大唐移動TD-SCDMA高速鐵路解決方案
為滿足快速增長的旅客運輸需求，“十一五”規劃了“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統，時速高達380Km/h。
由于高鐵主要的目標客戶是商務出行或者旅游出行，這些人在列車上使用語音或高速數據業務的需求較為明確。因此，快速發展的高速鐵路已成為移動話音和數據業務的新熱點。
大唐移動基于對TD-SCDMA系統的深刻理解和在上海磁懸浮成功的高速覆蓋經驗，率先提出基于車載直放站設備為基礎的TD-SCDMA高鐵覆蓋方案。
圖1 BBU ＋ RRU 優化專網覆蓋
圖2 基站頻偏補償過程圖
由于車輛技術的不斷發展，車廂密閉性越來越好，導致在無線傳輸的車體穿透損耗越來越大，當損耗為30dB時，相當于信號在透過車體時只有原來1/1000的信號強度，為了克服車體穿透損耗，要求室外的信號發射機功率增強，要求更高的基站接收機靈敏度，或者要求UE的發射信號增強。
大唐移動的高鐵解決方案中，鐵路沿線采用BBU+RRU組網，采用小區分集和高速頻偏補償算法，在高速列車上裝載直放站克服穿透損耗。
BBU+RRU優化專網覆蓋
業內最早最成熟的小區分集算法
考慮到單個小區的覆蓋范圍相對較小，UE移動速度非常快，造成手機終端駐留在單個小區的時間很短；另外因多普勒頻偏的影響使用戶讀系統廣播、起呼、切換的時延會更長，高速移動環境下，時延較大的重選、切換和接入等流程很可能無法在單個站點覆蓋范圍內全部完成。因此，需要擴大單個小區的覆蓋范圍，如圖1所示。
將小區分集算法技術應用于高速移動覆蓋場景可帶來如下好處：
(1)將同站點的多個扇區合并，避免切換，將多個站址合并為一個小區，減少切換；(2)有效增減單個小區覆蓋范圍，保證用戶的高接入成功率。
專利的物理層頻偏糾正算法和頻偏預矯正算法
在TD-SCDMA系統的接收機中，由多普勒頻移等引起的頻偏會對接收數據產生相位偏轉，頻偏越大，相位偏轉越嚴重，對系統的相干解調性能的影響就越明顯，即車速越高多普勒頻移對解調性能的影響越嚴重。
在TD-SCDMA系統中，終端通過自動頻率控制(AFC：AutomaticFrequencyControl)技術進行載波頻率跟蹤，而基站側采用固定頻點的載波頻率進行信號接收，使得高速鐵路沿線的基站側最大多普勒頻偏可達1400Hz。為了保證數據的解調性能，需要對檢測數據進行頻率校正后再執行判決，即接收端需要進行頻偏估計(FOE：FrequencyOffsetEstimation)和頻偏校準(FOC：FrequencyOffsetCalibration)操作。
在高速移動業務情況下，基站需要采用兩次頻偏補償過程才能達到較好的性能。該方案的具體實施流程見圖2所示。
根據分析，第一次頻偏估計方案具有估計范圍大、估計精度差的特點，能估計出2000Hz以上的頻偏；而第二次頻偏估計方案具有估計范圍小、估計精度高的特點，能估計的頻偏范圍為800Hz左右。因此在高速移動環境下采用這兩種頻偏估計算法的結合能夠有效地提高性能。
業內領先的頻偏預矯正算法
下行方向，為了使終端平穩地進行切換，在基站側估計頻偏并進行預矯正，使終端接收頻率穩定在基站發射頻點上。
圖3 頻偏預校正示意#p#
無線網絡環境是由基站和終端組成的，即在高速移動環境下也需要解決大頻偏對終端的解調性能影響。TD-SCDMA系統中，基站采用固定的頻點的頻率進行信號的收發，而終端通過自動頻率控制(AFC)方案使本振頻率自動跟蹤接收信號的頻率變化。在高速移動環境下(如車速為400Km/h)，終端切換時相對于新舊兩個基站的運動方向相反，導致終端的多普勒頻移發生跳變，使得終端產生一個很大的頻偏，分析得出這個頻偏值最大可以達到兩倍的最大多普勒頻偏值。
此時采用現有的AFC控制方案則需要很長的時間才能進入穩定狀態，使終端的性能惡化。為此提出了高速優化頻偏估計方案，該方案采用了基站側高速頻偏估計的思想，同時修改了AFC的控制方案。
頻偏預校正基本思想就是基站根據目標用戶上行信道頻偏估計，對下行發送信號頻率進行預校正，使得發送信號到達UE之后的等效接收頻率為小區原始發送頻率。實現中在基站側增加DPCH的頻偏預矯正，即通過對比收發信號的頻偏，針對不同用戶在物理層數據上進行頻偏補償。
對于終端用戶而言，在基站頻偏預矯正正常工作的情況下，基本穩定在指定頻點上，幾乎感受不到多普勒頻偏存在，小區切換時刻不會產生大的多普勒頻偏正負跳變。
如圖3所示，終端以頻率f發送信號，基站以頻點f接收經過上行高速信道的信號，該信號頻率為f+fd，基站可以估計出頻偏fd。基站在下行發送該用戶的數據時，發送頻率采用f-fd，這樣發送信號經過下行高速信道后，終端接收信號的頻率為f。在終端切換前其工作頻率一直穩定在基站頻點f附近，終端切換后以新的基站頻點工作，從而減小了終端的頻偏變化，提高了終端的解調性能。這種方案通過增加基站的復雜度，改善了網絡的性能。
直放站克服穿透損耗
為了避免車輛技術的不斷發展而影響車體內無線通信質量，通過無線直放站加車內分布系統的方式，可把車外信號饋入到車體內(室內)，克服車體穿透損耗,如圖4所示。
圖4 無線直放站加車內分布系統降低穿透損耗
直放站產品具備AGC(自動增益控制)功能
一般的傳統直放站是固定放置，施主信號的環境比較穩定，放大倍數在開通時設置好就可以穩定工作。ALC功能只在個別情況下對增益進行小范圍調整。由于環境可控，可以通過站點設置選擇施主基站的信號強度在-80dBm以上。
頻偏檢測算法：高穩鐘產生參考頻率；
基帶處理算法：服務小區選定后，可采用與基站類似的算法；
模擬中頻處理方法：通過對本振的精細調整，實現頻率校準。或數字中頻處理：在中頻使用數字頻綜，采用數字變頻的方式。
2007年，中國首條高速鐵路京津城際軌道交通工程客運專線完成鋪軌，2008年，中國高速鐵路建設步伐加快，不僅引人注目的京滬高速鐵路開始興建，廣深港高速鐵路、京石高速鐵路客運專線、南寧至廣州高速鐵路等等一大批高速鐵路建設工程都開始動工。
隨著中國高速鐵路建設的不斷發展，大唐移動將致力于提高移動用戶在高速移動環境下的業務體驗，為中國的移動通信建設貢獻力量。
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