TDSCDMA高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)書

1、TD-SCDMA高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)書版 本：V1.0中興通訊工程服務(wù)部TD網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)部 發(fā)布TD-SCDMA高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃版本說明：版本日期作者審核修改記錄V1.02008-11-17羅禎林鄒廣玲 無關(guān)鍵字：高速鐵路，多普勒頻移摘要：中興通訊在京津高鐵中成功應(yīng)用了超級小區(qū)技術(shù)，在高鐵中采用何種鏈路預(yù)算表？高鐵中將采用何種天線組網(wǎng)？超級小區(qū)將會給高鐵覆蓋中站點(diǎn)選址帶來哪些新的變化？本文正是從規(guī)劃的角度出發(fā)對這些問題進(jìn)行探討，并得到實(shí)質(zhì)性的計(jì)算結(jié)果。 縮略語： EIRP：Effective Isotropic Radiated Power 有效全向輻射功率參考資料： 陳建軍 中興通訊京津

2、高速鐵路組網(wǎng)方案V1.1 目 錄1高速運(yùn)動存在的問題11.1高速移動下的多普勒頻移11.2高速移動下的重選和切換11.3高速移動對TD系統(tǒng)的影響12高鐵覆蓋方案整體思路22.1多普勒頻移解決方案22.2重選和切換解決方案22.3專網(wǎng)解決方案33高鐵覆蓋中設(shè)備選型43.1RRU設(shè)備選型43.2天線選型44傳播模型55鏈路預(yù)算65.1小區(qū)內(nèi)中心扇區(qū)鏈路預(yù)算表65.2小區(qū)內(nèi)邊緣扇區(qū)鏈路預(yù)算表76容量估算97小區(qū)覆蓋半徑108站點(diǎn)設(shè)置118.1兩小區(qū)間距118.2小區(qū)內(nèi)物理扇區(qū)間距138.3邏輯小區(qū)間距158.4所需站點(diǎn)數(shù)目158.5站點(diǎn)選定原則159高鐵相關(guān)距離計(jì)算表格17圖目錄圖 21 超級小區(qū)3

3、圖 71 小區(qū)覆蓋半徑10圖 81 重疊覆蓋區(qū)域計(jì)算圖-小區(qū)間間距11圖 82 重疊覆蓋區(qū)域計(jì)算圖-小區(qū)間間距13圖 83 小區(qū)間距15表目錄表 31 RRU設(shè)備性能對比4表 41 高鐵傳播模型5表 51 上行鏈路預(yù)算表6表 52 上行鏈路預(yù)算表7表 61 話務(wù)數(shù)據(jù)模型9表 62 容量估算結(jié)果9表 71 中心與邊緣小區(qū)估算結(jié)果101 高速運(yùn)動存在的問題1.1 高速移動下的多普勒頻移高速鐵路的無線信道特征基本上可以看作是一個較大的多普勒頻率偏移加上很小的頻率色散。其中較大的多普勒頻率偏移是由高速列車相對基站收發(fā)信機(jī)的高速運(yùn)動形成；而很小的頻率色散是由用戶相對于車內(nèi)反射散射體的低速運(yùn)動形成。另外，

4、高速鐵路場景的基站側(cè)角度擴(kuò)展較小，且時延擴(kuò)展較小，有利于發(fā)揮智能天線波束賦形增益。1.2 高速移動下的重選和切換高速鐵路場景是線性覆蓋區(qū)域，同時所服務(wù)的對象具有運(yùn)動速度快，車體密閉，穿透損耗大的特點(diǎn)。要確保車體內(nèi)能夠被良好信號覆蓋，需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上采取必要措施。高速移動時，UE最佳的服務(wù)小區(qū)變化較快，小區(qū)選擇與重選，切換發(fā)生的頻率明顯加快，如果按照普通場景的小區(qū)選擇與重選，切換參數(shù)默認(rèn)配置，則容易導(dǎo)致小區(qū)重選，切換不及時，導(dǎo)致重選失敗或切換掉話等現(xiàn)象。1.3 高速移動對TD系統(tǒng)的影響(1) 基于技術(shù)上的區(qū)別，3GPP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定FDD系統(tǒng)需支持最高移動速度為500km/h，TDD系統(tǒng)最高移動速

