大唐移动TD-LTE高速公路覆盖方案

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高速公路作为一种典型的应用场景，在高速运动引入的多普勒频移、频繁切换、穿透损耗等方面都比城区环境面临更大挑战。

大唐移动作为TD-LTE标准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。

高速场景面临的主要问题

高速公路场景下面临的几大难点问题为：

● 高速移动引起的多普勒频移；

● 频繁切换；

● 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。

高速公路场景的网络规划

1.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。

2.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。

3.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。

高速公路场景的关键技术

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TD-LTE网络优化

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。

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，大堂移动对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.

南京机场高速TD-LTE网络性能

1.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，5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，TD-LTE在高速公路组网的可行性被验证。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10M~12Mbit/s，上行6M~8Mbit/s。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。

2.机场高速业务体验

2012年5月，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Wi-Fi信号，用户利用智能手机、平板电脑或笔记本电脑通过Wi-Fi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20Mbit/s，单用户下行吞吐量1Mbit/s以上，视频流播放顺畅。

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。上述的实际组网研究与测试，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。同时本文作者也对参与试验网建设和测试优化的各位同事以及合作厂家工程师表示感谢。