引言

近年來，高速鐵路的覆蓋成為WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)部署的一大熱點(diǎn)問題，利用小區(qū)合并也就是共小區(qū)來實(shí)現(xiàn)高速鐵路的覆蓋是其中的一種部署方式。但是，在部署過程中，我們發(fā)現(xiàn)會遇到跨站址小區(qū)合并的掉話現(xiàn)象，也就是高速鐵路上的終端在通話過程中，如果處于合并小區(qū)的兩個(gè)站址之間，可能會發(fā)生掉話。為此，在本文中筆者我們分析了可能引發(fā)這種現(xiàn)象的可能原因，并給出了具體的解決建議。

圖1多普勒效應(yīng)對信號質(zhì)量的影響

2高速鐵路覆蓋的主要挑戰(zhàn)

對于高速鐵路覆蓋而言，由于列車運(yùn)行的速度高，因此多普勒效應(yīng)的影響將變得很顯著，多普勒效應(yīng)具有如下一些特點(diǎn)：

（1）當(dāng)用戶移動(dòng)方向和電磁波傳播的方向相同時(shí)，多普勒頻移最大；完全垂直時(shí)，沒有多普勒頻移。

（2）多普勒頻移的大小和運(yùn)動(dòng)速度成正比，運(yùn)動(dòng)速度越快頻偏越大。

（3）假定移動(dòng)速度不變，用戶先朝向基站運(yùn)動(dòng)而后遠(yuǎn)離基站，多普勒頻偏先正后負(fù)。

多普勒頻移將導(dǎo)致接收信號質(zhì)量的下降。當(dāng)信號的頻率與基準(zhǔn)頻率發(fā)生偏差后，接收機(jī)如果基于基準(zhǔn)頻率進(jìn)行解調(diào)，兩者之間的相位差將導(dǎo)致接收機(jī)無法獲得最佳的接收效果。

圖1展示了利用仿真獲得的信號質(zhì)量（Eb/No）與運(yùn)動(dòng)速度（km/h）之間的關(guān)系，從中可以看出Eb/No隨運(yùn)動(dòng)速度提高而下降。在從3km/h~500km/h到500km/h的區(qū)間，從仿真結(jié)果中看到，最好情況是下降0.1dB，最差情況是下降3dB。圖1中橫坐標(biāo)運(yùn)行速度對應(yīng)多普勒頻移量，?？梢姸嗥绽疹l移越大，信號質(zhì)量下降越大。信號質(zhì)量下降的根本原因在于頻偏造成Eb的下降，從而引發(fā)Eb/No的下降。

3跨站址小區(qū)合并方案

在開闊地等高速運(yùn)動(dòng)場景，通過多個(gè)RRU小區(qū)合并的方式，實(shí)現(xiàn)小區(qū)合并覆蓋，可以增加單個(gè)小區(qū)覆蓋范圍，減少切換次數(shù)，詳情參見如圖2所示。：圖2中展示了6個(gè)不同站址的小區(qū)合并后，組成一個(gè)小區(qū)。在兩個(gè)不同站址小區(qū)的交界處，也就是在圖3中跨站址相鄰小區(qū)的重疊覆蓋范圍內(nèi)，終端會接收到來自相反方向的小區(qū)的下行信號，對終端來說，這些下行信號分別具有正、負(fù)多普勒頻移。當(dāng)終端移動(dòng)速度較快時(shí)，這樣的正負(fù)多普勒頻偏差較大的信號可能會造成部分型號的手機(jī)掉話。接下來，筆者將分析跨站址小區(qū)合并時(shí)終端掉話產(chǎn)生的主要原因。

圖2跨站址小區(qū)合并方案示意圖

圖3正負(fù)多普勒頻移對終端的影響

4終端處理多普勒頻移的方法

首先我們來分析終端處理多普勒頻移的方法。

圖4RAKE接收機(jī)示意圖

對于終端來說，并不知道多普勒頻移值，只是根據(jù)本地振蕩器（以下簡稱本振）與接收到的基站頻率進(jìn)行對比，獲得頻率的差值。終端在任何情況下都需要跟蹤基站頻率的變化，也就是與基站頻率同步的過程，類似于GSM的頻率同步，稱為自動(dòng)頻率控制過程（AFC）。

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表1Eb的最大下降量

AFC具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制通常是基于鎖相環(huán)PLL，利用壓控振蕩器VCO控制本振的工作頻率，從而可以跟蹤基站的頻率，這種頻率跟蹤與同步的功能正好可以用在于對抗多普勒頻移上。當(dāng)然本振的工作頻率可調(diào)范圍是有限的，對應(yīng)頻率補(bǔ)償范圍，也就是終端能處理的多普勒頻移量小于頻率補(bǔ)償范圍。

