作者/杨亮，黑龙江同信通信股份有限公司

TD-LTE高铁专网优化方法研究

作者/杨亮，黑龙江同信通信股份有限公司

随着高铁的速度不断提高，现有的GSM和TD-LTE网络覆盖方面也有新的问题出现，信号衰弱、穿透损耗、小区切换的问题严重影响了用户的使用体验。因此，TD-LTE高铁专网优化已经是一个很紧迫的问题了，完成对于TD-LTE高铁网络的优化，使使用者可以有更好的使用体验，是我们的研究目标。

TD-LTE网络；高铁专网；优化方法

引言

随着国家建设的高速发展，在中国高铁已经成为了人们区域间的主要交通工具。但是随着高铁的不断提速，之前配置的那些TD-LTE高铁网络就出现了很多的问题，对于TDLTE高铁专网优化就是一个非常需要解决的问题。在高铁的运行中，可能会经过丘陵、隧道、架桥等距离较长的复杂路段，在这样复杂的路况中，4G网络覆盖建设就需要面临着很多的挑战。高铁站点间的间距较大，对于网络高清通信的覆盖高强要求，速度过快造成的高穿透损耗，因切换频繁导致的多普勒效应，高铁网络使用度较高，容量有限等问题严重影响着旅客在高铁上网络使用体验。就以上出现的这些问题，我们对TD-LTE高铁专网优化方法进行研究，希望可以优化TD-LTE高铁网络。

1.高速铁路网络覆盖特点分析

高铁在运行中，对高铁上的TD-LTE高铁专网覆盖造成影响的，主要原因有多普勒频移现象，车体的穿透损耗，信号衰弱问题，高速场景下的切换重选问题，还需要考虑高铁网络的资源利用率等。中国的高铁的运行速度在不断的提高，速度提高到一定的程度就容易产生多普勒频移。多普勒频移，即终端在高速移动的同时，基站和终端的信号接收会发生频率的偏移现象。如果高铁列车的运行方向与信号的传播方向相同时，多普勒频移现象最严重，多普勒频移现象对于基站有非常大的侧影响。就高铁来看，不同的运行速度下的多普勒频移也是有很大的差异的。如表1所示。

表1

面对因为提速引发的多普勒频移现象，可以使用一些对减轻这些影响有帮助的设备，进而保证TD-LTE高铁专网的稳定运行。车体对于信号的传递也有很大的影响，信号从不同的角度进入车体，需要穿透的车体厚度是不尽相同的。当信号的入射方向与高铁列车的运行方向越贴近时，信号需要穿透的车体的厚度将会增大，车体穿透损耗也将增大，从而也增大了多普勒频移，因此信号的入射方向应尽量与高铁列车运行方向远离。信号的衰弱在移动通信中是一种非常常见的现象，不过信号衰弱也有快慢衰弱之分。快衰弱就是因为多径效应，信号电平的变化很快导致的。快衰弱的衰弱率与终端的运行方向、运行速度和信号的发射频率有关。为了减轻信号快衰弱造成的影响，需要在规划时考虑一定的衰弱余量。慢衰弱则是由于高铁列车在运行途中的复杂地形引起的，障碍物了阻碍信号的传递。高铁网络需要现网的基站为其提供，每个基站只可以覆盖一个小区域，在高铁列车如此高的运行速度下，终端就需要在沿途的各个基站间进行切换，这样就会因为基站间的频繁切换和重选，会对终端的信号稳定造成很不利的影响。网络资源的利用率也是一个很大的问题，当高铁列车交汇时，网络覆盖的容量很容易达到峰值，就会出现信号较弱的情况，而在都没有高铁列车经过时，又会造成一定的资源浪费，因此需要一些特别的高铁网络覆盖技术来进行网络覆盖，提高网络覆盖资源的合理利用，又尽量满足峰值。

2.克服高铁通信难题的关键技术

■2.1 自动频率校正规避多普勒频移

在高铁高速运行的过程中，多普勒频移效应会网络的正常运行造成一定的影响。为了解决多普勒效应，可以采用自动频率校正算法，即通过快速的对高速移动引起的频率偏移进行测量计算，对多普勒效应的影响进行补偿，进而概算高铁网络的稳定性。

