LTE高铁组网关键技术探讨

F
D频段的高铁穿透损耗估计值为27dB，F频段的高铁穿透损耗估计值为24dB
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公专网分析
高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
高速引起多普勒频移及频繁切换
多普勒效应：列车高速运动将会导致接收端接收信号频率发生变化。频率的变化将降低接收机的解调性能
双RRU背靠背组网方案间距估算
站离铁轨300m内 非小区边界杆间距 35 20 10 < 1500m < 1200m < 900m 小区边界杆间距 < 1300m <1000m <700m 站离铁轨100m内 非小区边界杆间距 < 1600m < 1300m < 1050 小区边界杆间距 < 1400m <1100m <850m
隧道方案
高铁组网产品形态
BBU
DBBP530 高集成度大容量基带池
双 通 道 F 频 段
3152-fa FA频段
双 通 道 D 频 段
双通道FAD RRU，单RRU 同时支持F+D， 一次部署解决 后续容量问题
3172 FAD频段
3162 FA频段
DBBP530C 机柜式大容量基带池
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Cell 1
Cell 2
Cell 3
Cell 4
Cell 5

区间切换，频繁的小区切换将极大降低网络的性能。
列车高速移动引起的多普勒频移及频繁切换，对于高铁网络建设是一个极大的挑战
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公专网分析
高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
高速场景的频偏估计与校正
高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
高铁列车穿透损耗差异大

不同列车由于材质以及速度上的差异，其对于无线信号的穿透损耗差别很大
车型
普通列车 CRH1(庞巴迪列车) CRH2(部分动车) CRH3(京津城际) CRH5(阿尔斯通)
列车材质
铁质 不锈钢 中空铝合金车体 铝合金车体 中空铝合金车体
损耗（dB）
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公专网分析
高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
天线选型及站点布局建议
天线选型建议
为了增加单基站的覆盖距离，减少切换次数，高铁场景建议采 用高增益窄波瓣天线对进行覆盖。高增益窄波瓣天线通常可以做 到增益18～21dBi，波瓣宽度约35度。天线方向图示例右图
站点布局建议
交错站点布局
高铁站点的选择应尽量交错分 布于铁路两侧，以助于改善切 换区域，并利于车厢内两侧用 户接收信号质量相对均匀，如 右图
12.2 18
馈线和接头损耗
EIRB/RE
dB
dBm
0.5
30
0.5
30
0.5
30
接收端
终端接收电平
阴影衰落余量/慢衰落储备
dBm
dB dB dB dB m km
-110
4.05 24 28.05 111.66 35 0.8265
-110
4.05 24 28.05 111.66 20 0.6738
-110
高铁
高速
高铁列车穿透损耗=高速RSRP测试值+汽车穿透损耗-高铁RSRP测试值 （假定车外值相同 ）
测试结果：
间距不超过 100m
频段
CELL ID 209
高速RSRP -81.82 -83.15 -88.86 -84.61 -81.85 -83.15 -79.59 -81.53
高铁RSRP -101.22 -103.93 -102.43 -102.53 -98.45 -98.02 -94.81 -97.093
移动速度(km/h)
200 250 300 350 400
时器（500ms）+2次切换测量距离（128ms）+2次切换执行距离（50ms）)
切换区域B（m） 切换重叠需求距离（m）
10 13 15 18 20 100 106 110 116 120
过渡区域A（m）
40 40 40 40 40
移动速度(km/h)
高铁公专网建设分析
2/3G高铁专网建设考虑点 LTE高铁专网
组网
采用双通道组网，配合多RRU小区合并，减少切换，提升沿线覆 盖性能；与公网八通道组网存在明显差异
双通道多RRU合并组网，同样对于LTE高铁具有很大的性能 提升
切换
铁路沿线的覆盖小区归属同一个RNC，确保铁路沿线切换是RNC 内切换，更有利于切换链的设计，提高切换成功率
LTE高铁组网关键技术探讨
2013-11-4
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目录
1
LTE高铁组网关键技术
2
华为LTE高铁建设经验及测试分析
3
高铁后续建设问题探讨
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公专网分析
高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
拐角站点布局
规划中，对于在拐角区域应 选择拐角内进行站点规划， 有助于减小基站覆盖方向和 轨道方向夹角，减小多普勒 频移的影响，如右图
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高铁组网方案
隧道方案
高铁组网规划
高铁采用双通道RRU进行覆盖组网，利用MIMO提升网络数据业务速率；同时采用多RRU小区合并，减少小区间切换，从而提升网络性能
12 24 14 29 22
庞巴迪列车 T型列车 K型列车 D字头列车
24dB 20dB 12dB 14dB

