目前,中国自主研发的时速达350km/h的CRH3系列的动车组已经大面积投入使用,上海的磁悬浮专线,时速更是高达430km/h。高速铁路的覆盖已经成为TD-SCDMA网络覆盖中不可或缺的部分。
现有的TD标准对高速移动环境下TD系统性能的保障缺乏力度,由于覆盖不足、解调性能不佳、无法及时切换导致掉话掉网,严重影响了TD的用户感知。随着高速铁路的快速发展,这种负面影响的范围也在越来越大,找到能提升高速环境下系统性能尤其是切换和掉话性能的解决方案,成为当前摆在中国移动和所有设备厂商面前亟待解决的重大课题。
上海磁悬浮是世博会重要的交通保障和体验资源,实际运行速度高达到430km/h。传统TD技术已经无法满足如此高速度下的切换及系统性能的要求。上海移动携手华为公司对原有的磁悬浮网络进行了替换和改造,采用一系列创新方案,解决了高速移动环境下的系统性能尤其是切换性能的问题。上海磁悬浮TD网络相比替换前,接通率、掉话率、切换成功率等各项KPI指标得到了大幅的优化和提升,全面超过了世博会的指标要求,确保了世博精彩在磁悬浮上“不掉话”,也为其它告诉铁路的通信保障提供了宝贵的经验。
一、高速移动带来的挑战
决定高速环境下切换性能好坏的无非两个方面的因素:其一是高速条件下的基础覆盖,此为前提条件,没有良好的基础覆盖,就不可能有好的网络性能或者说用户感知;其二是高速条件下信号解调、切换相关的产品解决方案,同样是保证高速移动下性能所不可或缺的重要环节。
在高速条件下,要实现上述两个方面的提升和优化却并非易事。
首先,高速移动严重影响了TD收发信机的解调性能,影响网络基础覆盖。当终端在运动中,特别是在高速情况下通信时,终端和基站都有直视信号,接收端的信号频率会发生变化,称为多普勒效应。多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移,用户移动方向和电磁波传播的方向相同时,多普勒频移最大;完全垂直时,没有多普勒频移。在移动台远离基站方向移动时,频率降低;在移动台向基站方向移动时,频率升高。对于联合检测而言,按照R4 TD-SCDMA系统的时隙结构,在QPSK调制模式下,TD-SCDMA的中间码(midamble码)对高速移动产生的多普勒频偏估计的能力大概在160-250km/h。如果移动速度更高,由于信道的快速变化,数据部分特别是burst两端的数据符号,经历的实际信道与信道估计的偏差较大,因而两端的数据和中心midamble码的信道估计在幅度和相位上会产生一定误差,从而使系统解调性能有所下降。
其次,高速移动对切换是否及时产生了不利影响,从而影响到切换质量和用户体验。高速移动的列车在进行小区切换时,可以很快速地穿过小区间的切换区。如果小区的切换区设置过小,那么用户在还没来得及进行切换时就已经穿过了切换区,导致切换失败而掉话。