高铁LTE无线优化策略探讨

高铁LTE无线优化策略探讨

摘要

本论文主要针对高速铁路环境下存在的问题做了简要阐述，并对问题中干扰、接入、切换等问题分别从优化策略和实施效果来提出相应解决方案。

关键词： LTE 高铁异频组网干扰切换重选

ABSTRACT

This thesis focuses on the high-speed railway environment existing problems do briefly, and of problems in interference, access and handover problems respectively from optimization strategy and the implementation of the results to put forward the corresponding solutions.

KEY WORDS:LTE-frequency,high-speedrail,network,coverage, Interference, Handover，reselection，

1概述

基于高铁FDD LTE覆盖现状，结合高速场景特征提出专项解决方案。重点解决高速场景下干扰问题，以及改善重选、接入成功率和切换成功率的各项指标。

2背景

随着现代社会各个领域的快速发展，全国各地高铁线路应运而生，作为当今铁路技术的最高水平以及国民经济的重要载体之一，高铁主要面向中高端受众群体，另一方面，随着联通LTE网络的全面铺开，实现高铁LTE全覆盖是张形象牌，既能体现4G所有的技术解决方案，又能赢得大量有价值客户。

目前国内高铁线路长约2.95万公里，时速最高可达400km/h，其中在建铁路沿线占很大一部分，在高铁尚未开通前进行LTE覆盖利于占有高铁高端市场，同时在高铁建设经验还不够丰富的情况下，网络建设难度和高铁关键技术还需在前期规划充分考虑和深入研究。

为满足高铁客户的体验需求，上海界内的高铁沿线上海联通已实现FDD-LTE全程覆盖。但是由于高铁快速移动的特点，给高铁覆盖带来诸多与常规网络建设不同的特性，这些特性给设备技术实现及规划方案提出了新的难题，需要提供合理有效的解决方案。

3高铁环境特征

相对于静止状态下或低速移动状态下的通信，高速铁路环境下的通信面临着更多的挑战，列车的速度越高，对通信的影响也就越大，主要体现在以下几个方面：

1.高速移动导致严重的多普勒频移。

由于用户设备的高速移动，导致接收到的载波频率发生了偏移，影响了用户设备接收机的解调性能；另一方面，由于用户设备发射的上行信号是以接收的下行信号的频率作为参考基准的，导致基站收到的上行信号相当于产生了2倍的频偏。特别是在切换过程前后，基站的下行信号频偏会发生突变。多普勒效应对用户设备和基站的信号解调都会产生严重的影响，很容易造成用户设备与基站的连接中断和切换失败。

2.列车车厢带来的穿透损耗

高速列车采用了密闭式的车厢设计，车体对无线信号的穿透损耗较大。新型380B列车车厢的穿透损耗要比普通列车高24dB。因此，高速铁路覆盖需要综合考虑列车车厢导致的穿

透损耗，同时需要用户设备具有更高的接收灵敏度以及更高的发送功率。

3.频繁的切换

高铁列车的高速移动导致用户设备频繁与路边基站进行切换。例如，当列车以350km/h 的速度运行时，如果小区的覆盖半径为2km，那么用户在一个小区的停留时间大约只有40s。频繁的切换不但会导致掉话率的增加，降低用户体验。也会导致网络信令的负荷增加。

4.切换带无法满足切换需求

高速运行的列车通过切换带的时间通常小于6s，用户设备基本无法正常完成切换过程，造成较高的掉话现象。

5.信令风暴

由于列车上的用户属于整体性的移动，会导致短时间内出现大量的切换和可能的出现位置更新行为，导致基站的信令负荷急剧增加，增加了系统的处理时延；另一方面，大量用户短时间内发起的随机接入过程也会造成随机接入信道的拥塞，最终导致切换的成功率较低。

4高铁问题解决方案

高铁的覆盖网络具有穿透损耗大、终端移动速度快、单方向线性运行的特点，优化思路也是主要从改善信号质量、接入以及加快切换/重选的速度来进行考虑。

4.1高铁LTE异频组网

由于高铁速度快，导致切换频繁，导致高铁沿线同频干扰严重，上海境内高铁基本全程在高架桥上，干扰小区调整量巨大，不易彻底解决干扰，故尝试使用异频组网思路解决干扰问题。

异频组网是指在不同的小区使用不同频率进行覆盖，根据信号隔离度在不同区域重复使用相同的频率。虽然异频组网的频谱效率较低，特别是在窄带宽情形下，每个扇区的频谱资源将十分有限。但能有效地改善系统边缘SINR 水平，很好地解决系统边缘用户服务质量较差的问题。

联通现网FDD LTE组网，全网均采用20M带宽同频组网，针对联通现网FDD LTE资源情况，解决高铁沿线覆盖可选用10M+10M异频组网。

10M+10M异频组网策略为高铁主控小区（F1）使用1840-1850（10M带宽），周边与高铁小区同站相邻小区和相邻站点覆盖高铁方向的小区为干扰小区（F0），使用1850-1860（10M 带宽）。

图1 10M+10M异频组网拓扑结构图

4.1.1异频组网效果

上海选择京沪高铁作为试验对象验证异频组网效果。京沪高铁全线地处外环外，主要经过闵行和嘉定，试验对用户感知影响较小。京沪高铁全长13158公里，上海境内27公里，地形处于平原地区，经过上海内闵行、嘉定行政区，试验时有21个主控小区，133个干扰

小区:

高铁名称公里数（上海境内）地形行政区主控小区数干扰小区数京沪高铁27KM 平原闵行、嘉定21 133

方向车次起始站终止站时间车型测试日期出沪G122 上海虹桥苏州北10:46-11:09 380B 6月12日

6月13日入沪G101 苏州北上海虹桥12:14-12:37 380B

从测试对比统计情况来看，异频组网SINR明显好于同频组网，例如采用异频组网的SINR》=3dB的采样点比例比同频组网的SINR>=3dB的采样点比例高出8.43%,见下图：

图2 异频组网SINR分布(空载) 图3 同频组网SINR分布（空载）