摘要：本文主要简述高速环境下几个重点问题、隧道场景覆盖，分析高速公路场景的网络规划，以及探讨隧道解决方案。
关键词：TD-LTE；高速公路覆盖；方案分析
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。
一、高速环境下几个重点问题分析
（一）信号覆盖的场强分析
1、隧道内侧定向天线覆盖方式
在隧道中无线电波传播时具有隧道波导效应,信号的传播是由墙璧反射与直射信号几何叠加的结果,直射信号为主分量。此方式是指将天线安放于隧道口或隧道内侧，如果距离隧道口外有一定的距离,会有所偏差。
2、隧道内安装泄露电缆覆盖方式
通过缜密的理论计算和大量的工程实际验证可以得出如下结论：信号源功率单方向覆盖（信号源放置在覆盖区域一端时）的覆盖距离稍大于2倍信号源用功分器分开时，双方向覆盖（信源放置在覆盖区域中部向两个方向进行覆盖）的距离。
（二）隧道内/ 隧道外切换分析
隧道内的小区切换分析：如果隧道长度过长。需要采用两个或两个以上的小区进行信号覆盖。手机用户经过隧道的中段时，接收到的原小区信号强度逐渐减弱，目标小区的信号强度逐渐增强。不会有信号突然消失的情况，这样可避免移动台因切换判决时间不足造成掉话的问题。隧道内、隧道外的小区切换分析：在实际无线网络中，实现内外小区重叠有两种方法。一是把隧道外信号引入至隧道内。二是把隧道内信号引至隧道外。由于室外无线信号复杂，可靠性不够高，工程中多数采用延伸隧道内无线信号的方法，使得隧道口与隧道外一定距离内的信号一致，高速环境下在切换方面应该着重考虑。
（三）高速条件下多普勒频移问题
1、多普勒频移概念
快速运动的移动台会发生多普勒频移现象。使用定向天线方式顺着铁路沿线覆盖信号时。频率偏移公式如下：fD=V*cos I/X=V*COS I/（c/f0）fo：工作频率；fD：最大多普勒频移；V：移动台的运动速度频移大小和运动速度成正比，运动速度越快频偏越大。（1）MS 靠近和远离基站，合成频率会在中心频率上下偏移。（2）MS 靠近基站，波长变短，频率增大。（3）MS 远离基站，波长变长，频率减少。（4）高速载体上的MS 频繁改变与基站之间的距离，频移现象非常严重。
2、多普勒频移的克服
可以采用增强AFC 算法应对多普勒频移：（1）AFC 是针对快速移动的特点设计的基站频率校正算法；（2）通过快速测算由于高速所带来的频率偏移，补偿多普勒效应，改善无线链路的稳定性，从而提高解调性能。
二、隧道场景覆盖
（一）场景特点
隧道是高速公路建设中绕不开的一个问题, 也是LT E 网络覆盖中必须解决的一个难题。公路隧道一般较为宽敞且隧道高度较高以穿山隧道、过路隧道和湖底隧道为多, 其中过路隧道距离较短。公路隧道有如下特点: a ) 车体填充效应微弱; b ) 进入隧道时车速较慢, 隧道内的车速在S Okha h 左右; c ) 信号主要穿透车窗玻璃进入车内。
（二）传播模型
对于公路隧道类型, 综合考虑建设难度和成本两个方面, 选择造价较低的分布式天线覆盖为主。目前隧道中使用的传播模型为:P1=K*d+LU,其中LO与天线的安装方式有关，d为距离（km）。一般情况下，隧道成直线的情况，则LO =75dB, K 在25以下:而隧道弯曲的情况下, 由于反射次数增加, K 值也增加, 一般取值为3 0 以上, 对于弯曲度达到60 度以上时,k 取40。根据经验测试结果, 汽车隧道阴影衰落标准差为6 dB。所以, 一般情况可取隧道内的传播模型为PL=75+35(d)(km)。
（三）链路预算
传播模型有了, 我们就可以对传输链路做相应的计算。我们以1.8GHz 频段为例, 基站采用2T2R的RRU,功率配置2*20W,带宽2OM, 上下行边缘速率要求256K/4M,天线增益10dBi , 基站高度5m。链路预算的结果如下: 对于2T2R、2*2OW的情况: 在一定假设条件下, 覆盖半径大约1.4km。
（四）覆盖规划