5、度則定義為120km/h，因此，高速移動對TD-SCDMA系統(tǒng)本身會帶來較大的影響。目前根據(jù)TD現(xiàn)有的機(jī)制，在250KM/h之內(nèi)，TD完全有能力保證正常的通話能力。對于時速在350Km/h的高速鐵路。TD系統(tǒng)本身必須作出一定的改進(jìn)和調(diào)整。(2) TD-SCDMA系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的上行同步，在高速移動環(huán)境下，可能出現(xiàn)同步偏差而不能達(dá)到系統(tǒng)要求的1/8Chip的同步精度，可能致使系統(tǒng)性能有一定程度的下降。2 高鐵覆蓋方案整體思路2.1 多普勒頻移解決方案高速列車場景的多普勒頻移通常高達(dá)幾百赫茲，對系統(tǒng)設(shè)備和終端的接收機(jī)性能都構(gòu)成了挑戰(zhàn)，如果接收機(jī)不進(jìn)行檢測和補(bǔ)償，那么鏈路性能將大大下降，嚴(yán)重惡化網(wǎng)

6、絡(luò)覆蓋及容量等指標(biāo)。中興自主知識產(chǎn)權(quán)的高速頻偏校正算法能夠檢測并補(bǔ)償至少高達(dá)800赫茲的多普勒頻率偏移。2.2 重選和切換解決方案高速移動場景下，需要加快小區(qū)切換和重選對速度，因此一方面切換遲滯和測量上報時延以及小區(qū)重選對遲滯和測量時間都需要相應(yīng)的縮短，另一方面在物理上利用多個小區(qū)合并為超級小區(qū)來減少小區(qū)間的切換。(1) 重選切換參數(shù)調(diào)整根據(jù)高速移動場景，建議小區(qū)重選和切換參數(shù)配置如下。重選：Treselection =1s Qhyst=2dB。 切換：TimeToTrigger =320ms Hyst = 2dB(2) 超級小區(qū)將多個小區(qū)合并為一個小區(qū)。目前高鐵覆蓋采用4天線6扇區(qū)解決方案，

7、后期隨著基帶處理板能力的提升，可以采用8天線6扇區(qū)超級小區(qū)。本文討論的鏈路預(yù)算，站間距等都是基于4天線6扇區(qū)解決方案圖 21 超級小區(qū)2.3 專網(wǎng)解決方案將高鐵覆蓋的站點(diǎn)設(shè)置成專網(wǎng)。這樣會帶來如下好處：(1) 可以避免公網(wǎng)中常見的多LAC切換。(2) 避免由于多用戶引起的干擾。(3) 專網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)分開，避免有切換關(guān)系，這樣可以針對專網(wǎng)進(jìn)行切換，重選等無線參數(shù)優(yōu)化。(4) 通過專網(wǎng)覆蓋，其頻點(diǎn)，擾碼可以獨(dú)立設(shè)置。保證專網(wǎng)的獨(dú)立性。3 高鐵覆蓋中設(shè)備選型3.1 RRU設(shè)備選型目前市場推行RRU設(shè)備有R08i和R11。R08i為室外8通道RRU，為高集成度8通道6載波塔頂單元設(shè)備。R11為室外單通

8、道RRU，為覆蓋增強(qiáng)的大功率發(fā)射單元設(shè)備， 提供6載波的支持能力。兩者參數(shù)對比如下表：表 31 RRU設(shè)備性能對比項(xiàng)目R08i性能指標(biāo)R11性能指標(biāo)尺寸548mm×388mm×140mm370mm×290mm×135mm重量25kg11kg容量6載波6載波功率3W /通道12W滿配功耗165W75W工作電壓-48V DC (-57V-36V)220V AC (130V300V)220V AC (85V300V)-48V DC (-60V-36V)工作溫度、濕度-40+70 5%100%-40+70 5%100%防護(hù)等級IP66IP66針對高鐵覆蓋，因?yàn)樾?/p>

