TD网络建设中特殊场景的综合解决方案

1、引言

    中国移动承担了在全国八个城市建设TD-SCDMA试验网的任务，目前，试验网的建设正在紧张进行中。在环境复杂、场景多样的情况下提供具有针对性的综合解决方案，同时保证优质的网络覆盖，是网络建设中必须面对和解决的问题。本文在众多建网问题中选取具有代表性的两个问题——高速公路/铁路和大型高档住宅小区覆盖，来进行解决方案的探讨。

    2、高速公路/铁路场景覆盖

    随着用户移动速度的不断提高，例如“和谐号”列车时速已达200km以上，为了确保高速公路/铁路的沿线覆盖，提高TD-SCDMA在时速250km/h左右的覆盖性能，已成为当务之急。

    多普勒效应和快速切换带来的影响是高速移动环境下必须解决的两大难题，速度越快，影响越大，解决难度也越大，对技术的要求也越高。如果不采取措施，通信质量将严重恶化，甚至掉线。除了在基带处理和智能天线等算法上进行优化以外，在建设中做好网络规划也是解决问题的关键。

    2.1　设备的选择

    在设备选型上，采用分布式光纤基站BBU+RRU组网设备。优点是在某一区域可以只放置一个BBU，链接多个RRU进行沿路覆盖，同时RRU具备级联功能，通过级联的方式能够节省光纤，提供灵活的建网方式。

    2.2　天线的选择

    在天线的选择上，根据仿真和实际测试结果，6阵元天线与8阵元天线相比，在上行覆盖，下行覆盖和公用信道覆盖方面均存在一定差异。因此，对于高速路的覆盖，为保持较好的性能，建议选用8阵元天线。

    2.3　基站布置

    基站布置可以分布在铁路沿线两侧，也可以单侧分布，没有优劣之分，完全根据传播环境和地形决定。

    2.4　与覆盖沿线距离考虑

    由于多普勒频偏和穿透损耗，要考虑到发射天线到覆盖对象（高速铁路和高速公路）的距离。根据多普勒的频偏特性，同样的运动速度下，基站与道路的垂直距离越长，有效的固定Doppler频偏越小，越有利于基带解调。

    由于高速铁路的平均时速要高于高速公路的平均时速，在同样条件下（距离，偏移角度），高速铁路的Doppler频偏要大于高速公路，因此，设计基站距离高速铁路的垂直距离要稍稍大于基站距离高速公路的垂直距离，以便取得较好的基带解调性能。

    研究表明，穿透损耗与电波的入射夹角有对应关系，在电波垂直于障碍物时，穿透损耗最小，随着电波逐渐斜向入射障碍物，电波经过该障碍物的损耗也增大。在高速铁路和公路的场景中，要考虑列车和汽车本身的穿透损耗。因此需要基站与覆盖沿线保持一定距离，以保证天线旁瓣波束射入车体时，穿透损耗不会太大。不失一般性，基站与该基站在高速铁路覆盖半径边缘的连线与覆盖对象应至少有30°夹角存在。

    相对而言，公路运行车辆的封闭性、车体构造和厚度等方面决定了在同等条件下公路运行车辆的穿透损耗要小于铁路机车。因此对天线方向性的设计要求要降低。

    2.5　切换问题

    在超高速移动的情况下，当多普勒效应引发的同频邻区相对频偏大于一定门限时，连接状态下的用户终端测量不到同频邻区，无法触发接力切换，导致接力切换无用武之地。此时，采用异频硬切换方案来对抗多普勒频偏效应，比接力切换方案更能保证连续覆盖。

    此外，切换区域的设计对切换有非常重要的影响。切换区域过小就会因为无法满足切换时延的要求而导致切换失败。过小的重叠覆盖区，通常容易使无线链路在目标小区重配置成功之前就已经与源小区失步了，导致切换流程在物理信道重配置阶段失败。根据切换启动门限参数的设计，以及完成切换流程所需时间的保守统计，估算切换区所需的重叠覆盖区域大小，两个小区覆盖重叠区域设计得足够大，才能保证UE将满足切换条件的测量事件上报之后，UE有足够的时间跨越整个重叠覆盖区。

    假定高速用户的最高移动速度为250km/h，每秒移动的距离为69m。而根据设备性能，硬切换所需时延平均为1000ms（从测量控制消息上发到物理信道重配完成），那么所需要规划切换区域应该大于69m的范围；切换是双向进行的，因此切换带应该是138m，同时应该加上从信号场强相同区域（小区边界）向两侧强场过渡的区域。这样切换带加上过渡区域构成了道路的重叠覆盖区。如图1所示。

