摘要：高铁作为一种高效舒适、安全经济的交通方式，已经成为人们出行的首选工具。而人们搭乘高铁出行时，要求在车厢内仍然能够提供良好的语音和数据业务服务，这对高速移动场景的高铁网络建设是一个难点。本文通过分析高铁FDD-LTE网络覆盖推动背景及覆盖存在的问题，提出了覆盖规划和解决方案，以供大家参考。
关键词：高铁；FDD-LTE；网络覆盖；解决方案
一、高铁FDD-LTE网络覆盖推动背景分析
与传统的高速公路和航空运输相比，高铁具有载客量高、速度较快、安全性好、出发及到点准时、舒适方便、能耗较低等特点。随着手机互联网的高速发展，人们在搭乘高铁出行时，有越来越多的移动办公、网络聊天及娱乐，如电话会议、视频点播、互动游戏、上网聊天看新闻等需求。而如何在高速运行、客流集中、业务容量高、部署场景复杂的高铁内提供高质量的网络覆盖，成为各大运营商面临的重大挑战。随着4G无线网络技术的进步，采用FDD-LTE技术解决高铁覆盖问题主要优势有：FDD频段低，穿透能力强，更易于实现深度覆盖；FDD速度快，单载频速率上行是TD-LTE的5倍，下行是TD-LTE的1.5倍；FDD采用成对的频率，上下行分离，更易于干扰隔离；高速场景中，FDD移动台的最大移动速度可超过TD-LTE的2倍【1】。这无怀疑使得以FDD-LTE技术推动的高铁无线覆盖方案得到了更广泛的应用。
二、高铁网络覆盖面临的问题
高铁网络覆盖面临的问题有：①手机随高铁运行速度快，引起多普勒频移出现，基站接收信号的性能也越差；②室外无线信号在高速运行的全封闭车厢体内穿透损耗较大，无线覆盖能力差；③单站覆盖范围有限，列车高速移动在短时内穿越多个小区覆盖范围，引起频繁的小区间切换，有时会因时间短无法完成切换而导致掉话和脱网；④高铁沿线场景复杂多变，组网技术需要满足大多数场景的要求。
三、高铁FDD-LTE网络覆盖解决方案
1、网络覆盖规划要点
（1）采用双通道RRU组网规划。因双通道RRU组网体积小，方便部署，多个RRU可级联，通过MIMO提升网络数据业务速率，同时采用多RRU小区合并技术，减少小区间切换。
（2）合理设计重叠覆盖区。合理的重叠覆盖区域规划是实现网络业务连续的基础，重叠覆盖区域过小会导致切换失败，过大则会导致干扰增加，因此高铁覆盖规划中要合理设计重叠覆盖区域。
（3）公网和专网的邻区规划。要考虑专网与车站室分、车站室分与公网互配邻区互相切换，比如车站室分与高铁专网的邻区规划，切换位置尽量不要落在列车站台上下车区。
（4）网络参数规划。1）PCI规划中，同频邻区中不能出现相同PCI，并保证高铁小区与路线上的前后小区PCI模3错开，同时与相近宏网强邻区PCI模3错开；2）PRACH规划是用户进行初始连接、切换、连接重建立的保障，采用高速下PRACH规划方法应计算循环移位取值。3）TA（跟踪区）规划，TA用于终端寻呼及位置更新管理，高铁路线上尽量规划为同一个TA，TA边界建议规划于低速地带。
（5）高铁用户量及容量规划。1）用户量估算，比如列车共16节车厢，一等座车2节，二等座车12节、带厨房的二等座车2节。一等座共160个，二等座共954个，整列车定员数为1114人。终端用户量估算，LTE终端渗透率以初期30%和后期80%来规划；2）容量估算，考虑每业务用户下行平均速率1mbps，上下行比例为1：5，用户激活附着比为60%（即60%用户处于激活态），用户业务并发率初期为10%，后期为20%。
2、覆盖解决方案
（1）专网覆盖。高铁网络覆盖应采用专网组网，通过设置参数和频率，把专网与公网分离，最大程度上满足高铁区域的覆盖要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆专网沿线可采用链型邻区设计，不与公网切换，以保证用户在高速移动时可切换和重选，从而提高通信质量；
