高速公路作為一種典型的應(yīng)用場(chǎng)景，在高速運(yùn)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(qū)環(huán)境面臨更大挑戰(zhàn)。
大唐移動(dòng)作為TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)提出者和主流設(shè)備廠商，承擔(dān)了TD-LTE南京實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試驗(yàn)證，建設(shè)了唯一的高速公路（南京機(jī)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(cè)試驗(yàn)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(yàn)。
高速場(chǎng)景面臨的主要問題
高速公路場(chǎng)景下面臨的幾大難點(diǎn)問題為：
● 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)的車輛中，車體對(duì)無線信號(hào)具有一定的穿透損耗，不同類型的車穿透損耗不同，一般在8~12dB。此外，一些高速公路旁還會(huì)種植綠化樹木，從而對(duì)無線信號(hào)在高速公路的覆蓋帶來遮擋，形成陰影衰落，這種損耗一般在3~5dB，比如南京機(jī)場(chǎng)高速就是這樣。
要使TD-LTE系統(tǒng)在高速公路場(chǎng)景能具有很好的無線覆蓋和業(yè)務(wù)體驗(yàn)，必須通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃或技術(shù)手段解決上述問題。
高速公路場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃
1.采用小區(qū)合并的組網(wǎng)方案
采用TD-LTE室外宏基站對(duì)高速公路沿線進(jìn)行覆蓋，每個(gè)基站為S11配置，兩個(gè)扇區(qū)背向覆蓋，分布覆蓋基站位置兩側(cè)的高速路。為了避免頻繁切換和重選，使用小區(qū)合并技術(shù)增加單小區(qū)的覆蓋區(qū)域半徑，減少小區(qū)間的切換和重選。
南京機(jī)場(chǎng)高速公路場(chǎng)景采用單站的2個(gè)RRU間小區(qū)合并，如圖1所示。
2.頻率使用規(guī)劃
高速公路場(chǎng)景下存在嚴(yán)重的多普勒頻移，且要克服車體穿透損耗，這兩個(gè)指標(biāo)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(tǒng)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(qū)規(guī)劃
由于高速公路主要是采用線狀覆蓋，在進(jìn)行鄰區(qū)規(guī)劃時(shí)，每個(gè)小區(qū)一般只規(guī)劃兩個(gè)鄰區(qū)，分別為在高速公路沿線上本小區(qū)兩側(cè)的各一個(gè)小區(qū)，這樣可以減少終端的測(cè)量時(shí)間，增加切換的準(zhǔn)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(jī)場(chǎng)高速覆蓋時(shí)采用了線性插值算法來補(bǔ)償頻偏。南京TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)中采用大唐移動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)備，已經(jīng)全部支持時(shí)域線性插值算法，在高速公路的實(shí)驗(yàn)中性能穩(wěn)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(qū)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化內(nèi)容基本相同，也主要是通過工程優(yōu)化和無線參數(shù)優(yōu)化兩種方式進(jìn)行，工程優(yōu)化主要是調(diào)整天線方向角和天線下傾角，以及調(diào)整發(fā)射功率來達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋RSRP和SINR的目的。
南京機(jī)場(chǎng)高速規(guī)劃建設(shè)有40多個(gè)站點(diǎn)，使用兩扇區(qū)方式實(shí)現(xiàn)帶狀覆蓋，基站大部分選擇與2G、3G共址的建設(shè)方式。試驗(yàn)網(wǎng)正式測(cè)試時(shí)選擇覆蓋較為連續(xù)的10個(gè)小區(qū)作為測(cè)試區(qū)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(duì)機(jī)場(chǎng)高速TD-LTE優(yōu)化難題，天線調(diào)整是覆蓋優(yōu)化的最主要手段，大堂移動(dòng)對(duì)TD-LTE天線方位角、下傾角和智能天線賦形因子進(jìn)行了專項(xiàng)優(yōu)化。
優(yōu)化前后這段區(qū)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)過此優(yōu)化后在該區(qū)間切換成功率由原來的50%提高到95%以上.
南京機(jī)場(chǎng)高速TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能
1.試驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果
測(cè)試是對(duì)不同速度下的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)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)用戶同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)，5部終端同時(shí)在一部測(cè)試車上保持業(yè)務(wù)進(jìn)行切換測(cè)試，往返5圈，共進(jìn)行481次切換，成功率為98.97%。
通過對(duì)高速場(chǎng)景的性能測(cè)試，TD-LTE在高速公路組網(wǎng)的可行性被驗(yàn)證。主要結(jié)論如下。
● TD-LTE系統(tǒng)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(cè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下多用戶小區(qū)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(qū)吞吐量可進(jìn)一步提升。
● 測(cè)試中大唐基站開啟了高速算法，對(duì)信道估計(jì)進(jìn)行了線性插值，終端和系統(tǒng)的現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)可以滿足高速公路場(chǎng)景下的解調(diào)性能需求。
● 網(wǎng)絡(luò)的KPI性能測(cè)試結(jié)果，切換成功率、建立成功率都大于95%，可以達(dá)到組網(wǎng)要求。
2.機(jī)場(chǎng)高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)
2012年5月，江蘇移動(dòng)在機(jī)場(chǎng)高速進(jìn)行了TD-LTE的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。機(jī)場(chǎng)高速TD-LTE業(yè)務(wù)主要通過在機(jī)場(chǎng)大巴上安裝CPE，將TD-LTE信號(hào)轉(zhuǎn)化為Wi-Fi信號(hào)，用戶利用智能手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦通過Wi-Fi接入LTE網(wǎng)絡(luò)，提前免費(fèi)在機(jī)場(chǎng)大巴上享受LTE高速寬帶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
在實(shí)際多用戶接入體驗(yàn)情況下，小區(qū)下行吞吐量可達(dá)20Mbit/s，單用戶下行吞吐量1Mbit/s以上，視頻流播放順暢。
TD-LTE突破了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，大幅提高了網(wǎng)絡(luò)速率，減少了時(shí)延，為用戶帶來了全新的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。高速公路作為一種典型的組網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，在信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面都需要有針對(duì)性的考慮和處理。上述的實(shí)際組網(wǎng)研究與測(cè)試，驗(yàn)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(xù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化積累了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)本文作者也對(duì)參與試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和測(cè)試優(yōu)化的各位同事以及合作廠家工程師表示感謝。
