TDSCDMA高速鐵路無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)書(shū)

1、TD-SCDMA高速鐵路無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)書(shū)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃版本說(shuō)明：版本日期作者審核修改記錄V1.02008-11-17羅禎林鄒廣玲 無(wú)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(jí)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(xiàn)組網(wǎng)？超級(jí)小區(qū)將會(huì)給高鐵覆蓋中站點(diǎn)選址帶來(lái)哪些新的變化？本文正是從規(guī)劃的角度出發(fā)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探討，并得到實(shí)質(zhì)性的計(jì)算結(jié)果。 縮略語(yǔ)： 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(dòng)存在的問(wèn)題11.1高速移動(dòng)下的多普勒頻移11.2高速移動(dòng)下的重選和切換11.3高速移動(dòng)對(duì)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(zhuān)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(xiàn)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(jí)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(duì)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(huà)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(dòng)存在的問(wèn)題1.1 高速移動(dòng)下的多普勒頻移高速鐵路的無(wú)線(xiàn)信道特征基本上可以看作是一個(gè)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(chē)相對(duì)基站收發(fā)信機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)形成；而很小的頻率色散是由用戶(hù)相對(duì)于車(chē)內(nèi)反射散射體的低速運(yùn)動(dòng)形成。另外，

4、高速鐵路場(chǎng)景的基站側(cè)角度擴(kuò)展較小，且時(shí)延擴(kuò)展較小，有利于發(fā)揮智能天線(xiàn)波束賦形增益。1.2 高速移動(dòng)下的重選和切換高速鐵路場(chǎng)景是線(xiàn)性覆蓋區(qū)域，同時(shí)所服務(wù)的對(duì)象具有運(yùn)動(dòng)速度快，車(chē)體密閉，穿透損耗大的特點(diǎn)。要確保車(chē)體內(nèi)能夠被良好信號(hào)覆蓋，需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上采取必要措施。高速移動(dòng)時(shí)，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(chǎng)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(shí)，導(dǎo)致重選失敗或切換掉話(huà)等現(xiàn)象。1.3 高速移動(dòng)對(duì)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(dòng)速度為500km/h，TDD系統(tǒng)最高移動(dòng)速

5、度則定義為120km/h，因此，高速移動(dòng)對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)本身會(huì)帶來(lái)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(huà)能力。對(duì)于時(shí)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(dòng)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(chē)場(chǎng)景的多普勒頻移通常高達(dá)幾百赫茲，對(duì)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(cè)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(shí)產(chǎn)權(quán)的高速頻偏校正算法能夠檢測(cè)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(dòng)場(chǎng)景下，需要加快小區(qū)切換和重選對(duì)速度，因此一方面切換遲滯和測(cè)量上報(bào)時(shí)延以及小區(qū)重選對(duì)遲滯和測(cè)量時(shí)間都需要相應(yīng)的縮短，另一方面在物理上利用多個(gè)小區(qū)合并為超級(jí)小區(qū)來(lái)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(dòng)場(chǎng)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(jí)小區(qū)將多個(gè)小區(qū)合并為一個(gè)小區(qū)。目前高鐵覆蓋采用4天線(xiàn)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(xiàn)6扇區(qū)超級(jí)小區(qū)。本文討論的鏈路預(yù)算，站間距等都是基于4天線(xiàn)6扇區(qū)解決方案圖 21 超級(jí)小區(qū)2.3 專(zhuān)網(wǎng)解決方案將高鐵覆蓋的站點(diǎn)設(shè)置成專(zhuān)網(wǎng)。這樣會(huì)帶來(lái)如下好處：(1) 可以避免公網(wǎng)中常見(jiàn)的多LAC切換。(2) 避免由于多用戶(hù)引起的干擾。(3) 專(zhuān)網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)，避免有切換關(guān)系，這樣可以針對(duì)專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行切換，重選等無(wú)線(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。(4) 通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)覆蓋，其頻點(diǎn)，擾碼可以獨(dú)立設(shè)置。保證專(zhuān)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(chǎng)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(duì)比如下表：表 31 RRU設(shè)備性能對(duì)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(mǎn)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(jí)IP66IP66針對(duì)高鐵覆蓋，因?yàn)樾?/p>

9、要采用RRU組成超級(jí)小區(qū)，RRU設(shè)備建議采用8通道RRU：R08i。3.2 天線(xiàn)選型為了保證高度移動(dòng)的信號(hào)，天線(xiàn)選型方面應(yīng)該把握2個(gè)原則：(1) 盡量先用波速寬度較窄的天線(xiàn)。(2) 選用天線(xiàn)增益較高的天線(xiàn)。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(xiàn)，獲得較好的無(wú)線(xiàn)覆蓋。(2) 常規(guī)智能天線(xiàn)。如30度單極化或者雙極化天線(xiàn)。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(cè)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(duì)不同的環(huán)境會(huì)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(bào)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(guò)鏈路預(yù)算計(jì)算CS64K業(yè)務(wù)上行覆蓋半徑。按照超級(jí)小區(qū)組網(wǎng)的方案，必然存在4個(gè)扇區(qū)在小區(qū)內(nèi)部，2個(gè)小區(qū)位于小區(qū)邊緣。由于在小區(qū)中心的4個(gè)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(gè)扇區(qū)則沒(méi)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(gè)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(xiàn)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(xiàn)增益dBi15.00智能天線(xiàn)分集增益dBi5.50+3 增加了3dB

