引言
近年來，高速鐵路的覆蓋成為WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)部署的一大熱點問題，利用小區(qū)合并也就是共小區(qū)來實現(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：
（1）當(dāng)用戶移動方向和電磁波傳播的方向相同時，多普勒頻移最大；完全垂直時，沒有多普勒頻移。
（2）多普勒頻移的大小和運動速度成正比，運動速度越快頻偏越大。
（3）假定移動速度不變，用戶先朝向基站運動而后遠(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）與運動速度（km/h）之間的關(guān)系，從中可以看出Eb/No隨運動速度提高而下降。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
在開闊地等高速運動場景，通過多個RRU小區(qū)合并的方式，實現(xiàn)小區(qū)合并覆蓋，可以增加單個小區(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個不同站址的小區(qū)合并后，組成一個小區(qū)。在兩個不同站址小區(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)終端移動速度較快時，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掉話。接下來，筆者將分析跨站址小區(qū)合并時終端掉話產(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，稱為自動頻率控制過程（AFC）。
[page]***[/page]
表1Eb的最大下降量
AFC具體實現(xiàn)機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)頻率補償范圍，也就是終端能處理的多普勒頻移量小于頻率補償范圍。
表2合并后Eb的最大下降量
WCDMA終端的RAKE接收機由多個支路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都采用一個工作頻率f1時，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，隨著運行速度的提高，支路2的Eb下降更為顯著。RAKE接收機將合并同一擾碼的信號，假定兩個支路的接收信號強度相同（相當(dāng)于終端處于兩個站址的中間），則信號合并后，多普勒頻移帶來的總的信號強度下降，詳情參見如表2。所示：因此，初步可以評估出，當(dāng)運行速度達(dá)到300km/h時，如果不能補償支路2的頻偏，合并后的信號強度將最多下降超過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中兩個支路的擾碼不一樣。這樣，終端在小區(qū)合并時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，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，當(dāng)采用最大比合并的處理方式時，信號強度的下降相對有限；而在小區(qū)合并時，某些終端機型若沒有采用最大比合并，則信號強度的下降會相對顯著。在干擾大致不變的情況下，信號強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接收機的處理機制密切相關(guān)，因此與終端的類型有關(guān)。要想解決這個問題，可以考慮如下一些解決方案。
（1）終端
終端接收機實現(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)合并方案時產(chǎn)生掉話問題。如果能調(diào)整終端的處理機制，采用跨站址小區(qū)合并的方案時掉話現(xiàn)象將會減少。但是，從運營商的角度出發(fā)，終端實現(xiàn)方案較難控制。但隨著以后終端高級接收機應(yīng)用的普及，將會有助于解決這個問題。
（2）部署方案
在實際部署時，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)劃時引入一個額外的余量，用來補償因為終端實現(xiàn)帶來的信號強度的下降，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)終端接收機的實現(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)劃時引入一個額外的余量來進(jìn)行解決。