high-speed railway coverage TD-LTE link budget
1 引言
经过10多年的高速铁路建设，我国目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网，总里程达到10 463公里，“四纵”干线基本成型，运营里程约占世界高铁运营里程的45%，稳居世界高铁里程榜首。
伴随着高铁的建设，我国通信运营商也积累了较为丰富的高铁无线网络建设经验，在武广、广深港等运营铁路上已有成熟的2G/3G覆盖运营实例。然而目前方案仅限于2G/3G的应用，仍然存在带宽不足的问题，未能满足用户对高速数据业务的需求。TD-LTE网络的商用为数据业务的承载提供了一个更宽阔的平台，高铁沿线部署TD-LTE网络将是下一步高铁无线网建设的必然趋势。
由表1可见，随着车速的不断提高，最大频偏值越来越大，多普勒频移的影响也越来越明显。多普勒频移的最大影响是造成接收机解调性能的下降，直接影响到小区选择、小区重选和切换等性能。
对于TD-LTE频段，由于多普勒频移较大，一般设备厂商都会有相应的频偏校正技术。目前业内各厂家TD-LTE设备均支持频偏校正技术，容忍能力为1 400—2 000Hz，能够满足高速铁路场景下的多普勒频偏校正需求。而鉴于D频段频偏范围更大，建议采用F频段进行高速铁路覆盖，以降低多普勒频移对接收机的影响。
2.2 切换影响分析
在高铁场景下，由于列车运行速度非常快，用户将快速地从一个小区进入到另一个小区，从而造成频繁切换，这样一方面会给网络资源带来很大的压力，另一方面为保证高速运行下的切换成功率带来了很大难度。
针对频繁切换的问题，目前主流做法是采用光纤拉远组网和小区合并技术，将相邻若干个子小区合并成一个小区，这样同小区内将不存在切换，从而在整个路段减少切换次数，同时也降低了切换失败的可能性。
为保证移动终端的切换和通话质量，相邻小区需要有一定的信号重叠覆盖区。列车在高速运行情况下，需设计足够的重叠覆盖区长度，以确保移动终端有足够的时间完成切换。切换重叠覆盖区长度由切换时间和列车运行速度决定。从试验网的测试来看，TD-LTE系统的切换时延在200ms以内、切换带的距离控制在100m以内即可，按照现有铁路覆盖的重叠接入方式，需保留1个发射点进行双路馈入。
2.3 车体损耗分析
高速铁路运行的车辆一般为CRH车型，该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4种。广东境内铁路目前行驶的CRH多为CRH1、CRH2和CRH3型列车。
CRH列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗。在规划设计时，为保证有足够的冗余度，应选取车体损耗最大的CRH1车型（庞巴迪列车）进行考虑，即车体损耗取24dB。
根据中国移动对TD-LTE边缘速率的规定，TD-LTE网络需保障为小区边缘用户提供最小上行500kbps、下行1Mbps的传输速率。根据上述的上下行链路预算可以得出，高铁沿线隧道外TD-LTE基站覆盖半径在F频段组网时应取731m、D频段组网时应取552m，考虑两发射点间应有100～150m的信号重叠区，故建议TD-LTE系统隧道外的发射点间距在F频段组网时应取1 000～1 300m、D频段组网时应取800～900m。
3.2 隧道内链路预算
假定TD-LTE网络在隧道内仍能提供与隧道外同样的边缘服务等级，即上行500kbps、下行1Mbps。由上述的隧道外链路预算结果可知，TD-LTE网络应为上行业务受限，故隧道内链路预算只需满足上行512kbps业务即可。
结合隧道外链路预算结果，TD-LTE隧道内链路预算各参数取值如下：
（1）eUE EIRP为23dBm；
（2）eNodeB接收灵敏度为104.5dBm；
（3）阴影衰落余量为5.9dB；
（4）在2 600MHz频段2m距离的耦合损耗和主干损耗为70dB；
（5）宽度因子取定为20lg8/2=12dB；
（6）车体损耗取定为10dB（泄漏电缆挂高在与车窗平齐的位置，穿透损耗主要考虑穿透玻璃的情况）；
（7）瑞利衰落余量取定为7dB；
（8）POI插损取定为5.5dB；
（9）功分器插损取定为3dB。
根据以上参数取定进行链路预算，得出高铁沿线隧道中允许的泄漏电缆最大长度建议值如下：
（1）TD-LTE系统（F频段）：370m；
（2）TD-LTE系统（D频段）：230m。
3.3 系统仿真
对国内某条高速铁路的建设方案进行仿真验证，该铁路采取专网覆盖建设，覆盖发射点间距为500m，天线距铁轨距离为100m左右。对应以上的链路预算结果，此建设方案能满足TD-LTE的覆盖需求，并提供边缘速率上行500kbps、下行1Mbps的服务。
对此专网方案进行TD-LTE网络覆盖情况仿真，其结果如图1所示：
4 结束语
本文主要针对高速铁路TD-LTE网络覆盖进行研究，通过链路预算提出高速铁路部署TD-LTE网络时所需的站间距要求，并通过系统仿真，获得在此站间距范围内的铁路沿线RSRP、服务等级及吞吐量等规划数据，从而论证站间距建议的正确性。实践证明，本文提出的站间距要求以及仿真结果对高速铁路的TD-LTE网络规划建设具有指导意义。
参考文献：
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