对于公路隧道场景, 考虑到公路隧道一般较为宽敞且隧道高度较高, 另外考虑成本因素, 通常采用天线直接对隧道进行覆盖, 覆盖设计方案如图1所示。
图 1隧道场景覆盖解决方案
三、高速公路场景的网络规划
（一）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。
（二）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。
（三）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。
四、隧道解决方案分析
(1)常规天线覆盖解决方案通常用无线直放站+常规天线、光纤直放站+常规天线覆盖。结构简单,但覆盖不均匀。
(2)泄漏电缆覆盖解决方案优势在于:可对多种服务同时提供覆盖。不足之处:始端与末端场强差异大,会导致能量的浪费;造价昂贵;施工工程量大;维护不便;
(3)隧道射频辐射单元覆盖解决方案一种低成本的解决方案。这种方案的特点是设计比较灵活、价格相对低、安装与维护较方便。
（一）信源的选择
高速公路隧道覆盖针对用户为车内移动用户,业务量不高,主要解决信号盲区覆盖问题。另外,隧道覆盖安装空间及配套设备方面所受限制较多,所以一般不会选用宏蜂窝基站来做隧道覆盖,而更多的采用微蜂窝和直放站。因此,在信源选择问题上具体建议如下:
(1)微蜂窝基站适用于超长公路隧道,以及隧道口附近原有网络的信号强度不能满足直放站对施主信号电平大小要求的情况;
(2)光纤直放站适用于距离周围宏蜂窝距离较近、隧道较长的公路、铁路隧道;
(3)无线直放站适用于偏远地区、隧道口处无线信号电平满足开通无线直放站基本条件、隧道长度中等。
（二）根据隧道长度制定适宜的方案
(1)短隧道:对于200米以下的短隧道,建议使用单个天线放置在隧道口,如隧道外信源条件允许,建议选用无线选频直放站。
(2)中等长度隧道:对于200米以上、500米以下的隧道。信源尽可能选择光纤直放站。根据隧道的结构特点,可以使用单个高
增益天线,或者使用两个天线放置于隧道中间进行覆盖。尤其隧道内存在弯道时,尽可能采用使用两个天线放置于弯道处来进行覆盖。
(3)长隧道:如:对于500米以上的隧道。可以选用泄漏电缆或者一点对多点光纤直放站来进行覆盖。
（三）进出隧道口切换的考虑
隧道覆盖针对的客户是高速移动中的汽车中的乘客,要保证车辆进入隧道后顺利切换是一个重要的问题。如果信源使用直放站,那么隧道内外属
于同一小区,不存在切换问题。如果信源使用微蜂窝时,在车辆进入隧道后,隧道外小区信号电平急剧下降,很可能由于不能及时切换发生掉话。因此,在制定隧道信号覆盖方案时,应注意以下几点:
(1)同时对隧道内外进行覆盖,保证隧道内外不同小区间信号有足够的重叠覆盖区域;
(2)天线选择时选择前后比较小的天线来覆盖;
(3)隧道外小区可以启用电平快速下降的切换算法(RXQCKFALLHOEN),使得电平在快速下降时能够及时切换到其他小区以免掉话。
总结
山区高速公路各种隧道场景均可能出现。所以在进行隧道无线网络覆盖规划时一定要根据道路的实际情况灵活选择相适应的覆盖方案，并对天馈线的安装位置、高度、天线型号的选用做现场的勘测设计。不管选择哪种方案。一定要站在网络全局的高度去考虑，强化网络观念。还要充分考虑直放站对用户感知和系统容量的影响。确保网络运行状态最佳，打造真正的无缝覆盖精品网络。
参考文献
[1]LTE高速公路覆盖解决方案_侯宇坤.
[2]大唐移动TD_LTE高速公路覆盖方案_韩冰.
[3]LTE800M高速公路覆盖方案_钟如鹏.
[4]高速公路隧道信号覆盖解决方案及分析_孙志慧.
[5]移动通信无线信号在高速公路隧道覆盖技术_付道繁.
论文作者:陈奕正
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/17
标签：隧道论文; 多普勒论文; 信号论文; 高速公路论文; 天线论文; 基站论文; 小区论文; 《基层建设》2017年第30期论文;