破冰高铁，加速驰骋——中兴通讯高铁覆盖解决方案

高铁覆盖的挑战

    从2008年开始，中国的高铁建设快速发展。高铁的开通，丰富了人们的出行方式，3G网络的建设，培育了移动宽带的用户行为。移动运营商面临崭新的考验：在高铁沿线如何建设优质的移动宽带网络？

    2011年，各大运营商将重点进行纵深覆盖，尤其是高铁覆盖网络的建设，这对改善高铁覆盖质量，提高客户满意度、提升运营商品牌形象至关重要。由于高速和车体损耗大，使得GSM/UMTS高铁覆盖面临诸多挑战：

• 多普勒频移效应明显，对上行接入、容量、覆盖，对基站解调性能是一个挑战。如果不进行有效校正，系统解调性能将严重恶化，甚至导致系统不能正常通信。
• 高速列车采用密闭式厢体设计，且部分车型采用了金属镀膜玻璃，车体穿透损耗较大，使得高铁覆盖站点密集，站点选择较为困难，投资大，建设周期长。
• 由于高铁速度极快，小区变更频繁，影响接入成功率、数据业务流量和寻呼成功率，造成用户感知下降甚至掉话。
•  跨度大，场景复杂。高铁通常跨越多个地市，途经多种场景，如市区低速区、开阔地高速区、山区/丘陵、桥梁、劈山口、隧道等，连续覆盖实现难度大。   
   

    针对以上难点，必须进行无线传播模型的校正，在频率补偿及算法优化上进行攻关，并采取技术创新提升网络性能，才能建设质量优良的高铁覆盖网络。

    完善的网络覆盖需求基于准确的无线传播模型建模。在无线网络规划中，无线传播模型可以帮助设计者了解在实际传播环境下的大致传播效果，估算空中传播的损耗。传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理。高铁覆盖是一种新的覆盖需求，应该根据实际情况进行相应的模型校正，一成不变地沿用传统传播模型必将导致小区规划的偏差，影响网络覆盖效果。

    UE（用户设备）根据接收到的基站信号频率调整自身的发射频率，所以对于基站而言将产生两倍的多普勒频移。基站接收机必须估计和发射机之间的频率误差，并完成频率误差校正，否则将对链路性能造成很大影响。另外，基站接收机还需要应对频偏快速变化的问题，即保证能够迅速跟上频偏变化速度并进行有效的补偿。因此，设备商必须在基站侧设计先进的多普勒频偏补偿算法，快速跟踪频偏变化，进行频偏估计和校正以保证系统正常通信。

    针对高铁场景下，终端移动速度快、服务小区和邻区重叠区域有限的问题，必须在有限的时间内进行快速准确的切换，才能保证用户体验。高速情况下的切换判决过程以及邻区选择过程有别于普通公网，既要有较快的判决速度，还要尽可能减少切换次数以保证网络质量，提供足够灵活的高铁切换优化。

多RRU合并，提升性能

    高铁覆盖网络中，由于车速快，车厢穿透损耗大，导致高铁小区半径小，业务切换频繁的问题十分突出。提升高铁网络性能最有效的手段就是扩大单小区覆盖能力，降低小区变更的频率，这将改善小区选择、小区重选、呼叫建立、切换、寻呼等各项指标。

    多RRU小区合并技术能有效扩展单小区覆盖半径，减少切换，提升网络性能。多RRU小区合并技术合并多个RRU的覆盖区域以形成一个逻辑小区，从而扩大单逻辑小区的覆盖范围。多RRU小区合并有两种方式：一是基带合并，一是射频合并。

    基带合并就是多个RRU的IQ信号完整地输入到BBU的基带处理单元，基带单元对来自多个RRU的IQ信号进行合并处理，不提升底噪，因而系统上行性能不会受到影响。其组网方式十分灵活，可以是星型、链型、环型等。

   射频合并方案的前提是所有的RRU都必须是链型组网的。由于在RRU上实现上行IQ的合路，上行性能会因为IQ通道的叠加而受到一定程度的影响，因此该方案只适合于室内覆盖这种对上行的接收灵敏度要求不高的场合。

    当前分布式基站已经成熟商用，因此采用BBU+RRU分布式基站、RRU近天线安装、适当增加天线挂高和增强发射功率等，都能配合多RRU合并技术扩展单站覆盖范围，增加单小区覆盖半径，从而减少站点数量。这不仅能减少配套需求，降低运营商建网成本，而且对于覆盖区域大部分位于人烟稀少区域的高铁覆盖网络而言，能显著降低上站维护难度，降低运营商的运维成本。

领先的中兴通讯专业方案

    中兴通讯专业团队在高铁覆盖方面进行了深入细致的工作，采集了大量的一手数据，校正并获取了高铁场景下适用的无线传播模型。在此基础上，依托相关核心技术构建了中兴通讯GU高铁覆盖解决方案，该方案包括三大核心技术：专利基带频偏补偿算法、基带合并技术、链型小区优化。

    中兴通讯高铁覆盖解决方案的核心技术和高铁覆盖的各个关键点紧密相扣。首先，中兴通讯专利的基带频偏补偿算法，实现了正负1800Hz的频偏补偿，有效改善无线链路的稳定性和可靠性，可保证高速移动情况下的终端正常通信。其次，基带合并的多RRU合并技术，不会抬升小区底噪，同时配合RRU拉远、提升天线挂高、增加单载频发射功率等技术，可极大地扩展单小区的覆盖能力。最后，链型小区组网通过“之”字型布站和合理的天线选型，构造沿高铁轨道的链型小区分布，采用定向、快速切换算法，确保高速下的平滑过渡。

精心实施，实现良好覆盖

    在合宁高铁安徽段的中国联通UMTS网络覆盖建设中，中兴通讯高铁覆盖解决方案不仅保证了各项业务的质量，而且大幅增加了站间距，减少了基站数目。2009年12月3日，由中国联通组织进行了合宁高铁沿线3G业务测试，在250km左右时速的高速路段，各项业务表现优异，所有业务效果均达到高铁覆盖的理想要求，测试结果得到中国联通的高度认可。合宁高铁UMTS网络组网图如图1所示。

图1 合宁高铁UMTS网络组网图

    武广高铁湖南段的中国移动GSM网络建设中，中兴通讯领先的多RRU基带合并技术展示出强大的实力。其中的浏阳河隧道全长约10km，采用11个RRU+功分器+泄露电缆的覆盖方式，隧道内外RRU共小区，切换带不设在隧道内，避免火车出入隧道影响切换信号。BBU放置在铁路沿线的公网站点，RRU与BBU采用混合组网方式，既采用了链型连接方式，又采用了星型连接方式，隧道内电平基本保持在-75dBm以上，整个区域全长12km无切换，有效提升了网络性能。网络覆盖示意图如图2所示。

图2  武广高铁浏阳河隧道GSM网络覆盖示意图

    中国高速铁路建设处于加速进程中，通信保障尤其重要。中兴通讯GU高铁覆盖解决方案，基于业界领先的BBU + RRU分布式基站，在基带多RRU合并小区技术的支撑下，配合多项措施，拓展单小区覆盖半径；通过专业网规网优团队的高效工作，助力运营商构建高品质网络，实现对高铁的带状覆盖，为高铁用户带来高速下的新体验，夯实经济繁荣、社会和谐的基础。

[关键词] GSM&UMTS