大唐移動(dòng)TD-SCDMA高速鐵路解決方案
為滿足快速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸需求，“十一五”規(guī)劃了“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道以及三個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)，時(shí)速高達(dá)380Km/h。
由于高鐵主要的目標(biāo)客戶是商務(wù)出行或者旅游出行，這些人在列車上使用語音或高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求較為明確。因此，快速發(fā)展的高速鐵路已成為移動(dòng)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的新熱點(diǎn)。
大唐移動(dòng)基于對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的深刻理解和在上海磁懸浮成功的高速覆蓋經(jīng)驗(yàn)，率先提出基于車載直放站設(shè)備為基礎(chǔ)的TD-SCDMA高鐵覆蓋方案。
圖1 BBU ＋ RRU 優(yōu)化專網(wǎng)覆蓋
圖2 基站頻偏補(bǔ)償過程圖
由于車輛技術(shù)的不斷發(fā)展，車廂密閉性越來越好，導(dǎo)致在無線傳輸?shù)能圀w穿透損耗越來越大，當(dāng)損耗為30dB時(shí)，相當(dāng)于信號(hào)在透過車體時(shí)只有原來1/1000的信號(hào)強(qiáng)度，為了克服車體穿透損耗，要求室外的信號(hào)發(fā)射機(jī)功率增強(qiáng)，要求更高的基站接收機(jī)靈敏度，或者要求UE的發(fā)射信號(hào)增強(qiáng)。
大唐移動(dòng)的高鐵解決方案中，鐵路沿線采用BBU+RRU組網(wǎng)，采用小區(qū)分集和高速頻偏補(bǔ)償算法，在高速列車上裝載直放站克服穿透損耗。
BBU+RRU優(yōu)化專網(wǎng)覆蓋
業(yè)內(nèi)最早最成熟的小區(qū)分集算法
考慮到單個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍相對(duì)較小，UE移動(dòng)速度非?？欤斐墒謾C(jī)終端駐留在單個(gè)小區(qū)的時(shí)間很短；另外因多普勒頻偏的影響使用戶讀系統(tǒng)廣播、起呼、切換的時(shí)延會(huì)更長(zhǎng)，高速移動(dòng)環(huán)境下，時(shí)延較大的重選、切換和接入等流程很可能無法在單個(gè)站點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)全部完成。因此，需要擴(kuò)大單個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍，如圖1所示。
將小區(qū)分集算法技術(shù)應(yīng)用于高速移動(dòng)覆蓋場(chǎng)景可帶來如下好處：
(1)將同站點(diǎn)的多個(gè)扇區(qū)合并，避免切換，將多個(gè)站址合并為一個(gè)小區(qū)，減少切換；(2)有效增減單個(gè)小區(qū)覆蓋范圍，保證用戶的高接入成功率。
專利的物理層頻偏糾正算法和頻偏預(yù)矯正算法
在TD-SCDMA系統(tǒng)的接收機(jī)中，由多普勒頻移等引起的頻偏會(huì)對(duì)接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生相位偏轉(zhuǎn)，頻偏越大，相位偏轉(zhuǎn)越嚴(yán)重，對(duì)系統(tǒng)的相干解調(diào)性能的影響就越明顯，即車速越高多普勒頻移對(duì)解調(diào)性能的影響越嚴(yán)重。
在TD-SCDMA系統(tǒng)中，終端通過自動(dòng)頻率控制(AFC：AutomaticFrequencyControl)技術(shù)進(jìn)行載波頻率跟蹤，而基站側(cè)采用固定頻點(diǎn)的載波頻率進(jìn)行信號(hào)接收，使得高速鐵路沿線的基站側(cè)最大多普勒頻偏可達(dá)1400Hz。為了保證數(shù)據(jù)的解調(diào)性能，需要對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率校正后再執(zhí)行判決，即接收端需要進(jìn)行頻偏估計(jì)(FOE：FrequencyOffsetEstimation)和頻偏校準(zhǔn)(FOC：FrequencyOffsetCalibration)操作。
在高速移動(dòng)業(yè)務(wù)情況下，基站需要采用兩次頻偏補(bǔ)償過程才能達(dá)到較好的性能。該方案的具體實(shí)施流程見圖2所示。
根據(jù)分析，第一次頻偏估計(jì)方案具有估計(jì)范圍大、估計(jì)精度差的特點(diǎn)，能估計(jì)出2000Hz以上的頻偏；而第二次頻偏估計(jì)方案具有估計(jì)范圍小、估計(jì)精度高的特點(diǎn)，能估計(jì)的頻偏范圍為800Hz左右。因此在高速移動(dòng)環(huán)境下采用這兩種頻偏估計(jì)算法的結(jié)合能夠有效地提高性能。
業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的頻偏預(yù)矯正算法