（2）站址选择。在设计小区覆盖时，要求和高铁覆盖区域一样均呈现带状，小区之间呈链形结构。站点尽量交错成“之”字状分布于铁路两侧，这样有助于改善切换区域，并利于保持车厢内两侧用户接收信号质量的相对均匀。如此覆盖还能简化邻区关系，便于终端快速切换，避免频繁切换【2】。在有铁路拐角的区域，应尽量在拐角内侧规划站点，以减小天线主瓣方向和轨道方向的夹角，从而减小多普勒频移的影响。同时为了降低车体穿透损耗，建基站时应该尽量使基站靠近铁路，建议基站与铁路的垂直距离在50～200 m之间；
（3）站间距选择。高铁场景下，对链路预算的影响主要是穿透损耗增加和解调门限（SINR）要求提高。为了确保高质量的网络覆盖，FDD-LTE下行电平强度要控制在-100 dBm左右。而高铁FDD-LTE站间距的选择为：在F频段、平均站高25 m的情况下，非边界小区站间距应在1 km左右为宜；要边界小区站点存在重叠覆盖区，站间距在600 m左右为宜。一般认为，站间距在370m左右时，覆盖距离是最佳的，但也增加了投资成本。在满足覆盖需求的情况下，可考虑共址建设，以减少工程投资；
（4）天线选择。天线选择一般遵循以下原则：1）普通场景下，专网建设时宜采用高增益窄波束天线，天线端口数宜采用2T4R。若为公网建设则宜采用普通定向天线，天线端口数应与公网保持一致；2）有拐角弧度区域，宜选择较宽波束天线进行覆盖；3）在隧道口处，可选8木天线或对数周期天线进行覆盖；4）在隧道内使用泄漏电缆进行均匀覆盖；5）对于与C网共站的场景，建议采用独立天馈，通过调节厂家提供的天线参数进行网络优化；6）根据弧度的大小选择天线型号，弧度较大区域选择宽波束天线，弧度较小区域选择窄波束天线。
（5）链路预算。FDD-LTE（F频段）下行覆盖无线链路预算要满足以下4个前提：1）除隧道以其他覆盖场景考虑外，高铁沿线环境较为开阔，基站与列车呈直视径传输，场景模型应选农村模型来进行链路预算；2）F频段车体穿透损耗设置应为24 dB；3）天线配置。基站侧采用2T4R，UE侧采用1T2R。基站侧天线增益为18 dBi、UE侧为0 dBi；4）功率配置。基站侧RRU发射功率为43 dBm，终端侧功率为23 dBm。
（6）多普勒频移。列车高速运动时，基站发向终端的信号和终端发向基站的信号均会产生多普勒频移。在列车靠近基站时，波长变短，频率增大；列车远离基站时，波长变长，频率减小，频偏会导致信号畸变，影响接收质量。当频偏到达一定程度时，甚至会出现信号完全无法接收的情况。基于频偏带来的影响，目前主流的解决办法是通过一定的算法，快速测算因高速所带来的频率偏移，并进行频偏补偿，改善无线链路的稳定性。
（7）小区合并技术。小区合并技术是指将多个单通道RRU接入同一个BBU，并设置为同一逻辑。采用单通道小区合并技术后，对上行链路可进行数据合并从而提高接收增益，对下行链路可发送用户下行数据，从而提高了用户接收下行数据质量，并降低了其余天线的负荷。高速铁路覆盖中采用小区合并技术主要作用是延长单小区的覆盖范围，从而极大地减少了切换次数。
（8）车载直放设备。在高铁车厢内放置FDD-LTE车载直放站设备、外置车载天线发射和接收信号。车载天线可选用高增益天线，以改善车载台与基站之间的无线链路。机载台将接收到的FDD-LTE信号解调、放大后，传输至在车厢内的FDD-LTE室内微基站或WiFi信号转发器。这样可避免车体带来的巨大穿透损耗，保证车厢内部信号的强度。
四、结束语
总之，高铁经多次大幅提速后，列车运行速度越来越快，这对我们进行无线网络深覆盖形成了更严竣的挑战。针对高铁网络覆盖项目，相关从业人员只有在充分了解掌握高铁网络覆盖难点要点的基础上，运用技术手段寻找科学合理的解决方案，才能给在高速列车上的乘客带来优良的通信服务和更多的乘坐乐趣。
参考文献：
[1] 韦锴 陈凯.LTE FDD基站建设方案[J].中国新通信.2016（21）
[2] 邓亮.高铁FDD―LTE覆盖组网规划研究[J].移动通信.2015（20）
论文作者:龚坚,李顺兴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
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