表2合并后Eb的最大下降量

WCDMA終端的RAKE接收機(jī)由多個(gè)支路Finger組成，假定基站的頻率為fNB，多普勒頻移量為fd，參考信號源的頻率為fNB+fd，那么各個(gè)支路的接收頻率如圖4所示。其中支路1與支路2對應(yīng)圖3中不同站址的小區(qū)信號。顯然，當(dāng)終端支路1與支路2都采用一個(gè)工作頻率f1時(shí)，支路2將承受2倍的頻偏fd。2倍的頻偏對終端的影響超過1倍頻偏，我們可以根據(jù)圖1，列出不同運(yùn)行速度下，兩種頻偏帶來的Eb的最大下降量，詳情參見如表1。所示：可見，隨著運(yùn)行速度的提高，支路2的Eb下降更為顯著。RAKE接收機(jī)將合并同一擾碼的信號，假定兩個(gè)支路的接收信號強(qiáng)度相同（相當(dāng)于終端處于兩個(gè)站址的中間），則信號合并后，多普勒頻移帶來的總的信號強(qiáng)度下降，詳情參見如表2。所示：因此，初步可以評估出，當(dāng)運(yùn)行速度達(dá)到300km/h時(shí)，如果不能補(bǔ)償支路2的頻偏，合并后的信號強(qiáng)度將最多下降超過2dB。

5軟切換與小區(qū)合并的差異

很明顯，只要是終端接收到跨站址的兩個(gè)小區(qū)的信號，就會遇到正、負(fù)多普勒頻移的現(xiàn)象。在路測過程中，我們觀察到如果跨站址的小區(qū)不是合并的小區(qū)，也就是常見的軟切換，這時(shí)很少會發(fā)生掉話，這又是什么原因呢？

原來，軟切換與小區(qū)合并的最大區(qū)別是圖4中兩個(gè)支路的擾碼不一樣。這樣，終端在小區(qū)合并時(shí)是先合并相同擾碼的信號，再進(jìn)行解調(diào)解擾等信號處理工作；而進(jìn)行軟切換時(shí)，終端是先進(jìn)行解調(diào)解擾等信號處理工作，再進(jìn)行最大比合并工作。最大比合并與直接合并信號相比，有額外的處理增益。由于工作流程的差異，在進(jìn)行軟切換時(shí)，當(dāng)采用最大比合并的處理方式時(shí)，信號強(qiáng)度的下降相對有限；而在小區(qū)合并時(shí)，某些終端機(jī)型若沒有采用最大比合并，則信號強(qiáng)度的下降會相對顯著。在干擾大致不變的情況下，信號強(qiáng)度的下降意味著信號質(zhì)量的下降。顯然，信號質(zhì)量的下降大大提升了掉話的幾率。因此，與軟切換相比較，跨站址的小區(qū)合并容易造成掉話。

6解決方案

從以上分析中不難看出，這種現(xiàn)象與終端的RAKE接收機(jī)的處理機(jī)制密切相關(guān)，因此與終端的類型有關(guān)。要想解決這個(gè)問題，可以考慮如下一些解決方案。

（1）終端

終端接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方案的不同，以及終端同步的能力等都可能會造成在使用跨站址小區(qū)合并方案時(shí)產(chǎn)生掉話問題。如果能調(diào)整終端的處理機(jī)制，采用跨站址小區(qū)合并的方案時(shí)掉話現(xiàn)象將會減少。但是，從運(yùn)營商的角度出發(fā)，終端實(shí)現(xiàn)方案較難控制。但隨著以后終端高級接收機(jī)應(yīng)用的普及，將會有助于解決這個(gè)問題。

（2）部署方案

在實(shí)際部署時(shí)，目前可以考慮控制跨站址小區(qū)合并方案使用的范圍，如首先考慮使用相同站址的小區(qū)合并方案，在其它特殊區(qū)域適度使用跨站址的小區(qū)合并方案。

（3）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

如果確實(shí)需要采用跨站址小區(qū)合并，我們建議在WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)引入一個(gè)額外的余量，用來補(bǔ)償因?yàn)榻K端實(shí)現(xiàn)帶來的信號強(qiáng)度的下降，例如該余量可以考慮為3dB。

7結(jié)束語

多普勒頻移是高速鐵路覆蓋面臨的問題，而正負(fù)多普勒頻移可能會在跨站址小區(qū)合并方案中引發(fā)掉話問題。通過分析掉話現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)終端接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)以及終端同步能力都有可能是產(chǎn)生掉話的原因。為此，我們可以考慮通過改進(jìn)終端的處理機(jī)制、控制跨站址小區(qū)合并的部署范圍以及在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)引入一個(gè)額外的余量來進(jìn)行解決。