下行方向，為了使終端平穩(wěn)地進(jìn)行切換，在基站側(cè)估計(jì)頻偏并進(jìn)行預(yù)矯正，使終端接收頻率穩(wěn)定在基站發(fā)射頻點(diǎn)上。
圖3 頻偏預(yù)校正示意#p#
無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是由基站和終端組成的，即在高速移動(dòng)環(huán)境下也需要解決大頻偏對(duì)終端的解調(diào)性能影響。TD-SCDMA系統(tǒng)中，基站采用固定的頻點(diǎn)的頻率進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)，而終端通過自動(dòng)頻率控制(AFC)方案使本振頻率自動(dòng)跟蹤接收信號(hào)的頻率變化。在高速移動(dòng)環(huán)境下(如車速為400Km/h)，終端切換時(shí)相對(duì)于新舊兩個(gè)基站的運(yùn)動(dòng)方向相反，導(dǎo)致終端的多普勒頻移發(fā)生跳變，使得終端產(chǎn)生一個(gè)很大的頻偏，分析得出這個(gè)頻偏值最大可以達(dá)到兩倍的最大多普勒頻偏值。
此時(shí)采用現(xiàn)有的AFC控制方案則需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，使終端的性能惡化。為此提出了高速優(yōu)化頻偏估計(jì)方案，該方案采用了基站側(cè)高速頻偏估計(jì)的思想，同時(shí)修改了AFC的控制方案。
頻偏預(yù)校正基本思想就是基站根據(jù)目標(biāo)用戶上行信道頻偏估計(jì)，對(duì)下行發(fā)送信號(hào)頻率進(jìn)行預(yù)校正，使得發(fā)送信號(hào)到達(dá)UE之后的等效接收頻率為小區(qū)原始發(fā)送頻率。實(shí)現(xiàn)中在基站側(cè)增加DPCH的頻偏預(yù)矯正，即通過對(duì)比收發(fā)信號(hào)的頻偏，針對(duì)不同用戶在物理層數(shù)據(jù)上進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。
對(duì)于終端用戶而言，在基站頻偏預(yù)矯正正常工作的情況下，基本穩(wěn)定在指定頻點(diǎn)上，幾乎感受不到多普勒頻偏存在，小區(qū)切換時(shí)刻不會(huì)產(chǎn)生大的多普勒頻偏正負(fù)跳變。
如圖3所示，終端以頻率f發(fā)送信號(hào)，基站以頻點(diǎn)f接收經(jīng)過上行高速信道的信號(hào)，該信號(hào)頻率為f+fd，基站可以估計(jì)出頻偏fd?；驹谙滦邪l(fā)送該用戶的數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送頻率采用f-fd，這樣發(fā)送信號(hào)經(jīng)過下行高速信道后，終端接收信號(hào)的頻率為f。在終端切換前其工作頻率一直穩(wěn)定在基站頻點(diǎn)f附近，終端切換后以新的基站頻點(diǎn)工作，從而減小了終端的頻偏變化，提高了終端的解調(diào)性能。這種方案通過增加基站的復(fù)雜度，改善了網(wǎng)絡(luò)的性能。
直放站克服穿透損耗
為了避免車輛技術(shù)的不斷發(fā)展而影響車體內(nèi)無線通信質(zhì)量，通過無線直放站加車內(nèi)分布系統(tǒng)的方式，可把車外信號(hào)饋入到車體內(nèi)(室內(nèi))，克服車體穿透損耗,如圖4所示。
圖4 無線直放站加車內(nèi)分布系統(tǒng)降低穿透損耗
直放站產(chǎn)品具備AGC(自動(dòng)增益控制)功能
一般的傳統(tǒng)直放站是固定放置，施主信號(hào)的環(huán)境比較穩(wěn)定，放大倍數(shù)在開通時(shí)設(shè)置好就可以穩(wěn)定工作。ALC功能只在個(gè)別情況下對(duì)增益進(jìn)行小范圍調(diào)整。由于環(huán)境可控，可以通過站點(diǎn)設(shè)置選擇施主基站的信號(hào)強(qiáng)度在-80dBm以上。
頻偏檢測(cè)算法：高穩(wěn)鐘產(chǎn)生參考頻率；
基帶處理算法：服務(wù)小區(qū)選定后，可采用與基站類似的算法；
模擬中頻處理方法：通過對(duì)本振的精細(xì)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)頻率校準(zhǔn)?；驍?shù)字中頻處理：在中頻使用數(shù)字頻綜，采用數(shù)字變頻的方式。
2007年，中國(guó)首條高速鐵路京津城際軌道交通工程客運(yùn)專線完成鋪軌，2008年，中國(guó)高速鐵路建設(shè)步伐加快，不僅引人注目的京滬高速鐵路開始興建，廣深港高速鐵路、京石高速鐵路客運(yùn)專線、南寧至廣州高速鐵路等等一大批高速鐵路建設(shè)工程都開始動(dòng)工。
隨著中國(guó)高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，大唐移動(dòng)將致力于提高移動(dòng)用戶在高速移動(dòng)環(huán)境下的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，為中國(guó)的移動(dòng)通信建設(shè)貢獻(xiàn)力量。
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