1、华为高铁LTE无线网络覆盖方案,目录,目录,高铁移动通信概述,华为高铁无线解决方案,2,1,高铁无线网络规划,3,华为LTE高铁覆盖案例,4,铁路快速化/信息化已成为趋势,“十二五”铁路发展目标：基本建成快速铁路网，营业里程达4万公里以上，基本覆盖省会及50万人口以上城市,推进技术现代化，提高通信信号现代化水平。完善全路骨干、局内干线传输网，建设全路数据通信网。,快速铁路建设已全面铺开,高铁信息化时代已经来临,国家“十二五”铁路计划扩大铁路建设规模，完善铁路网,高铁移动通信的业务特点,3. 运输能力大，单车容纳能力高,1. 高速、环保、便捷,2. 中短途旅行，时间较短,4. 周边环境简单，适宜
2、网络布署,业务多样化,业务需求量大,高端客户比例高,列车运输能力大，且环境舒适，用户业务比例高，整体业务需求较其他场景大,商务人士乘坐比例高，高端客户占比大，对于提升运营品牌具有重要意义,高速通信面临的挑战：穿损大，频偏大，切换频繁,穿透损耗大,01,多普勒频偏,02,切换频繁,03,列车高速运动将引起多普勒频偏，导致接收端接收信号频率发生变化，且频率变化的大小和快慢与列车的速度相关。高速引起的大频偏对于接收机解调性能提升是一个极大的挑战。,由于单站覆盖范围有限，列车高速移动将在短时间内穿越多个小区的覆盖范围，引起频繁的小区间切换，进而影响网络的整体性能。,高速铁路的新型列车采用全封闭车厢结构
3、，车箱体为不锈钢或铝合金等金属材料，车窗玻璃为较厚的玻璃材料，导室外无线信号在高速列车内的穿透损耗较大，给车体内的无线覆盖带来较大困难,高速移动通信面临的挑战,高铁列车穿透损耗差异大,不同列车由于材质以及速度上的差异，其对于无线信号的穿透损耗差别很大,不同的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时，覆盖区边缘信号进入车厢的入射角小，穿透损耗大。实际测试表明，当入射角小于10度以后，穿透损耗增加的斜率变大。,国内高铁列车以CRH为主，车体损耗大,穿透损耗,增大,增大,高速引起多普勒频移及频繁切换,，其中 为车速， 为光速， 为工作频率; 改变基站与
4、铁路间距，可得多普勒频偏与d的关系如下,多普勒效应：列车高速运动将会导致接收端接收信号频率发生变化。频率的变化将降低接收机的解调性能,频繁切换：列车高速移动将在短时间内穿越多个小区的覆盖范围，引起频繁的小区间切换,列车高速移动引起的多普勒频移及频繁切换，对于高铁网络建设是一个极大的挑战,多普勒频移计算方法：,由于高铁列车的穿透损耗，为满足覆盖设计目标单RRU覆盖范围不会太大 在RRU不合并小区的情况下，假设列车以300km/h速度运行，则列车每10秒左右将进行一次小区间切换，频繁的小区切换将极大降低网络的性能。,目录,目录,高铁移动通信概述,华为高铁无线解决方案,2,1,高铁无线网络规划,3,
5、华为LTE高铁覆盖案例,4,高速场景的频偏估计与校正,eNodeB根据接收的上行信号频率进行频偏估计，然后在基带测对频偏信号进行频率校正，提高上行信号解调性能。,RACH检测,PUCCH检测,PUSCH检测,多普勒频移,频偏估计与校正,提升高速场景下的RACH检测性能，保证接入可靠性,采用高速检测算法，提升高速场景下PUCCH的检测性能,减少ICI，提高PUSCH的解调性能,可支持移动速度大于350km/h下的频偏估计及校正,华为TD-LTE频偏估计及校正算法，将最高可支持的移动速度提升到450km/h,高铁组网产品形态,3152-faFA频段,3172FAD频段,双通道F频段,3162FA频