不同的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时，覆盖区边缘信号进入 车厢的入射角小，穿透损耗大。实际测试表明，当入射角小于10度以后，穿透损耗增加的斜率变大。
eNodeB根据接收的上行信号频率进行频偏估计，然后在基带测对频偏信号进行频率校正，提高上行信号解调性能。 多普勒频移
f 0 f
频偏估计与校正 频偏估计
f
f0
f 0 f
频偏校正
f 0 f f
基站
可支持移动速度大于350km/h下的频偏估计及校正
RACH检测 PUCCH检测 PUSCH检测
提升高速场景下的RACH检测性能，保证接入可靠性
采用高速检测算法，提升高速场景下PUCCH的检测性能 减少ICI，提高PUSCH的解调性能
华为LTE频偏估计及校正算法，提升高速场景下网络解调性能
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公专网分析
高铁影响分析
高铁组网方案
可实现多个RRU级联，降低工程实施难度
多RRU小区合并组网

高铁场景下，最大可支持6个RRU进行小区合并
多个子站合并为一个小区，列车经过无需进行小区切换，提高性能。
双通道多RRU小区合并组网，提升高铁组网灵活性及性能
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高速移动通信面临的挑战
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高铁组网方案
隧道方案
穿透损耗大
高速铁路的新型列车采用全封闭 车厢结构，车箱体为不锈钢或铝合 金等金属材料，车窗玻璃为较厚的 玻璃材料，导室外无线信号在高速
多普勒频偏
切换频繁
列车高速运动将引起多普勒频偏， 导致接收端接收信号频率发生变化， 且频率变化的大小和快慢与列车的 速度相关。高速引起的大频偏对于 接收机解调性能提升是一个极大的 挑战。
4.05 24
站点相对铁轨高度
单RRU功分组网方案间距估算
站离铁轨300m内 非小区边界杆间距 35 20 10 < 1150m < 900m < 600m 小区边界杆间距 < 950m <700m < 400m 站离铁轨100m内 非小区边界杆间距 < 1300m < 1050m < 850m 小区边界杆间距 < 1000m < 850m < 650m
0
f
f
-500

db
d
f fd

f fd
-1000
-1500
0
2
4
6
8
10
12
t(s)
v
频繁切换：列车高速移动将在短时间内穿越多个小区的覆盖范围，引起频繁的小区间切换

由于高铁列车的穿透损耗，为满足覆盖设计目标单RRU覆盖范围不会太大 若在无多RRU小区合并的情况下，假设列车以300km/h速度运行，则列车每10秒左右将进行一次小
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隧道方案
高铁切换重叠带设计
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，进而影响用户业务感 知，因此高铁覆盖规划中要合理设计重叠覆盖区域 重叠覆盖带设计
小区切换重叠带划分：
过渡区域A
邻区信号强度达到切换门限所需要的距离
• 估算主要考虑3种典型站高结构：10m，20m以及35m；出于安全考虑高铁铁轨通常比地面高出10米左右，因此该站高均为相对铁轨的高度
高铁F频段覆盖距离估算
工作频率 RS功率/port 发射端 基站天线增益 MHz dBm dBm 1890 12.2 18 1890 12.2 18 1890
站点相对铁轨高度
RR U
RR U
RR U
RR U
RR U
RR U
功分 功分
功分 功分
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
功分 功分
BBU
BBU
RRU
RRU
RRU
主干光缆
单模尾纤
主干光缆
单模尾纤
单杆双RRU背靠背双向覆盖方案

