高速鐵路的CDMA覆蓋關(guān)鍵

標(biāo)簽：多普勒頻移  CDMA

中國(guó)鐵路已步入高速時(shí)代，預(yù)計(jì)2020年，200km/h速率以上的中國(guó)高速鐵路將超過(guò)1.8萬(wàn)公里。如何在高速移動(dòng)的環(huán)境下為用戶提供良好的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是自有高速鐵路以來(lái)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商一直在進(jìn)行研究解決的問(wèn)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(wèn)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(gè)標(biāo)志性因素

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

多普勒頻移

多普勒頻移問(wèn)題是指在高速移動(dòng)的情況下，接收端的信號(hào)頻率會(huì)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(duì)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(hào)的載波同頻，載波頻率的抖動(dòng)對(duì)接收機(jī)的解調(diào)性能產(chǎn)生影響;同時(shí)，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(jì)算得到接收機(jī)允許的最大移動(dòng)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(shí)速，芯片解調(diào)容限滿足要求。

◆ 對(duì)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。可考慮在鏈路預(yù)算時(shí)在原有的Eb/Nt取值上增加3dB。

切換問(wèn)題

切換問(wèn)題是指高速移動(dòng)導(dǎo)致切換時(shí)更易掉話，對(duì)切換的要求遠(yuǎn)高于普通場(chǎng)景。

在切換區(qū)大小不變的前提下，速度越快的終端穿過(guò)切換區(qū)的時(shí)間越小。因此，當(dāng)終端的移動(dòng)速度足夠快，以至于穿過(guò)切換區(qū)的時(shí)間小于系統(tǒng)處理的軟切換最小時(shí)延，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致掉話產(chǎn)生。在對(duì)高速鐵路覆蓋基站的參數(shù)設(shè)置時(shí)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(shí)的切換需求。最小切換區(qū)的大小可根據(jù)列車時(shí)速大小與軟切換時(shí)延計(jì)算而得。軟切換時(shí)延一般取300ms，因此，最小切換區(qū)大小主要取決于列車移動(dòng)速度。

目前的高鐵設(shè)計(jì)最高時(shí)速為350km/h，根據(jù)公式計(jì)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(wú)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(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口、大連6個(gè)地市，全長(zhǎng)553km。為雙線電氣化鐵路，平均時(shí)速200km/h以上。2011年竣工通車。沈大高鐵內(nèi)共設(shè)有15個(gè)車站。

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

覆蓋問(wèn)題的解決

◆ 多普勒頻移問(wèn)題的解決

高鐵覆蓋中對(duì)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shí)要使得最大多普勒頻移變化率不超過(guò)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。