9、要采用RRU組成超級小區(qū)，RRU設(shè)備建議采用8通道RRU：R08i。3.2 天線選型為了保證高度移動的信號，天線選型方面應(yīng)該把握2個原則：(1) 盡量先用波速寬度較窄的天線。(2) 選用天線增益較高的天線。因此根據(jù)不同的覆蓋方案，可以采用：(1) 使用15-18dBi甚至21dBi增益的窄波瓣的高增益天線，獲得較好的無線覆蓋。(2) 常規(guī)智能天線。如30度單極化或者雙極化天線。4 傳播模型高鐵作為特殊的覆蓋環(huán)境，在實(shí)際規(guī)劃中也必須進(jìn)行相關(guān)的傳模測試工作。業(yè)務(wù)半徑以CS64K業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋為基本要求。傳播模型采用天津農(nóng)村區(qū)域傳播模型。PATHLOSS= 123.54+35logd。穿透損耗取值30

10、dB。針對不同的環(huán)境會有不同的傳播模型。如北京高鐵覆蓋采用如下SPM模型：表 41 高鐵傳播模型環(huán)境K1K2K3K4K5K6Kclutter高鐵-22.3757.665.831-6.5501本報告中以京津高鐵天津段為例進(jìn)行討論。5 鏈路預(yù)算通過鏈路預(yù)算計(jì)算CS64K業(yè)務(wù)上行覆蓋半徑。按照超級小區(qū)組網(wǎng)的方案，必然存在4個扇區(qū)在小區(qū)內(nèi)部，2個小區(qū)位于小區(qū)邊緣。由于在小區(qū)中心的4個扇區(qū)采用了上行分集接收技術(shù)，因此上行接收分集增益為3dB。處于小區(qū)邊緣的兩個扇區(qū)則沒有該分集接收增益。正是因?yàn)榇嬖谛^(qū)中心和小區(qū)邊緣的分集接收增益，導(dǎo)致存在不同的鏈路預(yù)算表。由此也導(dǎo)致在后面的討論中有不同的扇區(qū)間距，不同的

11、小區(qū)間距等等。5.1 小區(qū)內(nèi)中心扇區(qū)鏈路預(yù)算表小區(qū)中心4個扇區(qū)的上行鏈路預(yù)算表。表 51 上行鏈路預(yù)算表系統(tǒng)業(yè)務(wù)速率bpsCS64k工作頻率MHz2000.0擴(kuò)頻帶寬MHz1.28發(fā)射端最大發(fā)射功率dBm24.00終端天線增益dBi0.00人體損耗dB0.00EIRPdBm24.00接收端熱噪聲功率譜密度dBm/Hz-173.98熱噪聲功率dBm-112.90噪聲系數(shù)dB3.50噪聲功率dBm-109.40干擾余量dB0.50處理增益NA3.42Eb/NodB11.62C/IdB8.20接收機(jī)靈敏度dBm-100.70基站天線增益dBi15.00智能天線分集增益dBi5.50+3 增加了3dB

12、的分集增益饋線損耗dB0.50儲備區(qū)域覆蓋概率%95%邊緣覆蓋概率%88%陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差dB6.00儲備陰影衰落余量/慢衰落儲備dB3.40功控余量/快衰落儲備dB1.00切換對抗快衰落增益dB0.00切換對抗慢衰落增益dB1.90穿透損耗dB30.00儲備總計(jì)（室外）dB2.50儲備總計(jì)（室內(nèi)）dB32.50路損最大允許路損dB115.20注：請關(guān)注：智能天線分集增益一項(xiàng)5.2 小區(qū)內(nèi)邊緣扇區(qū)鏈路預(yù)算表小區(qū)邊緣2個扇區(qū)的上行鏈路預(yù)算表。表 52 上行鏈路預(yù)算表系統(tǒng)業(yè)務(wù)速率bpsCS64k工作頻率MHz2000.0 擴(kuò)頻帶寬MHz1.28 發(fā)射端最大發(fā)射功率dBm24.00 終端天線增益dBi

13、0.00 人體損耗dB0.00 EIRPdBm24.00 接收端熱噪聲功率譜密度dBm/Hz-173.98 熱噪聲功率dBm-112.90 噪聲系數(shù)dB3.50 噪聲功率dBm-109.40 干擾余量dB0.50 處理增益NA3.42 Eb/NodB11.62 C/IdB8.20 接收機(jī)靈敏度dBm-100.70 基站天線增益dBi15.00 智能天線分集增益dBi5.50 饋線損耗dB0.50 儲備區(qū)域覆蓋概率%95%邊緣覆蓋概率%88%儲備陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差dB6.00 陰影衰落余量/慢衰落儲備dB3.40 功控余量/快衰落儲備dB1.00 切換對抗快衰落增益dB0.00 切換對抗慢衰落增益d