6、段,BBU,DBBP530高集成度大容量基带池,DBBP530C机柜式大容量基带池,双通道D频段,双通道FAD RRU，单RRU同时支持F+D，一次部署解决后续容量问题,FAD三频RRU，覆盖+容量一步到位,刀片式RRU3172：FAD三频合一，覆盖容量一步到位：同时支持FAD频段，其中D频段支持3*20MHz刀片式小巧设计，FA功率2*30W，D功率2*40W，体积重量12L/12KG，多模灵活部署，按需演进,FD跨频段载波聚合，提升单用户体验；智能载波关断，节能减排；支持简单拼叠，向更多制式和更多频段扩展；,华为LTE高铁组网规划,场景:TDS/TD-LTE双模高铁(考虑后续2*20M演进
7、),TDS小区1,PTN,9.8G,GE,1、该场景下BBU最大配置为2UBBPb+3LBBPd ；最大支持12个RRU 2、2*20M时，最大级联数为2级（受限于当前业界最大9.8G的光口速率）; 建议小区合并为4/4/43、采用RRU3172时，该组网方式后续可演进为LTE 2*20M，且无需进行拓扑结构调整,TDL小区1,TDL小区2,TDL小区3,采用RRU3172时，考虑后续高铁2*20M演进，建议单BBU下RRU数量不超过12个，级联数不超过2级,目录,目录,高铁移动通信概述,华为高铁无线解决方案,2,1,高铁无线网络规划,3,华为LTE高铁覆盖案例,4,天线选型及站点布局建议,为
8、了增加单基站的覆盖距离，减少切换次数，高铁场景建议采用高增益窄波瓣天线对进行覆盖。高增益窄波瓣天线通常可以做到增益1821dBi，波瓣宽度约35度。天线方向图示例右图,天线选型建议,站点布局建议,交错站点布局,拐角站点布局,高铁站点的选择应尽量交错分布于铁路两侧，以助于改善切换区域，并利于车厢内两侧用户接收信号质量相对均匀，如右图,规划中，对于在拐角区域应选择拐角内进行站点规划，有助于减小基站覆盖方向和轨道方向夹角，减小多普勒频移的影响，如右图,注：考虑当前高铁站点天面受限，若采用多频合路天线时，天线水平波瓣建议不大于65度，增益18dBi左右,高铁重叠覆盖设计系统内同频切换,合理的重叠覆盖区
9、域规划是实现网络业务连续的基础，重叠覆盖区域过小会导致切换失败，过大则会导致干扰增加，进而影响用户业务感知，因此高铁覆盖规划中要合理设计重叠覆盖区域,高铁专网场景下，同频重叠切换带需求约300m左右,考虑单次切换时，重叠距离= 2* (电平迟滞对应距离+周期上报距离+时间迟滞距离+切换执行距离),200ms,128ms,50ms,A,B,对称,A：过渡区域，信号到满足切换电平迟滞（2dB）需要的距离B：切换区域 200ms： 终端测量上报周期 128ms： 切换时间迟滞 50ms: 切换执行时延，实测时延在50ms以内,考虑2次切换时，重叠距离= 2* (电平迟滞距离+周期上报距离+定时器（5
10、00ms）+周期上报距离+时间迟滞距离+切换执行距离),主邻电平相等位置,满足切换电平要求位置,覆盖,参数,容量,天线,高铁重叠覆盖设计系统内重选,系统内重选需要的重叠覆盖距离需要根据小区重选电平迟滞与时间迟滞来计算，如下,1 s,A,B,对称,A：过渡区域，信号到满足重选电平迟滞（2dB）需要的距离B：重选区域： 切换时间迟滞1s对应的距离,重叠距离= 2* (电平迟滞对应距离+时间迟滞距离),主邻电平相等位置,满足重选电平要求位置,覆盖,参数,容量,天线,高铁重叠覆盖设计系统内异频切换,异频切换以及异系统切换均需要考虑终端的GAP测量，分别计算如下,异频一次切换的重叠距离= 2* (周期上
