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高铁LTE—TDD—FDD融合组网应用及研究

来源: 诚信论文网 发表于:2018-04-11 09:43 点击:
摘要:某峰会期间,为更好满足国际漫游用户出行时4G网络服务需求,同时满足高铁不断增长的容量需求,需进行高铁4G融合组网试点研究。本次主要验证LTE-FDD在高铁场景应用中的设备组网方案及天面设计方案在实际建设应用中的效果,探讨高铁场景下LTE-TDD-FDD融合组网技术方案。 
  关键词:高铁;LTE-FDD;TDD-LTE;融合组网;测试 
  中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2018)01-0024-04 
  1 引用 
  2016年9月,某高级峰会在城市A举行,届时将产生大量国际漫游用户4G网络服务需求。此前城市A、城市B乌镇已启动4G融合组网试点项目,为城区及景区场景融合覆盖,提供并验证了一系列技术指标参数。目前尚缺乏对高铁场景应用研究,为更好地满足国际漫游入用户出行时4G网络服务需求,需进行某高铁4G融合组网试点。 
  某高铁连接长三角经济区两个核心城市,沿线经济发达,流量需求日益增长,随着LTE-TDD用户渗透率不断提升,LTE-TDD网络小区负荷较高,影响用户感知。因此需要进行某高铁LTE-FDD建设及LTE-TDD-FDD融合组网,满足某高铁不断增长的容量需求,保障高铁4G用户业务体验。 
  2 技术方案分析 
  2.1 指标要求分析 
  以车内接收信号为参考值标准,并要求控制周边基站信号强度,确保高铁线路具有主导信号。 
  4G融合组网在高铁列车内连续覆盖标准如表1所示。 
  公专网设置:本次高铁的覆盖沿用高铁专网覆盖模式,合理利用单双向邻区关系,过渡带小区设置,基于频率优先级的重选与切换,区分高、低速用户的切换等手段实现良好的专网、公网协同覆盖。 
  2.2 组网方式分析 
  融合组网可采用GL升级及TF融合两种建设方式,如表2所示: 
  方式一:GL升级(2T2R),现网部分设备射频部分支持,可利旧原BBU框,增加基带单元及控制单元直接升级。GL升级(4T4R),利旧原有BBU框,增加基带单元及控制单元,新增射频设备(RRU),并更换天线。 
  方式二:TF融合,利旧原有BBU框,新增基带板,增加射频设备(RRU),并新增天线。 
  某运营商LTE-TDD网络采用F频段主覆盖,D频段解决容量,采用方式二对LTE-TDD网络冲击较大,清频难度相对高。2015年以来某运营商LTE-TDD网络流量占全网数据流量不断提升,截至2016年8月已达到95%以上,LTE-TDD网络已经成为某地运营商的主要数据承载网络,G网承载能力得到释放,客观上有利采用GL升级。 
  2.3 频段选择分析 
  现阶段高铁已使用GSM900频段、TD-LTE F频段及D频段实现全路段组网覆盖,地市间衔接区域采用DCS1800频段进行容量保障覆盖,高铁现网站址布局可满足各频段覆盖距离和切换带要求,如表3所示: 
  通过FDD技术特点可以得到: 
  (1)当带宽2×5MHz时,平均吞吐率=8/4 Mbps;单用户最大速率=36/13 Mbps; 
  (2)当带宽2×10MHz时,平均吞吐率=18/9 Mbps;单用户最大速率=73/27 Mbps; 
  截至2015年7月,全球共3253款LTE終端,手持智能终端的比例在50%以上,达到1783款。其中FDD1.8G终端达到1543款,TDD-LTE终端1210款,绝大部分同时支持FDD1.8G。FDD900M终端迅猛发展,一年内终端数由335增长至668,智能手机由161增长到372,增长超过一倍,较FDD1.8G仍有很大差距。 
  频段选择综合考虑需现网高铁覆盖频段、频段资源及终端支持等因素,建议采用DCS1800频段组网。针对DCS1800频段已用于公网建设,需对高铁沿线5KM范围内进行DCS1800网络清频,移出10MHz频率资源用于高铁专网。 
  2.4 GSM<E-FDD频点配置 
  GSM<E-FDD频点配置模式灵活,即可采用边缘模式,也可采用三明治方式。 
  采用边缘模式,包括上边缘模式和下边缘模式。若天馈互调性能不好,LTE置于下边缘,互调信号对接收频段的影响最小。 
  采用三明治方式,GSM与LTE的协调为同一运营商内容,避免不同运营商间的相互协调,同时方便未来带宽扩展(领区配置不变)。 
