高速公路作為一種典型的應用場(chǎng)景，在高速運動(dòng)引入的多普勒頻移、頻繁切換、穿透損耗等方面都比城區環(huán)境面臨更大挑戰。
大唐移動(dòng)作為T(mén)D-LTE標準提出者和主流設備廠(chǎng)商，承擔了TD-LTE南京實(shí)驗網(wǎng)的測試驗證，建設了唯一的高速公路（南京機場(chǎng)高速）覆蓋網(wǎng)絡(luò )，完成了高速公路場(chǎng)景的組網(wǎng)方案和相關(guān)測試驗證，并于今年的5.17世界電信日同江蘇移動(dòng)一起為普通民眾提供了高速公路上的TD-LTE高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗。
高速場(chǎng)景面臨的主要問(wèn)題
高速公路場(chǎng)景下面臨的幾大難點(diǎn)問(wèn)題為：
● 高速移動(dòng)引起的多普勒頻移；
● 頻繁切換；
● 穿透損耗和陰影衰落。
由于終端主要分布在高速移動(dòng)的車(chē)輛中，車(chē)體對無(wú)線(xiàn)信號具有一定的穿透損耗，不同類(lèi)型的車(chē)穿透損耗不同，一般在8~12dB。此外，一些高速公路旁還會(huì )種植綠化樹(shù)木，從而對無(wú)線(xiàn)信號在高速公路的覆蓋帶來(lái)遮擋，形成陰影衰落，這種損耗一般在3~5dB，比如南京機場(chǎng)高速就是這樣。
要使TD-LTE系統在高速公路場(chǎng)景能具有很好的無(wú)線(xiàn)覆蓋和業(yè)務(wù)體驗，必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò )規劃或技術(shù)手段解決上述問(wèn)題。
高速公路場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò )規劃
1.采用小區合并的組網(wǎng)方案
采用TD-LTE室外宏基站對高速公路沿線(xiàn)進(jìn)行覆蓋，每個(gè)基站為S11配置，兩個(gè)扇區背向覆蓋，分布覆蓋基站位置兩側的高速路。為了避免頻繁切換和重選，使用小區合并技術(shù)增加單小區的覆蓋區域半徑，減少小區間的切換和重選。
南京機場(chǎng)高速公路場(chǎng)景采用單站的2個(gè)RRU間小區合并，如圖1所示。
2.頻率使用規劃
高速公路場(chǎng)景下存在嚴重的多普勒頻移，且要克服車(chē)體穿透損耗，這兩個(gè)指標都與使用的頻率有關(guān)，頻率越低，多普勒頻移越小，穿透損耗也越小，從而系統的性能會(huì )越好；反之，則越差。因此在進(jìn)行高速公路場(chǎng)景組網(wǎng)覆蓋時(shí)，要盡可能采用低頻段進(jìn)行覆蓋。
3.鄰區規劃
由于高速公路主要是采用線(xiàn)狀覆蓋，在進(jìn)行鄰區規劃時(shí)，每個(gè)小區一般只規劃兩個(gè)鄰區，分別為在高速公路沿線(xiàn)上本小區兩側的各一個(gè)小區，這樣可以減少終端的測量時(shí)間，增加切換的準確性和及時(shí)性。
高速公路場(chǎng)景的關(guān)鍵技術(shù)
為了抑制多普勒頻移以及同頻干擾，需要在高速公路場(chǎng)景使用一些關(guān)鍵技術(shù)，大唐移動(dòng)在南京TD-LTE機場(chǎng)高速覆蓋時(shí)采用了線(xiàn)性插值算法來(lái)補償頻偏。南京TD-LTE規模試驗網(wǎng)中采用大唐移動(dòng)的系統設備，已經(jīng)全部支持時(shí)域線(xiàn)性插值算法，在高速公路的實(shí)驗中性能穩定。
高速公路場(chǎng)景TD-LTE網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化
高速公路場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化與城區的網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化內容基本相同，也主要是通過(guò)工程優(yōu)化和無(wú)線(xiàn)參數優(yōu)化兩種方式進(jìn)行，工程優(yōu)化主要是調整天線(xiàn)方向角和天線(xiàn)下傾角，以及調整發(fā)射功率來(lái)達到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )覆蓋RSRP和SINR的目的。
南京機場(chǎng)高速規劃建設有40多個(gè)站點(diǎn)，使用兩扇區方式實(shí)現帶狀覆蓋，基站大部分選擇與2G、3G共址的建設方式。試驗網(wǎng)正式測試時(shí)選擇覆蓋較為連續的10個(gè)小區作為測試區域。
建網(wǎng)初期，高速路上RSRP和SINR整體較差，需要深入優(yōu)化。針對機場(chǎng)高速TD-LTE優(yōu)化難題，天線(xiàn)調整是覆蓋優(yōu)化的最主要手段，大堂移動(dòng)對TD-LTE天線(xiàn)方位角、下傾角和智能天線(xiàn)賦形因子進(jìn)行了專(zhuān)項優(yōu)化。
優(yōu)化前后這段區間RSRP小于-100dbm的百分比從31%降到2.4%,SINR小于5db的百分比從8.9%降到0.2%,而大于15db的百分比從55.8%提高到87.6%，優(yōu)化效果明顯，經(jīng)過(guò)此優(yōu)化后在該區間切換成功率由原來(lái)的50%提高到95%以上.