11、报距离+时间迟滞距离+切换执行距离),异频切换采用A2+A3/A4，异系统切换采用A2+B1，两者信号起测位置需要早于满足切换要求的位置，否则将拉大重叠覆盖需要的距离,覆盖,参数,容量,天线,重叠距离= 2* (周期上报距离+时间迟滞距离),GSM<E高铁重叠覆盖对比,覆盖,参数,容量,天线,GSM考虑二次切换的时长=测量报告滤波时间P/N准则触发切换时间切换倒回时间二次切换时间2222 = 8秒；预留一些保护时间，大约需要810秒，则根据不同时速计算重叠覆盖距离如下,GSM高铁站下重叠覆盖组网方案,双极化天线,双极化天线,RRU,覆盖方向,LTE高铁站间重叠覆盖组网方案,RRU,RRU,
12、双极化天线,双极化天线,覆盖方向,RRU,重叠覆盖区域,GSM与LTE在高铁组网上存在较大差异，下面针对两者的重叠覆盖组网方案进行对比,GSM由于切换时延较长，需要的重叠覆盖距离大，站间耦合方式更有利于增大重叠覆盖带以及平稳切换,GSM与LTE系统存在较大的差异，导致了两个系统对于重叠覆盖的需求不同，两者差异分析如下： LTE系统内的的切换时延远小于GSM，对于增大重叠覆盖的需求相对较小 GSM采用异频组网，LTE采用同频组网，若LTE采用GSM的耦合方式增大重叠覆盖，在切换完成前，目标小区会比服务小区电平持续强9dB左右，同频组网下会可能导致SINR恶化至终端的解调能力以下，导致信令丢失掉线
13、。 若LTE小区间采用耦合方式进行重叠覆盖，采用耦合器的同时还需增加合路器进行不同小区信号合路，器件损耗会导致覆盖范围降低,高铁站间距规划,高铁规划考虑用户位于车内，车内信号电平-110dBm为目标；估算参数设置如下： 阴影衰落余量：郊区场景按照95%的覆盖概率，对应的阴影衰落余量为5.78dB；高铁城区场景按照95%覆盖概率，阴影衰落余量为8.68dB 穿透损耗：根据北京高铁测试穿透损耗平均值，预留23dB余量，F频段考虑27dB，D考虑29dB 小区间站点间距： 小区间站点间距根据前面分析，按照300m重叠覆盖带注：高铁由于线路周边环境空旷，对于穿越密集城区的路段，可考虑采用城区的站点间距
14、进行规划； 对于穿越郊区和一般城区的路段，建议采用郊区场景的站点间距进行规划,郊区场景覆盖半径估算,站点间距（km）,合并小区内站点间距,合并小区间站点间距,高铁站间距估算-双RRU背靠背组网,覆盖,参数,容量,天线,隧道覆盖方案,长隧道覆盖,连续隧道覆盖,泄漏电缆,BBURRU,定向天线,定向天线隧道覆盖方案,泄露电缆隧道覆盖方案,定向天线与泄露电缆覆盖均有各自的优缺点，实际网络中隧道种类繁多，建设中建议采用定向天线+泄露电缆的方式进行覆盖,隧道覆盖方案,隧道内采用泄露电缆进行覆盖，两侧洞口采用定向天线朝外延伸，增大室外宏站与隧道区域的重叠覆盖带区域，保证切换的顺利完成,覆盖,参数,容量,天
15、线,隧道覆盖估算,隧道内重叠覆盖估算方法同宏站，估算结果为350km/h左右时，隧道内小区间重叠覆盖区域约300米左右采用泄露电缆覆盖，F频段小区边界RRU间距建议不大于700m，非小区边界站点间距不大于1 km；对于中小型隧道，建议隧道覆盖区域RRU合并为一个小区，以避免隧道内的小区切换,PLmax=PRRU(LPOI+Pdes+L1+L2+L3+L4); 各参数说明如下：PRRU：RRU的输出功率LPOI：POI系统的插损，一般设计要求POI插损小于6dB， 此处取5dBPdes ：接收端的覆盖电平要求，此处为-110dBmL1：泄露电缆95% 2m处的耦合损耗L2：人体损耗，LTE主要为