12、的分集增益饋線(xiàn)損耗dB0.50儲(chǔ)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(chǔ)備陰影衰落余量/慢衰落儲(chǔ)備dB3.40功控余量/快衰落儲(chǔ)備dB1.00切換對(duì)抗快衰落增益dB0.00切換對(duì)抗慢衰落增益dB1.90穿透損耗dB30.00儲(chǔ)備總計(jì)（室外）dB2.50儲(chǔ)備總計(jì)（室內(nèi)）dB32.50路損最大允許路損dB115.20注：請(qǐng)關(guān)注：智能天線(xiàn)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(gè)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(xiàn)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(xiàn)增益dBi15.00 智能天線(xiàn)分集增益dBi5.50 饋線(xiàn)損耗dB0.50 儲(chǔ)備區(qū)域覆蓋概率%95%邊緣覆蓋概率%88%儲(chǔ)備陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差dB6.00 陰影衰落余量/慢衰落儲(chǔ)備dB3.40 功控余量/快衰落儲(chǔ)備dB1.00 切換對(duì)抗快衰落增益dB0.00 切換對(duì)抗慢衰落增益d

14、B1.90 穿透損耗dB30.00 儲(chǔ)備總計(jì)（室外）dB2.50 儲(chǔ)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(xiàn)分集增益一項(xiàng)6 容量估算容量估算必須基于單用戶(hù)話(huà)務(wù)模型。單用戶(hù)話(huà)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(chē)廂，額定載客人數(shù)約為600人次，根據(jù)預(yù)計(jì)發(fā)車(chē)時(shí)間間隔為5分鐘，那么在單方向一個(gè)小區(qū)內(nèi)僅會(huì)有1列車(chē)，單小區(qū)用戶(hù)最多是發(fā)生在兩車(chē)交會(huì)時(shí)。兩車(chē)交會(huì)時(shí)單小區(qū)總用戶(hù)數(shù)為1200人，建設(shè)3G用戶(hù)數(shù)占70%，中國(guó)移動(dòng)占有80%的用戶(hù)數(shù)，那么實(shí)際的在線(xiàn)用戶(hù)數(shù)為672人。下表是規(guī)劃的輸入?yún)?shù)。話(huà)務(wù)模型參考了郊區(qū)的話(huà)務(wù)數(shù)據(jù)特征模型。表 61 話(huà)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(guò)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(jiàn)，在一個(gè)4天線(xiàn)6扇區(qū)合并的小區(qū)里，3個(gè)載波可以滿(mǎn)足兩列列車(chē)通過(guò)時(shí)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(lèi)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(jí)小區(qū)組網(wǎng)的方案，一個(gè)超級(jí)小區(qū)包含6個(gè)扇區(qū)，其中4個(gè)扇區(qū)位于小區(qū)內(nèi)部，2個(gè)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(jiàn)圖7-1。上圖說(shuō)明：【場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)】對(duì)應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)下降切換參數(shù)（Hys

18、teresis/2）dB列車(chē)前行的距離?！緶y(cè)量時(shí)延】對(duì)應(yīng)切換參數(shù)TimeToTrigger時(shí)間內(nèi)列車(chē)前行的距離。高鐵中TimeToTrigger一般為320ms【切換時(shí)長(zhǎng)】系統(tǒng)執(zhí)行切換所 需時(shí)間內(nèi)列車(chē)前行的距離。一般為800ms。【d1】站點(diǎn)到場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)邊緣的距離?！綿2】站點(diǎn)到場(chǎng)強(qiáng)過(guò)度區(qū)中心點(diǎn)的距離。【小區(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T(mén)D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(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)+測(cè)量時(shí)延+切換時(shí)長(zhǎng)）*2根據(jù)上圖結(jié)合傳播模型，可以得到以下四個(gè)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(shuō)，d1在鐵路的覆蓋距離=-（測(cè)量時(shí)延+切換時(shí)長(zhǎng)）?？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(chǎng)強(qiáng)過(guò)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(chē)速為300Km/h, 扇區(qū)間過(guò)渡區(qū)包括2dB場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡時(shí)延，高鐵覆蓋中測(cè)量時(shí)延為320ms，切換時(shí)長(zhǎng)800ms。可以得到如下結(jié)果d1=1.07d2d1=474米。場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)=474-474/1.07=31米測(cè)量時(shí)延=320ms*300Km/h=2

20、6.6米切換時(shí)長(zhǎng)=800ms*300Km/h=66.6米則：重疊覆蓋區(qū)=（場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)+測(cè)量時(shí)延+切換時(shí)長(zhǎng)）*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(jiàn)圖7-1。上圖說(shuō)明：【場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)】對(duì)應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)下降切換參數(shù)（Hysteresis/2）dB列車(chē)前行的距離?！緶y(cè)量時(shí)延】扇區(qū)切換測(cè)量時(shí)延?！厩袚Q時(shí)長(zhǎng)】系統(tǒng)執(zhí)行切換所 需時(shí)間內(nèi)

21、列車(chē)前行的距離。一般時(shí)間較短【d1】站點(diǎn)到場(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)邊緣的距離?！綿2】站點(diǎn)到場(chǎng)強(qiáng)過(guò)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T(mén)D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(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)+測(cè)量時(shí)延+切換時(shí)長(zhǎng)）*2根據(jù)上圖結(jié)合傳播模型，可以得到以下四個(gè)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?；蛘邷?zhǔn)確的說(shuō)，d1在鐵路的覆蓋距離=-（測(cè)量時(shí)延+切換時(shí)長(zhǎng)）?？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(chǎng)強(qiáng)過(guò)渡區(qū)=d1-d2由第四章傳播模型PATHLOSS= 123.54+