高速铁路场景下TD—SCDMA和TD—LTE的联合覆盖技术研究.pdfVIP

高速铁路场景下TD—SCDMA和TD—LTE

的联合覆盖技术研究

本文结合TD-SCDMA和TD-LTE技术，分析了2种制式在高

速铁路场景下的特点及相应的覆盖技术，同时深入探讨了高速

铁路场景下列车的多普勒频移和链路预算的特点，针对性的提

出了可能的频率补偿技术和穿透损耗准确数值，为高速铁路

TD-SCDMA和TD-LTE的联合覆盖找到了理论计算依据。

多普勒频移小区合并链路预算高铁列车穿透损耗

我国铁路经过几次大幅度的提速后，列车运行速度越来越

快。目前正在运行的高速铁路包括武广高铁、郑西高铁、京津

高铁、京沪高铁以及京石高铁列车速度已经达到了350km/h，

这标志着我国高速铁路已经达到了世界先进水平。列车速度的

提升和新型车厢的出现带来了高效和舒适，同时对高速环境下

通信服务的种类和质量的要求也越来越高，这无疑对铁路无线

通信提出了更为苛刻的要求。

高速铁路的无线通信环境包罗万象，除了城市和平原，还

有高山、丘陵、戈壁、沙漠、桥梁和隧道。可以说涵盖了几乎

所有的无线通信场景。所以，如何在高速移动环境下保持好的

网络覆盖和通信质量，是对目前TDSTD-LTE技术的挑战。

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一、覆盖关键技术

对于移动通信系统而言，当移动终端速度达到350km/h以

后，则需要考虑以下关键技术。

第一，高速列车使用的传播模型；第二，列车的高速移动

使得多普勒频移效应明显；第三，列车的高速移动使得终端频

繁的切换；第四，高速列车强度的加大使得电波的穿透损耗也

进一步增加；第五，高铁覆盖网络和公网之间的相互影响。

（1）传播模型。在无线网络规划中，通常使用经验的传

播模型预测路径损耗中值，目的是得到规划区域的无线传播特

性。高铁使用的传播模型，在整个网络规划中具有非常重要的

作用。传播模型在具体应用时，必须对模型中各系数进行必要

的修正，它的准确度直接影响无线网络规划的规模、覆盖预测

的准确度，以及基站的布局情况。（2）多普勒频移效应。高

速覆盖场景对LTE系统性能影响最大的效应是多普勒效应。当

电磁波发射源与接收器发生相对运动的时候，会导致所接收到

的传播频率发生改变。当运动速度达到一定阀值时，将会引起

传输频率的明显改变，这称之为多普勒频移。多普勒频移将使

接收机和发射机之间产生频率偏差，而且多普勒频移会影响上

行接入成功率、切换成功率还会对系统的容量和覆盖产生影

响。（3）小区切换。对于高速移动的终端而言。高速移动会

造成终端在小区之间的快速切换。而高速移动的终端频繁的切

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换会对系统的性能产生较大的影响，因此必须解决在高铁通信

建设中的小区切换问题。为保证用户无缝移动性及QoS要求：

最基本的要求就是需要保证用户通过切换区域的时间一定要大

于切换的处理时间，否则切换流程无法完成，会造成用户因切

换不及时而导致掉话，影响用户的正常使用。（4）穿透损

耗。高速铁路列车采用密闭箱体设计，车体对无线信号的穿透

损耗较高。不同车型的火车车厢穿透损耗差异很大，全封闭的

新型列车比普通列车穿透损耗大5-10dB。高铁覆盖链路预算

的取值应按未来可能采用的车体类型的损耗考虑以满足、兼容

对全系列高速列车的覆盖要求。（5）公网和高铁覆盖。若在

现网上采用小区分裂方式来覆盖高铁，则资源利用率较高，成

本相对较低，但是现网很难兼顾一般场景和高速场景的通信需

求。对于网优部门来说，优化难度非常大。而当使用专网覆盖

高速铁路时，有利于切换带的设计，可以很好提高通信质量，

有利于应用专用于高速场景的无线资源管理算法、切换和重选

策略和网络参数值，从而更好地提高整个网络的质量。

二、高速铁路覆盖方法

（1）无线传播模型

在无线网络规划中不同的传播模型可应用于不同的无线场

景。在这些模型中，影响电波传播的一些主要因素，如收发天

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线距离、天线相对高度和地型地貌因子等，都作为路径损耗预

测公式的变量或函数。

（2）多普勒效应

TD-SCDMA频段范围内典型的多普勒频偏如图1