16、数据业务，暂不考虑人体损耗，默认取0dBL3：宽度因子，L3=10lg(d/2)，d为移动台距离漏缆的距离，默认取4m,隧道内泄露电缆覆盖估算,隧道内泄露电缆覆盖估算,覆盖,参数,容量,天线,高铁频率规划,覆盖,参数,容量,天线,高铁覆盖的频段选择,对于穿越城区的高铁场景，考虑宏专网间的相互干扰，为保证双网性能，优先建议采用与宏网异频方法进行组网；建议专网与高铁沿线相邻一圈宏站进行异频，圈外宏站可采用相同频点，保证宏网频谱利用率 对于穿越郊区的高铁场景，为降低网络投资成本，同时充分发挥频段优势，建议郊区场景采用F频段进行覆盖,高密度城区场景，公专网采用异频,郊区场景，专网采用F频段，提升覆盖,
17、高铁覆盖,宏站,高铁频率&子帧配比规划,覆盖,参数,容量,天线,高铁覆盖频率规划,高铁站点子帧配比规划,根据集团LTE一期建设指导意见，各频段的时隙配比建议如下表,当采用F频段时，建议使用频率为18801900MHz 当采用D频段时，由于中移动早期的设备规范中要求D频段频率为40M（25752615），因此后续网络中会存在部分D频段设备仅支持40MHz，针对宏站和高铁专网的设备带宽不同，建议高铁沿线及周边近距离宏站的频率使用方案如下：,2575-2635MHz,D频段频谱,Case 1: 宏站和高铁均为40M设备,宏站20M：2575-2595MHz,高铁20M：2595-2635MHz,Ca
18、se 2: 宏站和高铁均为60M设备,宏站40M：2575-2615MHz,高铁20M：2615-2635MHz,Case 3: 宏站40M，高铁60M设备,Case 4: 宏站60M，高铁40M设备,宏站40M：2575-2615MHz,高铁20M：2615-2635MHz,宏站20M：2575-2595MHz,高铁20M：2595-2615MHz,宏站20M：2615-2635MHz,根据切换策略，在车站站台位置，高铁专网站点需要与车站室分互相切换，邻区规划需要遵循如下原则高铁专网和车站室分互配邻区关系专网与站台室分切换位置尽量不要落在列车站台上下车区域车站室分与公网互配邻区。,车站室分与
19、高铁专网的邻区规划,高铁在运行期间的区段上只需要考虑链形小区前后2个方向上各一个小区做为邻区即可，与公网不配置邻区关系，如下：高铁路线上专网间互配邻区，保证专网用户在路线小区间的成功切换。与周边宏网站点不配置邻区，保证公网用户不切换到专网，从而影响专网的容量,铁路沿线,高铁公专网邻区规划,铁路沿线高铁覆盖网络,宏网络,链形小区互配邻区,链形小区互配邻区,覆盖,参数,容量,天线,覆盖,参数,容量,天线,高铁参数规划,高铁无线网络参数规划,基于高铁线状特征，合理规划LTE网络参数,高铁容量规划,列车最大乘客量（以CRH3型列车为例）,标配8节车厢，通常采用8+8重联方式，即单列车共16节车厢 列车
20、一等座车2节，二等座车12节、带厨房的二等座车2节。一等座共160个，二等座共954个，整列车定员数为1114人,用户业务模型,考虑每业务用户下行平均速率1mbps，上下行比例为1:5，用户激活附着比为60%（即60%用户处于激活态），用户业务并发率初期为10%；则单用户平均速率需求为上行12kbps，下行60kbps,覆盖,参数,容量,天线,单载波可支持用户估算,根据当前F频段高铁测试结果，网络下行平均容量可达24Mbps，上行约5M，则单载波可支持的用户数为：Min(5000/12,24000/60)=400个根据中国移动用户渗透率70%，其中LTE终端渗透率为X，则1114*70%*X4
