高速鐵路的CDMA覆蓋關(guān)鍵

標(biāo)簽：多普勒頻移 CDMA

中國鐵路已步入高速時代，預(yù)計2020年，200km/h速率以上的中國高速鐵路將超過1.8萬公里。如何在高速移動的環(huán)境下為用戶提供良好的移動通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是自有高速鐵路以來移動通信運(yùn)營商一直在進(jìn)行研究解決的問題。

和常規(guī)的CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃相比，高速鐵路覆蓋規(guī)劃具備一定的特殊性。找準(zhǔn)高鐵覆蓋的關(guān)鍵問題才能在高鐵沿線的深度覆蓋、精細(xì)優(yōu)化上做到更精準(zhǔn)。如圖1所示。

圖1 高鐵覆蓋的研究意義

高鐵覆蓋的4個標(biāo)志性因素

高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要體現(xiàn)在4個標(biāo)志性因素上：多普勒頻移、車體穿透損耗、切換問題和覆蓋區(qū)域地形多樣性。

多普勒頻移

多普勒頻移問題是指在高速移動的情況下，接收端的信號頻率會發(fā)生偏移，導(dǎo)致基站和接收機(jī)的相干解調(diào)性能降低。

◆ 對接收機(jī)的影響

CDMA采用相干解調(diào)，要求接收機(jī)本地解調(diào)載波與接收信號的載波同頻，載波頻率的抖動對接收機(jī)的解調(diào)性能產(chǎn)生影響;同時，1X 采用高通CSM6700芯片，DO RevA采用高通CSM6800芯片，頻移的最大取值為分別為1440Hz和960Hz。根據(jù)多普勒頻移公式計算得到接收機(jī)允許的最大移動速度為972km/h和648km/h。此速度遠(yuǎn)高于高速鐵路最大運(yùn)行時速，芯片解調(diào)容限滿足要求。

◆ 對基站的影響

由于多普勒頻移的存在，導(dǎo)致基站和手機(jī)的相干解調(diào)性能降低?？煽紤]在鏈路預(yù)算時在原有的Eb/Nt取值上增加3dB。

切換問題

切換問題是指高速移動導(dǎo)致切換時更易掉話，對切換的要求遠(yuǎn)高于普通場景。

在切換區(qū)大小不變的前提下，速度越快的終端穿過切換區(qū)的時間越小。因此，當(dāng)終端的移動速度足夠快，以至于穿過切換區(qū)的時間小于系統(tǒng)處理的軟切換最小時延，此時會導(dǎo)致掉話產(chǎn)生。在對高速鐵路覆蓋基站的參數(shù)設(shè)置時需要考慮設(shè)置最小的切換區(qū)，滿足高速火車在高速運(yùn)行時的切換需求。最小切換區(qū)的大小可根據(jù)列車時速大小與軟切換時延計算而得。軟切換時延一般取300ms，因此，最小切換區(qū)大小主要取決于列車移動速度。

目前的高鐵設(shè)計最高時速為350km/h，根據(jù)公式計算得最小軟切換區(qū)為29m。

沈大高鐵CDMA覆蓋案例

我們就沈大高鐵的CDMA無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行研究，主要用于覆蓋高速鐵路客運(yùn)專線的用戶，包括車站候車和高速列車上的乘客。

沈大高鐵概況

沈大高鐵貫穿遼寧省鐵嶺、沈陽、遼陽、鞍山、營口、大連6個地市，全長553km。為雙線電氣化鐵路，平均時速200km/h以上。2011年竣工通車。沈大高鐵內(nèi)共設(shè)有15個車站。

沈大高鐵設(shè)計采用的高速列車為長春軌道客車公司和法國阿爾斯通公司聯(lián)手合作制造的CRH5車型，8輛編組，全長211.5m，車體最大寬度3200mm，車輛高4270mm。

覆蓋問題的解決

◆ 多普勒頻移問題的解決

高鐵覆蓋中對抗多普勒效應(yīng)的途徑主要有兩種：一是設(shè)備采用頻偏糾正法克服多普勒頻移的影響，二是從根本上降低多普勒頻移和頻移變化率。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計一般從第二種方案出發(fā)。多普勒頻移變化率和f成正比，和d成反比。取f=2.1GHz，F(xiàn)dr=5.8Hz/m，則不同速度時要使得最大多普勒頻移變化率不超過Fdr(多普勒頻移變化率門限)所需的基站到鐵軌的最小垂直距離如表1所示。