南京機場(chǎng)高速TD-LTE網(wǎng)絡(luò )性能
1.試驗網(wǎng)測試結果
測試是對不同速度下的網(wǎng)絡(luò )性能進(jìn)行測試，主要包含切換成功率和業(yè)務(wù)建立成功率。
在100km/h的速度下，5個(gè)用戶(hù)同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)，5部終端同時(shí)在一部測試車(chē)上保持業(yè)務(wù)進(jìn)行切換測試，往返5圈，共進(jìn)行481次切換，成功率為98.97%。
通過(guò)對高速場(chǎng)景的性能測試，TD-LTE在高速公路組網(wǎng)的可行性被驗證。主要結論如下。
● TD-LTE系統可以在高速公路場(chǎng)景（120km/h速度）正常工作。
● 在覆蓋并非理想的情況下，實(shí)測運動(dòng)狀態(tài)下多用戶(hù)小區平均吞吐量大約為下行10M~12Mbit/s，上行6M~8Mbit/s。如果覆蓋進(jìn)一步改善，小區吞吐量可進(jìn)一步提升。
● 測試中大唐基站開(kāi)啟了高速算法，對信道估計進(jìn)行了線(xiàn)性插值，終端和系統的現有實(shí)現可以滿(mǎn)足高速公路場(chǎng)景下的解調性能需求。
● 網(wǎng)絡(luò )的KPI性能測試結果，切換成功率、建立成功率都大于95%，可以達到組網(wǎng)要求。
2.機場(chǎng)高速業(yè)務(wù)體驗
2012年5月，江蘇移動(dòng)在機場(chǎng)高速進(jìn)行了TD-LTE的業(yè)務(wù)體驗。機場(chǎng)高速TD-LTE業(yè)務(wù)主要通過(guò)在機場(chǎng)大巴上安裝CPE，將TD-LTE信號轉化為Wi-Fi信號，用戶(hù)利用智能手機、平板電腦或筆記本電腦通過(guò)Wi-Fi接入LTE網(wǎng)絡(luò )，提前免費在機場(chǎng)大巴上享受LTE高速寬帶業(yè)務(wù)體驗。
在實(shí)際多用戶(hù)接入體驗情況下，小區下行吞吐量可達20Mbit/s，單用戶(hù)下行吞吐量1Mbit/s以上，視頻流播放順暢。
TD-LTE突破了現有網(wǎng)絡(luò )架構，大幅提高了網(wǎng)絡(luò )速率，減少了時(shí)延，為用戶(hù)帶來(lái)了全新的業(yè)務(wù)體驗。高速公路作為一種典型的組網(wǎng)應用場(chǎng)景，在信號處理、網(wǎng)絡(luò )規劃以及網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化等方面都需要有針對性的考慮和處理。上述的實(shí)際組網(wǎng)研究與測試，驗證了TD-LTE在高速公路場(chǎng)景下的組網(wǎng)能力和可行性，為后續的網(wǎng)絡(luò )建設、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化積累了經(jīng)驗。同時(shí)本文作者也對參與試驗網(wǎng)建設和測試優(yōu)化的各位同事以及合作廠(chǎng)家工程師表示感謝。