图1　切换区域示意图

    3、大型高档住宅小区的覆盖

    随着中国经济的发展，各地的居民小区数目迅速增长，住宅的密度也不断增加。对于城市大量的移动手机用户来说，由于建筑物的遮挡，居民区的部分区域会出现信号盲区或信号弱的情况，直接影响手机用户的网络体验。同时，一些高档居民小区的高端用户多，单用户话务量大，这些区域对于网络容量也有很高的要求。如何解决居民区的信号覆盖和网络容量问题，已经成为移动网络运营商日益关注的课题。

    一般来说，通过室内分布系统的建设可以解决居民区的网络覆盖和容量问题。但是居民区或者居民小区由于受到物业因素、业主因素或者投资成本等多种因素的影响，不一定都能够实现完整的室内分布系统。因此，对于不同的居民区，需要针对不同的条件选择不同的解决方案。

    3.1　别墅小区的覆盖

    别墅小区楼层低，楼宇之间间距宽阔，高端用户多，对网络质量要求高。覆盖重点主要是住宅内部，由于别墅一般采用砖墙，可以通过室外信源对室内进行信号覆盖，推荐使用BBU+RRU+全向伪装天线的方式进行覆盖。

    3.2　高层住宅小区的覆盖

    高层住宅小区一般位于密集市区，楼层高，有电梯、地下停车场等特殊区域，高端用户多，对服务质量要求高。由于一般采用混凝土结构，楼板厚度大，采用室外信号穿透覆盖的效果差，而且电梯一般在建筑物中间，一般为信号盲区，室外信号无法穿透，因此一般首选建立室内分布系统来实现信号覆盖，同时可以适用这种小区的高话务量的要求。室内分布系统推荐采用大容量基带池BBU+RRU+室内分布系统方式，解决覆盖和容量问题。对于建筑物的电梯，一般利用单独的RRU通道来解决。对于地下停车场，如果地下停车场为与居民住宅合为一体，可以共享楼层底部的RRU实现信号覆盖；如果地下停车场为独立建筑，可以通过光纤拉出专门的RRU通道或通过直放站进行覆盖。

    3.3　小高层建筑的覆盖

    小高层建筑在新建的城市建筑中占据了很大的比重，建筑物一般为板状结构，可以通过外部信号照射实现建筑物内部的覆盖。小高层建筑的高层信号质量一般比低层要好。在小高层建筑内部建立室内分布系统的难度比较大，投资也比较高，所以一般考虑在小区的公用地面建立分布系统。通过光纤分布系统可以有效解决馈缆损耗问题，而且光纤布线的施工量也比较小。小高层住宅小区主要的解决方案通过BBU+单通道RRU+伪装天线解决覆盖。如果小区只是低层信号不好（6层以下），推荐采用灯杆天线实现低层的信号覆盖；如果低层和高层信号都不好，一般在地面安装伪装天线，天线采用上倾角，从而同时实现低层和高层的覆盖。

    另外一种情况，小区里已经建立了GSM的小区覆盖系统，由于物业原因或者业主原因，在小区里改造光纤分布系统比较困难。在这种情况下，我们可以考虑使用大功率单通道RRU设备和GSM信源在机房处合路，通过已有的馈缆系统实现小区的信号覆盖。这种方式的优势在于无须在住宅小区的地面施工，在很短的时间内实现小区的TD-SCDMA信号覆盖。

    3.4　案例

    以某小区覆盖试点为例，介绍小区覆盖的解决方案。该案例采用了小容量基带池BBU+单通道RRU的模式进行覆盖，测试结果良好，达到设计要求。

    在该案例中，采用灯杆状天线，主要完成6层以下的信号覆盖。设计中采用了“多天线，小功率”的设计思想，每栋建筑都可以视距看到分布天线，保证室内覆盖只经过一次穿透损耗，如图2、图3所示。

图2　设备分布示意图

图3　天线功率分布示意图

    4、总结

    本文提到的综合解决方案只是实际网络建设中各类特殊场景中的一部分，实际网络建设中遇到的特殊场景是非常多样的，但通过分析，都能找到一定的相通性，可以通过建立模型进行仿真研究。总之，要打造精品TD-SCDMA网络，需要采取多种有效手段，提出最优的综合组网解决方案。