14、B1.90 穿透損耗dB30.00 儲備總計(jì)（室外）dB2.50 儲備總計(jì)（室內(nèi)）dB32.50 路損最大允許路損dB112.20注：注意智能天線分集增益一項(xiàng)6 容量估算容量估算必須基于單用戶話務(wù)模型。單用戶話務(wù)模型可以基于如下考慮：CRH的標(biāo)準(zhǔn)配置為8節(jié)車廂，額定載客人數(shù)約為600人次，根據(jù)預(yù)計(jì)發(fā)車時間間隔為5分鐘，那么在單方向一個小區(qū)內(nèi)僅會有1列車，單小區(qū)用戶最多是發(fā)生在兩車交會時。兩車交會時單小區(qū)總用戶數(shù)為1200人，建設(shè)3G用戶數(shù)占70%，中國移動占有80%的用戶數(shù)，那么實(shí)際的在線用戶數(shù)為672人。下表是規(guī)劃的輸入?yún)?shù)。話務(wù)模型參考了郊區(qū)的話務(wù)數(shù)據(jù)特征模型。表 61 話務(wù)數(shù)據(jù)模型Urb

15、anNo. of Users672No. of Sites1Uplink Traffic Model (per user in BH)UrbanAMR 12.2k (Erl)0.025CS 64k (Erl)0.005PS 64k /64k (kbps)0.050PS 64k /128k (kbps)0.050Downlink Traffic Model (per user in BH)UrbanAMR 12.2k (Erl)0.025CS 64k (Erl)0.005PS 64k /64k (kbps)0.050PS 64k /128k (kbps)0.010通過kaufman-robert

16、s算法進(jìn)行TD-SCDMA的容量估算，其估算結(jié)果如下。表 62 容量估算結(jié)果UrbanULDLNo. of sites11Required BRUs per sector114134Required Carriers per sector33Load of BRUs79%93%可見，在一個4天線6扇區(qū)合并的小區(qū)里，3個載波可以滿足兩列列車通過時的容量需求。7 小區(qū)覆蓋半徑 圖 71 小區(qū)覆蓋半徑根據(jù)不同的傳模模型，分小區(qū)中心和小區(qū)邊緣分別計(jì)算小區(qū)半徑，可以得到如下結(jié)果：表 71 中心與邊緣小區(qū)估算結(jié)果傳播模型Pathloss= 123.54+35logd扇區(qū)類型小區(qū)內(nèi)扇區(qū)小區(qū)邊緣扇區(qū)最大路損1

17、15.2112.2小區(qū)覆蓋半徑(m)578474站點(diǎn)距鐵路距離(m)120120小區(qū)在鐵路覆蓋距離(m)5664598 站點(diǎn)設(shè)置按照超級小區(qū)組網(wǎng)的方案，一個超級小區(qū)包含6個扇區(qū)，其中4個扇區(qū)位于小區(qū)內(nèi)部，2個小區(qū)位于小區(qū)邊緣。兩者不同的分布位置導(dǎo)致兩者存在分集增益的差異。從而導(dǎo)致兩者覆蓋半徑存在區(qū)別，進(jìn)一步的，導(dǎo)致兩者之間存在的重疊覆蓋區(qū)也有一定差異，影響到站間距之間的差異。下文從重疊區(qū)計(jì)算著手，計(jì)算兩者之間的站間距差異。8.1 兩小區(qū)間距 圖 81 重疊覆蓋區(qū)域計(jì)算圖-小區(qū)間間距小區(qū)間距的計(jì)算重點(diǎn)在重疊區(qū)的計(jì)算。具體重疊區(qū)分布圖見圖7-1。上圖說明：【場強(qiáng)過渡區(qū)】對應(yīng)場強(qiáng)下降切換參數(shù)（Hys

