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大唐移动南京TD-LTE覆盖高速公路场景

高速公路作为一种典型的应用场景,需要面对多普勒频移、频繁切换、穿透损耗等方面的挑战。高速公路场景下TD-LTE组网覆盖方案包括网络规划、关键技术应用、网络优化以及高速场景网络性能等几方面,为后续的TD-LTE高速场景组网积累了经验。

TD-LTE是我国自主知识产权的通信标准,是TD-SCDMA的后续演进技术,被称为3.9G通信标准。2012年1月,TD-LTE的演进技术TD-LTE-Advanced正式被国际电联(ITU)确定为4G国际通信标准。大唐移动作为TD-LTE标准的提出者和主流设备厂商,承担了TD-LTE南京实验网的测试验证,建设了唯一的高速公路(南京机场高速)覆盖网络,完成了高速公路场景的组网方案和相关测试验证,并于今年的5•17世界电信日期间,同江苏移动一起为普通民众提供了高速公路上的TD-LTE高速上网业务体验。

高速场景面临难题

高速公路场景下面临几大难点问题:第一,高速移动引起多普勒频移。第二,频繁切换。高速公路移动通信网沿着高速公路建设,由于高速行驶,会导致终端频繁跨越小区,在不同基站小区间频繁发生重选或切换,容易导致业务掉线和脱网,从而导致用户感知下降。第三,穿透损耗和阴影衰落。由于终端主要分布在高速移动的车辆中,车体对无线信号具有一定的穿透损耗,不同类型的车穿透损耗不同,一般在8~12dB。此外,一些高速公路旁还会种植绿化树木,从而对无线信号在高速公路的覆盖带来遮挡,形成阴影衰落,这种损耗一般在3~5dB,比如南京机场高速就是这样。

要使TD-LTE系统在高速公路场景能具有很好的无线覆盖和业务体验,必须通过网络规划或技术手段解决上述问题。

针对性网络规划

采用小区合并的组网方案

采用TD-LTE室外宏基站对高速公路沿线进行覆盖,每个基站为S11配置,两个扇区背向覆盖,分布覆盖基站位置两侧的高速路。为了避免频繁切换和重选,使用小区合并技术增加单小区的覆盖区域半径,减少小区间的切换和重选。

南京机场高速公路场景采用单站的2个RRU间小区合并,如图1所示。

频率使用规划

高速公路场景下存在严重的多普勒频移,且要克服车体穿透损耗,这两个指标都与使用的频率有关,频率越低,多普勒频移越小,穿透损耗也越小,从而系统的性能会越好;反之,则越差。因此在进行高速公路场景组网覆盖时,要尽可能采用低频段进行覆盖。

邻区规划

由于高速公路主要是采用线状覆盖,在进行邻区规划时,每个小区一般只规划两个邻区,分别为在高速公路沿线上本小区两侧的各一个小区,这样可以减少终端的测量时间,增加切换的准确性和及时性。

深入网络优化

为了抑制多普勒频移以及同频干扰,需要在高速公路场景使用一些关键技术,大唐移动在南京TD-LTE机场高速覆盖时采用了线性插值算法来补偿频偏。南京TD-LTE规模试验网中采用大唐移动的系统设备,已经全部支持时域线性插值算法,在高速公路的实验中性能稳定。

高速公路场景的网络优化与城区的网络优化内容基本相同,也主要是通过工程优化和无线参数优化两种方式进行,工程优化主要是调整天线方向角和天线下倾角,以及调整发射功率来达到优化网络覆盖RSRP和SINR的目的。

南京机场高速规划建设有40多个站点,使用两扇区方式实现带状覆盖,基站大部分选择与2G、3G共址的建设方式。试验网正式测试时选择覆盖较为连续的10个小区作为测试区域,如图2所示。

建网初期,高速路上RSRP和SINR整体较差,需要深入优化。针对机场高速TD-LTE优化难题,天线调整是覆盖优化的最主要手段,需要对TD-LTE天线方位角、下倾角和智能天线赋形因子进行了专项优化。

优化前后这段区间RSRP小于-100dbm的百分比从31%降到2.4%,SINR小于5db的百分比从8.9%降到0.2%,而大于15db的百分比从55.8%提高到87.6%,优化效果明显,经过此优化后在该区间切换成功率由原来的50%提高到95%以上。

性能与体验均令人满意

试验网测试结果

测试是对不同速度下的网络性能进行测试,主要包含切换成功率和业务建立成功率。在100km/h的速度下,五个用户同时进行业务,5部终端同时在一部测试车上保持业务进行切换测试,往返5圈,共进行481次切换,成功率为98.97%。

通过对高速场景的性能测试,验证了TD-LTE在高速公路组网的可行性。主要结论如下:

TD-LTE系统可以在高速公路场景(120km/h速度)正常工作。

在覆盖并非理想的情况下,实测运动状态下多用户小区平均吞吐量大约为:下行在10至12Mbps,上行在6至8Mbps。如果覆盖进一步改善,小区吞吐量可进一步提升。

测试中大唐基站开启了高速算法,对信道估计进行了线性插值,终端和系统的现有实现可以满足高速公路场景下的解调性能需求。

网络的KPI性能测试结果,切换成功率、建立成功率都大于95%,可以达到组网要求。

机场高速业务体验

2012年5月,在世界电信日到来之际,江苏移动在机场高速进行了TD-LTE的业务体验。机场高速TD-LTE业务主要通过在机场大巴上安装CPE,将TD-LTE信号转化为WIFI信号,用户利用智能手机、平板电脑或笔记本电脑通过WIFI接入LTE网络,提前免费在机场大巴上享受LTE高速宽带业务体验。

在实际多用户接入体验情况下,小区下行吞吐量可达20Mbps,单用户下行吞吐量1Mbps以上,视频流播放顺畅。图3是南京机场高速TD-LTE业务体验现场。

TD-LTE突破了现有网络架构,大幅提高了网络速率,减少了时延,为用户带来了全新的业务体验。高速公路作为一种典型的组网应用场景,在信号处理、网络规划以及网络优化等方面都需要有针对性的考虑和处理。通过实际组网的研究与测试,验证了TD-LTE在高速公路场景下的组网能力和可行性,为后续的网络建设、产品开发、网络优化积累了经验。

 
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