21、00计算得X51.3%； 即单载波可支撑LTE用户在中移动所有用户中的渗透率约为50%，,目录,目录,高铁移动通信概述,华为高铁无线解决方案,2,1,高铁无线网络规划,3,华为LTE高铁覆盖案例,4,杭州TD-LTE双模高铁覆盖案例,吞吐率测试：遍历路线下，PDCP层均值速率为24.9Mbps覆盖测试：RSRP大于-110dbm比例为97.48%；SINR大于-3dbm比例为98.77%,采用3152进行建设,GPS现网共用,1对Ir光纤,双通道天线,站点规模：杭州TD-LTE高铁（杭州至临平段），3个物理站点（22个RRU），平均子站间距约为800m,杭州高铁采用双模升级方案，快速实现LTE
22、部署,京津高铁,沪杭高铁（杭州段）,北京京津高铁TD-LTE覆盖案例,京津高铁北京段TD-LTE网络区域总共包括47个物理站点，非试验网北段、试验网、非试验网南段三个区域。区域内列车时速300km/h左右 非试验网北段共22个物理站点，共用现网2/3G公网站址，采用D频段8通道宏站进行覆盖； 试验网区域有15个物理站点，全程18公里，共用现网2G高铁专网站址，采用2通道设备+小区合并方式进行覆盖， 每站点同时部署F+D.非试验网南段有10个物理站点，全程11公里，共用2G高铁专网站址，采用8通道设备覆盖,京津高铁覆盖区域介绍,京津高铁组网介绍,站点离铁轨距离小于20m,京津高铁,沪杭高铁 (杭
23、州段),郊区场景,京津高铁北京段TD-LTE专网试验区测试性能,TD-LTE高铁试验区域F/D频段下行平均吞吐率,1、在站间距相同(平均1.2Km)的情况下，F频段具有频段低的优势，F比D平均RSRP高约2.65dB。F的SINR比D差1.26dB，这是因为1.9G频段附近有较多制式存在，底噪比D高。2、D频段覆盖受限，其双流的IBLER比F略高，双流比例(RANK2)略少，再加上D的下行资源比F少，所以D的下行吞吐率比F低。D频段下行吞吐率为20.1M，F频段下行吞吐率为24.1M。,试验区域F频段开启932特性下行平均吞吐率,1、F频段在开启华为专利算法932（特殊子帧6）特性后，特殊子帧
24、下行符号就可以用来传输业务，下行的可用资源增多，下行吞吐率可得到进一步提升。2、同样区域F频段基站开启932特性后，下行资源增多，下行的调度次数就比未开启时增加了约180次，下行吞吐量提升到27.3M，相比未开启932时提升了13.4%。,TD-LTE高铁试验区域F/D频段上行平均吞吐率,1、在站间距相同(平均1.2Km)的情况下，F频段上行信号质量好于D频段：平均RSRP F比D高约4.4dB，上行调制方式(MCS)也比D略高，16QAM调制占比高于D频段；2、D上行吞吐率为6.84M，高于F频段的上行吞吐率4.96M。D平均调度次数为345.96，约为F的2倍，吞吐率增益来源于上行调度资源
25、的增加。 3、D频段上行平均吞吐率相比F频度仅提升37.9%，在RRU近点位置，D频段的上行吞吐率要远高于F频段，接近2倍；而在RRU远点位置（左图红圈部位），D由于路损大而导致上行吞吐率低于F频段，这符合理论预期。,京津高铁,沪杭高铁 (杭州段),TD-LTE高铁试验区域F频段路测RSRP,TD-LTE高铁试验区域D频段路测RSRP,CDF50%：-97dBm,CDF50%：-102dBm,京津高铁北京段TD-LTE专网试验区测试性能,1、F频段仅有4.6%的RSRP值低于-110dBm，而大于等于-110dBm的比例为95.4%。RSRP中值为-97dBm。从测试结果看，在京津高铁平均1.
