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(yùn)動速度成正比,，運(yùn)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(yùn)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(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)動速度（km/h）之間的關(guān)系,，從中可以看出Eb/No隨運(yùn)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(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)動場景，通過多個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(jī)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(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(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，假定兩個支路的接收信號強(qiáng)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(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，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(qiáng)度的下降相對有限,；而在小區(qū)合并時,，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問題。

（2）部署方案

在實(shí)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(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)劃時引入一個額外的余量，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)劃時引入一個額外的余量來進(jìn)行解決。