引言
近年來(lái)，高速鐵路的覆蓋成為WCDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署的一大熱點(diǎn)問(wèn)題，利用小區(qū)合并也就是共小區(qū)來(lái)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(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)會(huì)遇到跨站址小區(qū)合并的掉話(huà)現(xiàn)象，也就是高速鐵路上的終端在通話(huà)過(guò)程中，如果處于合并小區(qū)的兩個(gè)站址之間，可能會(huì)發(fā)生掉話(huà)。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(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響
2高速鐵路覆蓋的主要挑戰(zhàn)
對(duì)于高速鐵路覆蓋而言，由于列車(chē)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(hù)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(méi)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(hù)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(hào)質(zhì)量的下降。當(dāng)信號(hào)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(wú)法獲得最佳的接收效果。
圖1展示了利用仿真獲得的信號(hào)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(duì)應(yīng)多普勒頻移量，?？梢?jiàn)多普勒頻移越大，信號(hào)質(zhì)量下降越大。信號(hào)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(kāi)闊地等高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，通過(guò)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(jiàn)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(huì)接收到來(lái)自相反方向的小區(qū)的下行信號(hào)，對(duì)終端來(lái)說(shuō)，這些下行信號(hào)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(hào)可能會(huì)造成部分型號(hào)的手機(jī)掉話(huà)。接下來(lái)，筆者將分析跨站址小區(qū)合并時(shí)終端掉話(huà)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(duì)終端的影響
4終端處理多普勒頻移的方法
首先我們來(lái)分析終端處理多普勒頻移的方法。
圖4RAKE接收機(jī)示意圖
對(duì)于終端來(lái)說(shuō)，并不知道多普勒頻移值，只是根據(jù)本地振蕩器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本振）與接收到的基站頻率進(jìn)行對(duì)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(guò)程，類(lèi)似于GSM的頻率同步，稱(chēng)為自動(dòng)頻率控制過(guò)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(duì)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(duì)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(hào)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(duì)應(yīng)圖3中不同站址的小區(qū)信號(hào)。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(duì)終端的影響超過(guò)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(lái)的Eb的最大下降量，詳情參見(jiàn)如表1。所示：可見(jiàn)，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(hào)，假定兩個(gè)支路的接收信號(hào)強(qiáng)度相同（相當(dāng)于終端處于兩個(gè)站址的中間），則信號(hào)合并后，多普勒頻移帶來(lái)的總的信號(hào)強(qiáng)度下降，詳情參見(jiàn)如表2。所示：因此，初步可以評(píng)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(hào)強(qiáng)度將最多下降超過(guò)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(hào)，就會(huì)遇到正、負(fù)多普勒頻移的現(xiàn)象。在路測(cè)過(guò)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(jiàn)的軟切換，這時(shí)很少會(huì)發(fā)生掉話(huà)，這又是什么原因呢？
原來(lái)，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(hào)，再進(jìn)行解調(diào)解擾等信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)強(qiáng)度的下降相對(duì)有限；而在小區(qū)合并時(shí)，某些終端機(jī)型若沒(méi)有采用最大比合并，則信號(hào)強(qiáng)度的下降會(huì)相對(duì)顯著。在干擾大致不變的情況下，信號(hào)強(qiáng)度的下降意味著信號(hào)質(zhì)量的下降。顯然，信號(hào)質(zhì)量的下降大大提升了掉話(huà)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(huà)。
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(lèi)型有關(guān)。要想解決這個(gè)問(wèn)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(huì)造成在使用跨站址小區(qū)合并方案時(shí)產(chǎn)生掉話(huà)問(wèn)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(huà)現(xiàn)象將會(huì)減少。但是，從運(yùn)營(yíng)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(jí)接收機(jī)應(yīng)用的普及，將會(huì)有助于解決這個(gè)問(wèn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)引入一個(gè)額外的余量，用來(lái)補(bǔ)償因?yàn)榻K端實(shí)現(xiàn)帶來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度的下降，例如該余量可以考慮為3dB。
7結(jié)束語(yǔ)
多普勒頻移是高速鐵路覆蓋面臨的問(wèn)題，而正負(fù)多普勒頻移可能會(huì)在跨站址小區(qū)合并方案中引發(fā)掉話(huà)問(wèn)題。通過(guò)分析掉話(huà)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(huà)的原因。為此，我們可以考慮通過(guò)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(lái)進(jìn)行解決。