TD-SCDMA高速干线覆盖解决方案

图1 智能天线算法不同移动速度情况下的系统性能图

2.1 多普勒频移

当终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，终端和基站都有直视信号，接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移，其计算公式如式（1）所示：

（1）

其中：θ为移动台移动方向和入射波的夹角；υ是移动台运动速度；c为电磁波传播速度；f为载波频率。从上式可以看出，用户移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移最大；完全垂直时，没有多普勒频移。在移动台远离基站方向移动时，频率降低；在移动台向基站方向移动时，频率升高。

图2展示了多普勒频移对移动通信系统的影响，其中fo是发射频率，fd为多普勒频移。从图中可以看出，在未加频偏校正的情况下，基站接收频率和发送频率之间有2倍频偏。

图2 多普勒频移的影响

表1为典型情况下的最大多普勒频移（即假设θ=0）。

表1 典型情况下的最大多普勒频移

2.2 高穿透损耗

在进行小区及站点的覆盖规划时，需要进行链路预算。高速列车的封闭性很好，必然带来较大的穿透损耗，且入射波与火车运行方向之间的夹角越小，穿透损耗越大。经实验测试，动车组列车比普通列车的穿透损耗高约10~15dB，典型值为25~30dB，如此大的穿透损耗给网络规划及功率等参数设置都带来了较大的挑战。

2.3 对切换区的影响

高速移动的列车在进行小区切换时，可以很快速的穿过小区间的切换区。如果小区的切换区设置过小，那么用户在还没来得及进行切换过程就已经穿过了切换区，导致切换失败而掉话。由于切换时延包括测量处理和切换执行两个过程，需要根据高速移动的情况，合理规划切换区的大小以及合理设置与切换相关的参数。

3 普天高速干线解决方案

3.1 分布式天线覆盖方案

为了进一步增强TD-SCDMA系统在高速公路等场景下的覆盖性能，提高网络覆盖质量，我们提出了分布式天线结构在高速移动环境中应用的技术方案。图3为分布式天线系统在高速公路上应用的范例。在这个场景中，沿高速公路架设了四个天线组，每个天线组采用两根天线进行覆盖，八根天线的覆盖区域共同构成一个小区。在条件允许的条件下每个天线组的两根天线尽可能按照相互独立的放置，如无法满足上述条件，也可以存在一定的相关性。

图3 分布式天线下的高速公路覆盖

3.2 延迟发送分集技术

高速移动产生的多普勒频移使信道估计的准确性降低，这是造成TD-SCDMA系统在高速移动时的性能下降的主要原因。UE的移动速度越高，信道估计的误差越大，系统性能也就越难满足设计的要求。

延迟发送分集是一种简单有效的发送分集方案，为了提高高速移动环境中的系统性能，在分布式天线结构的基础上采用了延迟发送分集技术的方案。在图1所示的例子中，每个天线组的其中一根天线按正常时间发送信号，另外一根天线延迟一个码片发送信号。延迟时间可以是一个码片，也可以是多个码片。这样，在UE端接收到的是一个时间分集的多径信号，通过联合检测可以有效的降低信道估计偏差造成的影响，从而显著提升系统的整体性能。

图4 延时发送原理图

3.3 高速干线组网方案

普天提出的解决方案中要求每个小区8根天线，分为4组，每组2根。同一组的两个天线之间距离要求大于即1.5米，两个天线上的数据在发送时有一定的延迟。

根据算法要求和目前产品形态，普天可提供如下解决方案。

1）BBU1327A+RRU1306C干线覆盖

采用1306C，每个地点采用4根天线，每两个一组，选定1306C的四个通道，每个通道接一根天线。每一组的两个天线之间距离需要大于1.5米，可以满足天线隔离度的要求，不需要隔离。同一地点的两组天线之间需要隔离，可以通过间隔一定垂直和水平距离来达到隔离度的要求。

每个小区需要2个RRU1306C，这两个RRU1306C和BBU之间采用星型连接。具体网络覆盖和产品选型如下图：

图5 延时发送原理图

2）天线选择

1. 由于没有使用智能天线，为了抵消列车的高损耗及增大覆盖距离，建议采用高增益天线；

2. 由于覆盖方式是线状覆盖，所以采用扇区定向天线；

3. 同时根据实际组网的需求确定具体的天线指标。

3）网络覆盖

根据上述解决方案，计算每个小区的覆盖范围如下：

分布式天线组网条件下，如选择增益为18dBi的天线，则根据链路预算得出一组天线的覆盖半径约为0.45km。每个小区的4组天线，覆盖半径约1.8公里。每组天线的覆盖范围之间采用50米重叠区域，以保证同一小区的连续覆盖，避免小区内掉话。除去各组天线间的重叠覆盖，小区覆盖半径约1.6公里。

在实际网络部署中，需要根据实际环境改变天线增益及发射功率等参数来合理设置小区的覆盖半径。

4）切换带设置

切换时延等于测量处理时延和切换执行时延之和，且需要考虑切换时的双边区域。切换区的设置图解如下：

同时需要根据场景中的最高移动速度来设置切换区域的大小。简单来讲，切换带宽度=最高速度*2*（测量时延+切换执行时延）。

4 参数设置

对于高速移动场景，参数设置需要考虑在保证接通率和切换成功率的基础上，尽可能缩短接入时延和切换时延。

1) 滞后门限

若设置过小，产生频繁的测量报告，可能会导致乒乓切换；若设置过大，有可能会导致来不及切换。建议设置值：3dB

2) 触发时间

若设置过小，产生频繁的测量报告，可能会导致乒乓切换；若设置过大，有可能会导致来不及切换。建议设置值：320毫秒

3) 滤波因子

层1以一定的时间间隔报告给层3，层3根据滤波因子进行过滤处理，将本次的测量结果与之前存储的测量结果进行滤波，如下面的公式所示，这个结果就可以作为测量报告的输入参数直接为网络侧所用。

其中，为更新后经过过滤的测量结果，为前一次过滤过的测量结果，，k即为测量的滤波因子， 为最近一次来自物理层测量的测量结果。该参数若设置过小，产生频繁的测量报告上报，可能会导致乒乓切换；若设置过大，则UE对信号变化不敏感，可能发生来不及切换而掉话的情况。对于高速移动环境，建议设置2~4。

5 结束语

TD-SCDMA技术在高速干线上如何很好的应用已经成为运营商和各设备厂商非常迫切的问题。中国普天在高速干线解决方案上投入了足够的力量，对天线选择、网络参数设置等问题进行了详细的分析，推出了相应完善的解决方案，希望可以指导实际网络的应用，并以此推动TD-SCDMA技术和整个TD产业的发展。