  2.5 LTE-TDD/FDD 核心网与传输需求 
  如图1所示。 
  核心网:TDD/FDD LTE在核心网层面的接口和协议完全一致,可实现共享核心网、共享用户数据、共享网络数据、共享核心网互操作策略。核心网不区分小区是TDD还是FDD模式。 
  传输设置:每个BBU各自接入传输环,也可汇聚后共用一个传输端口。 
  传输带宽需求:10M FDD LTE的峰值下载速率可以达到73M,考虑实际网络单站不同小区的业务波动,单站传输需求100M。 
  QoS要求:FDD LTE采用全IP化传输,一般要求空载情况下基站到核心网络的延迟小于20ms,时延抖动小于7ms,丢包率小于0.05%。 
  3 工程设计方案 
  某高铁起点城市C站,终点城市A东站,设计时速350公里/小时,运行时速300公里/小时,总里程160公里,途径城市C及某省份,其中城市A境内16公里,城市B境内87公里全程高架,无隧道。 
  3.1 站址设计方案 
  考虑到现有TD-LTE某高铁覆盖网络经过多期建设及优化,已经能够较好的满足TD-LTE用户业务感知要求,按照融合组网下各网网络结构一致的要求,本工程新建FDD-LTE 1800MHz站点全部与现有TD-LTE站点共址建设。
 原高铁覆盖站址设置原则: 
  (1)为减小多普勒频移的影响以及避免“塔下黑”问题,宏基站与铁路垂直距离建议为100米-300米; 
  (2)宏基站天线挂高应考虑铁轨高度,需高出铁轨至少10m-20m,保证天线与轨面视通。对于采用微站建设方式的场景天线高度可适当降低; 
  (3)对于直线轨道,相邻站点宜交错分布于铁路的两侧,形成“之”字型布局,有助于改善切换区域,有利于车厢内两侧信号质量的均衡; 
  (4)应结合工程条件优先将站点交错部署在铁路两侧,有利与信号的均匀分布,对于弯路区域,优先将站点设置在弯道内侧。 
  3.2 设备组网方案 
  结合现网高铁沿线的组网方案,即采用共小区方式组网,利旧近端BBU框,新增基带板,远端则新增1800射频单元,连接至原天线或新增天线上。近端至远端的光纤需进行改造,以便满足融合网络的组网纤芯需求。 
  3.3 天面设计方案 
  高铁沿线天面空间资源受限,本次采用合路现有网络天线方式进行建设,通过对不同制式网络的天面合路方式对比分析(见表3高铁天面合路方案优缺点对比表),并结合本次实验目标,4G融合组网叠加将不影响现网TDD覆盖,建议本段高铁采用与GSM900天线合路方式,TDD/FDD共覆盖优化可通过天馈精细优化来提升FDD分流效果,并可以通过参数极端设置控制,如表4所示。 
  3.4 天线选型方案 
  高铁场景,可根据合路方式进行天线选择,本次可选择900/1800高增益天线。本次验证中,由于仅有1款全频六口高增益天线(900/1800FA/D 17/21/21dBi 六口 高增益 32°)入围,所以未做对比,仅对部分站点进行了选型替换。 
  3.5 建设规模 
  某高铁共建设4G融合宏基站物理站点166个,全部为共址已有TD-LTE 4G网络物理站址。涉及4G逻辑宏站27个、逻辑小區46个,逻辑载频46个;全线采用1800MHz频段覆盖,宏基站物理站点平均站高35米,平均站间距620米,如表5所示。 
  4 优化测试验证 
  本次4G融合网络开通后,对网络进行了网络测试验证,通过测试数据显示,本次的高铁场景4G融合方案有效的增加了网络流量,提高了高铁全程的接通率。 
  4.1 数据业务 
  在网络负荷较轻的情况下,达到建网预期目标:下载速率达到22M以上,上传速率达到15M以上。如表6所示。 
  4.2 语音业务 
  全程接通率达到建网目标:90%以上,MOS3.0以上占比达到90%以上。如表7所示: 
  4.3 流量分流比 
  城市A数据:高铁线FDD小区开启后,FDD小区流量占总吞吐量的32.92%,高铁线总吞吐量上升26.65%,如图2、3所示。 
  城市B数据:高铁线FDD小区开启后,FDD小区流量占总吞吐量的35.18%,高铁线总吞吐量上升3.62%。 
  5 结语 
  随着高铁近几年全国范围的迅速建设和高铁技术的不断完善,火车时速由120km提升至300km,越来越多人士选择高铁出行,用户对网络覆盖和质量提出了越来越高的要求,用户容量不断增长。高铁场景下LTE-TDD-FDD融合组网应用,可为某运营商LTE-TDD-FDD融合建设与运营积累经验,建议后期积极开展多场景LTE-TDD-FDD融合组网应用研究。