■2.2 基带合并避免小区间频繁切换

高铁的高速运行，在车上的用户需要在沿途的小区间进行不停的切换和重选，很容易因为切换不及时而出现网络连接中断的现象。每个基站只可以覆盖一小片区域，为了解决基站间的频繁切换和重选而导致的网络终端问题，就需要延长单个小区的覆盖范围，这样也就要把相连的基站进行合并，进行多站点同频分集发射，信号相同，可以对信号产生增益，进而保证了高铁网络的稳定性。

■2.3 合理夹角降低高穿透损耗

高铁列车的车体是全封闭车厢，信号从外界传入会有很大的损耗，不过不同的车型的信号穿透损耗也是不尽相同的（如表2所示）。

表2 高铁车型损耗参数

车厢的信号掠射角与列车的车厢穿透损耗成反比，掠射角越小，信号损耗就会越大。在高铁基站规划时，需要保证在合适的范围之内，保证天线的主覆盖方向和轨道之间应有一定的夹角，才可以较深信号的穿透损耗。另外一方面，对于基站天线来说，使用高增益窄波瓣天线增益更为明显。

■2.4 多场景隧道个性化覆盖

隧道在整个高铁运行路线中是非常常见的，虽然隧道也许并不长，不过隧道的狭小却对高铁网络造成了很大的影响，填充效应对于网络的稳定性影响更大。短的隧道可以在隧道外定向天线支架覆盖，隧道内的基站可以与隧道外的进行合并，就可以切换到隧道外。长隧道的场景，就不能使用定向天线来进行覆盖，就需要沿着隧道布置泄露电缆，不但不会对信号造成影响，还可以很好的适应隧道弯曲多变的地形。如果面对的是连续的隧道场景，可以采用在隧道和隧道间布放定向天线来进行网络覆盖，尽量采用小区合并的方式来减少切换。

3.高铁基站选址与勘察

高铁基站的选址：基站距离铁路较近，信号就要以传播距离为先，天线可以直接对着铁轨方向；共小区的站点，站间控制在1.2-1.4Km，非共小区的站点，站间距0.6-0.8Km；铁塔与铁轨的水平距离应在120-150m，天线可以采用高增益窄波瓣天线，站址的选择的位置应该便于建造和维护。高铁基站的勘察：在进行基站建设前，需要勘察好周围的环境，是否可以进行基站建设，是否经济合理，是否建设后可以与需求相吻合，不适宜建设基站又该汝河修改建设方案等。

4.具体案例

以南广高铁为例，规划的站点基本建设完成，网络覆盖率可以达到90%以上，但是有一些站点出现故障，导致信号较弱，不过已经基本满足覆盖要求。

5.结语

随着社会的不断发展，城市间的交通以及被逐渐普及的高速铁路所占据。高速铁路已经成为了中国大部分城市间的主要交通工具。不过现在已经是网络时代，人们对于网络覆盖的需求也越来越高，因此高铁上也提供了相应的网络系统，可以满足人们的使用要求。高铁的出现给人们的生活又带来了极大的便捷，庞大的客流追求的不仅仅是安全便捷，还有舒适和周到。现在处于网络时代，人们对于网络的需求程度很高，高铁上也要有非常好的网络通信服务提供。TDLTE高铁专网优化可以在很大程度上改善因为高铁提速带来的网络信号差的问题，可以在人们出现时享受到更为舒适的旅程，也希望以后可以有更好，更深入的优化方案，开发出更好的TD-LTE高铁专网。

* [1]王文博,常永乐等.移动通信原理与应用[M].北京: 北京邮电大学出版社,2002年.

* [2]徐全盛.高速移动环境下宽带无线通信系统中的无线资源管理算法研究[D].北京：北京邮电大学,2015.

* [3]3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Radio Access Network Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) User Equipment (UE) conformance specification; Radio transmission and reception; Part 3:Radio Resource Management RR. 3GPP TS 36.521-3 V9.3.0.2010

* [4]”Common Test Environments for User Equipment (UE)Conformance Testing”. 3GPP TS 34.108 v7.1.0.