18、teresis/2）dB列車前行的距離?！緶y量時延】對應(yīng)切換參數(shù)TimeToTrigger時間內(nèi)列車前行的距離。高鐵中TimeToTrigger一般為320ms【切換時長】系統(tǒng)執(zhí)行切換所 需時間內(nèi)列車前行的距離。一般為800ms。【d1】站點(diǎn)到場強(qiáng)過渡區(qū)邊緣的距離?！綿2】站點(diǎn)到場強(qiáng)過度區(qū)中心點(diǎn)的距離?！拘^(qū)覆蓋半徑】鏈路預(yù)算得到的小區(qū)半徑。這里設(shè)其為R【站點(diǎn)到鐵路距離】為TD站點(diǎn)到鐵路的垂直距離。根據(jù)上圖，容易得到：重疊覆蓋區(qū)=（場強(qiáng)過渡區(qū)+測量時延+切換時長）*2根據(jù)上圖結(jié)合傳播模型，可以得到以下四個公式：(1) Pathloss1=K1+K2lg（d1）(2) Pathloss2=K1+

19、K2lg（d2）(3) d1在鐵路的覆蓋距離 小區(qū)覆蓋半徑?；蛘邷?zhǔn)確的說，d1在鐵路的覆蓋距離=-（測量時延+切換時長）?？紤]到距離精度，直接用公式(3)d1在鐵路的覆蓋距離小區(qū)覆蓋半徑。(4) 場強(qiáng)過渡區(qū)=d1-d2由第四章傳播模型PATHLOSS= 123.54+35logd，第六章小區(qū)邊緣扇區(qū)小區(qū)覆蓋半徑474米，假設(shè)站點(diǎn)到鐵路距離120米，高鐵車速為300Km/h, 扇區(qū)間過渡區(qū)包括2dB場強(qiáng)過渡時延，高鐵覆蓋中測量時延為320ms，切換時長800ms?？梢缘玫饺缦陆Y(jié)果d1=1.07d2d1=474米。場強(qiáng)過渡區(qū)=474-474/1.07=31米測量時延=320ms*300Km/h=2

20、6.6米切換時長=800ms*300Km/h=66.6米則：重疊覆蓋區(qū)=（場強(qiáng)過渡區(qū)+測量時延+切換時長）*2=（31+27+67）*2=248米小區(qū)間距=（小區(qū)在鐵路上覆蓋距離-重疊覆蓋區(qū)）*2+重疊覆蓋區(qū)=（459-248）*2+248=670米8.2 小區(qū)內(nèi)物理扇區(qū)間距扇區(qū)間距的計(jì)算和小區(qū)間距計(jì)算相同，只是兩者的覆蓋半徑存在差異。 圖 82 重疊覆蓋區(qū)域計(jì)算圖-小區(qū)間間距小區(qū)間距的計(jì)算重點(diǎn)在重疊區(qū)的計(jì)算。具體重疊區(qū)分布圖見圖7-1。上圖說明：【場強(qiáng)過渡區(qū)】對應(yīng)場強(qiáng)下降切換參數(shù)（Hysteresis/2）dB列車前行的距離。【測量時延】扇區(qū)切換測量時延。【切換時長】系統(tǒng)執(zhí)行切換所 需時間內(nèi)

21、列車前行的距離。一般時間較短【d1】站點(diǎn)到場強(qiáng)過渡區(qū)邊緣的距離。【d2】站點(diǎn)到場強(qiáng)過度區(qū)中心點(diǎn)的距離?！拘^(qū)覆蓋半徑】鏈路預(yù)算得到的小區(qū)半徑?！菊军c(diǎn)到鐵路距離】為TD站點(diǎn)到鐵路的垂直距離。根據(jù)上圖，容易得到：重疊覆蓋區(qū)=（場強(qiáng)過渡區(qū)+測量時延+切換時長）*2根據(jù)上圖結(jié)合傳播模型，可以得到以下四個公式：(1) Pathloss1=K1+K2lg（d1）(2) Pathloss2=K1+K2lg（d2）(3) d1在鐵路的覆蓋距離 小區(qū)覆蓋半徑。或者準(zhǔn)確的說，d1在鐵路的覆蓋距離=-（測量時延+切換時長）?？紤]到距離精度，直接用公式(3) d1在鐵路的覆蓋距離 小區(qū)覆蓋半徑。(4) 場強(qiáng)過渡區(qū)=d1-d2由第四章傳播模型PATHLOSS= 123.54+