单杆单RRU功分双向覆盖方案
双通道RRU组网

体积小，方便部署，同时可结合双通道天线实现MIMO
方案优势：
RRU光纤拉远，适合高铁线性覆盖，便于光纤铺设 BBU集中放置，便于站址获取，集中管理和维护 多RRU小区合并，减少小区间切换，提升网络性能
角度A
角度B 列车车厢
角度C
角度D
增大
穿透损耗
增大
国内高铁列车以CRH为主，车体损耗大
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高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
京津高铁列车穿透损耗实测分析
测试方法：通过高铁与高速汽车的测试对比来分析高铁列车穿损值。高铁选用座位靠过道位置处的测试值。 分析方法： 高铁RSRP测试值=车外RSRP值-高铁列车穿透损耗 高速公路RSRP测试值=车外RSRP值-汽车穿透损耗
多普勒频移计算方法： f d
1500
f v cos c
其中 v 为车速，c 为光速， f 为工作频率; 改变基站与铁路的间距，可得多普勒频偏与d的关系如下
db db db db db 100m 80m 60m 40m 20m
多普勒频移与移动终端距离的关系
1000
500
fd(t) (Hz)
LTE不存在RNC/BSC，其特性开启也是站点级别
特性
高铁特性的开启（RNC级）独立于公网，公网用户不需要使用这 些算法，在公网上启用这些算法可能造成公网性能的不确定性；
2/3G高铁推荐采用专网建设，考虑纬度主要为组网，切换，
以及特性开启等方面
LTE高铁推荐采用专网建设，主要是从组网覆盖性 能角度出发
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高铁影响分析
高铁组网方案
隧道方案
高铁覆盖链路预算(F)
高铁覆盖规划: 考虑终端在车内，即规划中需要考虑列车车体的穿透损耗
• 高铁环境简单，基站与列车之间无遮挡，属于直视径传输；因此传播模型采用Cost231-hata 模型，其中高铁场景Cm修正值：Cm=-20（F） • 覆盖规划中，考虑列车车体最大损耗（F频段 24dB）,天线增益18dBi • 高铁覆盖规划目标基于RSRP>-110dBm进行链路预算
由于单站覆盖范围有限，列车高 速移动将在短时间内穿越多个小区 的覆盖范围，引起频繁的小区间切 换，进而影响网络的整体性能。
列车内的穿透损耗较大，给车体内
的无线覆盖带来较大困难
高速通信面临的挑战：穿损大，频偏大，切换频繁
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公专网分析
RSRP差值 19.4 20.78 13.57 17.92 16.6 14.87 15.22 15.56
汽车穿透损耗 9 9 9 9 8 8 8 8
高铁穿透损耗 （估计值）
28.4 29.78 22.57 26.92 24.6 22.87 23.22 23.56
注：汽车穿透损耗为实测值
D
208 17 平均值 209 208 17 平均值
B A 重叠带
切换执行B
满足A3事件至切换完成所需要的距离， 此处考虑2次切换需求距离
站 点 间 距
考虑单次切换时，重叠距离= 2* (切换迟滞对应距离+切换测量距离（128ms） 考虑二次切换时，重叠距离=2* (切换迟滞对应距离+1次切换测量距离（128ms）+定 +2次切换执行距离（50ms)
200 250 300 350 400
过渡区域A（m）
40 40 40 40 40
切换区域B（m）
42 53 63 73 84
切换重叠需求距离（m）
170 192 216 238 260
高铁专网场景下，重叠切换带需求约200m左右
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