTE與GSM高鐵專網(wǎng)協(xié)同有利于提升高鐵CSFB接通成功率.確保CSFB終端用戶（如iPhone用戶）的語(yǔ)音感知。

如2G高鐵基本上采用專網(wǎng)方式建設(shè)，應(yīng)充分利用站址資源，實(shí)現(xiàn)2G/4G設(shè)備共柜、共BBU框、共傳輸資源等，進(jìn)一步減少投資、減輕工程施工難度、節(jié)省建設(shè)時(shí)間。為增加基站的覆蓋距離，減少切換次數(shù)，高鐵場(chǎng)景建議采用高增益窄波瓣天線對(duì)進(jìn)行覆蓋。高增益窄波瓣天線通常可以做到增益18-21dBi.波瓣寬度約35°。

現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)效果

浙江移動(dòng)最早通過(guò)平滑升級(jí)，實(shí)現(xiàn)滬杭高鐵嘉興段TD-LTE/TD-SCDMA雙模高鐵覆蓋，并實(shí)現(xiàn)了300km/h高鐵場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速下載，建成全球首個(gè)高鐵4G網(wǎng)絡(luò)。隨后，中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)公司于早在2014年下發(fā)《中國(guó)移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)二期工程高速鐵路覆蓋項(xiàng)目建設(shè)要求》，在全網(wǎng)內(nèi)啟動(dòng)LTE高鐵專網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高鐵4G網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，滿足高鐵沿線的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求。黑龍江的哈大線、盤營(yíng)線、京哈線，依據(jù)現(xiàn)有2G專網(wǎng)實(shí)施共站、補(bǔ)點(diǎn)建設(shè)，累積完成高鐵4G網(wǎng)絡(luò)期共建設(shè)站點(diǎn)942個(gè)。目前，經(jīng)過(guò)工程期優(yōu)化調(diào)整，高鐵線路平均下載速率達(dá)到10Mbps以上，覆蓋率接近90%。后期，隨著站址的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的不斷深人，新技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量將得到進(jìn)一步提升，必將為客戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)。

高速鐵路的4G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，優(yōu)秀的高鐵通信質(zhì)量是提升運(yùn)營(yíng)商形象和贏得客戶口碑新領(lǐng)域。高速鐵路的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋非常復(fù)雜，4G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)、優(yōu)化工作中存在較大困難。本文重點(diǎn)從高鐵4G通信中涉及的疑難問(wèn)題、解決方案、注意事項(xiàng)等多個(gè)方面進(jìn)行了闡述，進(jìn)一步論證了高鐵4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案的可行性和合理性。