26、2Km的站间距下，F频段的覆盖基本满足规划要求。2、D频段95%的RSRP值高于-114dBm，而大于等于-110dBm的比例仅为89.11%，RSRP中值为-102dBm。从测试结果看，在京津高铁平均1.2Km的站间距下，D频段的覆盖较差。,D频段在18，50区间的SINR比例高于F频段，在其他区间的SINR比例比F频段低，整体上D频段的SINR高于F频段。,CDF50%,TD-LTE高铁试验区域FD频段路测SINR,京津高铁,沪杭高铁 (杭州段),京津高铁北京段TD-LTE专网试验区域业务性能,TD-LTE高铁试验区域切换性能,TD-LTE高铁试验区域PING时延测试,高铁试验区域F和D频
27、段切换成功率都是100%。信令面时延在19ms左右，业务面时延在38ms左右。,高铁场景下的PING时延比普通场景要长一些。随着下行加扰增大，PING时延也会随之变大。,TD-LTE高铁试验区域D频段下行加扰性能,随着同频干扰的增加，高铁LTE性能恶化十分明显。随着高铁周围LTE公网的逐步开通，为保持高铁LTE专网的SINR，高铁LTE专网和LTE公网最好异频组网，以避免相互之间的同频干扰。,TD-LTE高铁试验区域多制式网络性能对比,注：由于各制式的电平值和信噪比的计算方法不同，因此对导频信号进行了折算。,京津高铁,沪杭高铁 (杭州段),京津高铁试验段实测高速频偏对LTE性能的影响：,Pag
28、e 33,由于列车高速运动（300km/h）时会带来严重的频偏，给TD-LTE网络容量和性能造成的严重的影响。华为eNodeB的“超高速模式”可以有效降低这种不利影响，提升网络的容量和性能，本次在京津高铁试验段对此进行了验证：,基站高速模式对高速TD-LTE网络性能的提升,分析：1、当基站处于普通模式，下行速率“掉坑”现象明显，波动很大；改成高速模式后，掉坑现象明显改善。2、试验网区域基站模式由普通模式改为高速模式后，F频段平均下载速率别由16M提升到24M，提升约50%。D频段平均下载速率由6M提升到20M。D频段受多普勒频偏影响更大，因此平均速率的改善更加明显！,京津高铁,沪杭高铁 (杭州
29、段),RRU合并对TD-LTE高铁网络性能影响的研究,试验网小区6个小区覆盖18公里的路段，平均每个小区覆盖3公里；非试验网南段20个小区覆盖11公里路段，平均每个小区覆盖550米。这两个区域内平均车速接近290Km/h。现网测试结果如右表所示：,分析：1、非试验网南段区域存在较多切换失败，RRC重建等空口异常事件；2、从左图可以看出，试验网路段切换尝试6次（试验网内5次，向试验网外切换1次）；非试验网南段内发生11次切换，切换次数多且频繁对平均速率影响很大。3、南段宏站3扇区组网，面向高铁的两个扇区未做合并，且铁塔与高铁的垂直距离太近（大约10米），塔下重叠覆盖度小不利于切换，容易出现切换失
30、败等异常；,京津高铁,沪杭高铁 (杭州段),北京移动已经计划将非试验网南段和北段组网按照试验网区域规划进行改造！,京津高铁试验段实测站间距对RSRP的影响关系,Page 35,现网按照GSM高铁专网共站（站间距大约1.1km-1.2km）的F/D频段RSRP与站间距的关系实测如下图所示：,分析：1、站间距在1.2km左右时，郊区F频段基本能够满足-110dBm覆盖要求。站间距在1km左右时D频段子覆盖基本满足-110dBm要求。2、建议郊区段高铁F频段站间距为1.2Km以内，D频段站间距为1km以内，在小区边界区域子站，考虑切换原因，应适当缩短子站间距。,京津高铁,沪杭高铁 (杭州段),感 谢 聆 听！,
