在无线通信系统中多普勒效应引起频率变化的关系可以通过下面的公式求出：

（最大频移）

式中，：考虑多普勒效应后的合成频率；

：系统工作频率；

：最大多普勒频移；

：移动台的运动速度；

：多径信号合成传播方向与移动台行进方向夹角；

：波长；

由于覆盖高铁基站天线挂高较低，与列车运行方向形成夹角较小，因此，可近似认为为零度。根据计算，当移动台的速度为100km/h时，相对频率变化为，对于900MHz频率偏差为171Hz，对于1800MHz频率偏差为342 Hz。当移动台的速度为300km/h时，对于900MHz频率偏差为260Hz。由于多普勒频率变化，可能会使移动台不能正确接收临近小区的信号，这也是影响切换和掉话的重要原因

（正常情况下， RNC内TD通话状态下小区间的切换过程完成所需的时间为2s左右）

1)隧道覆盖问题

部分铁路隧道数量多，距离长。必须采用专门的覆盖方式。一般将站址选择在隧道外， 根据隧道长度选择泄露电缆或高增益天线方式覆盖隧道内部。

2 ． 1 多普勒频偏及其带来的影响

终端随着列车运动而接收到的频率与基站实际发射的频率有偏差。这种现象称为多普勒频偏( △ f ) 。假设基站发射频率为f ， 终端接收频率为( f + △ f ) ， 则基站接收频率变为( f + 2 △ f ) ， 具体见图1 ：

图1 多普勒频偏示意图

经科学研究， 速度相同时， 终端移动方向和电磁波传播的方向相同则多普勒频移最大， 反之亦然。多普勒频偏会导致通信系统性能下降， 由于3 G P P 标准协议定义T D D 系统最

高移动速度为1 2 0 k m ／h ， 所以根据通信系统设计方式， 在这些关键的影响因素。1 2 0 k m ／h 以下多普勒频偏对于T D — S C D M A 系统没有太大的影终端随着列车运动而接收到的频率与基站实际发射的频响。但是高速铁路时速远大于1 2 0 k m ， 此时若不进行有效校准， 系统解调性能将严重恶化， 不能保证正常通信。

下面分析一下多普勒频偏对TD— S C D MA 系统具体的影响。

对基站的影响： T D — S C D M A 采用中间码( m i d a m b Ie码) 做信道估计． 再采用估计出来的信道模型对中间码两端数据做联合检测。大幅度的多普勒频偏会导致数据码片与中间码片发生较大的相位变化， 从而使时隙两端的符号无法被正确检测。

对终端的影响： 为了对抗由多普勒效应产生的频率抖动。终端通过自动频率补偿技术来自动锁定最佳服务小区的接收信号频率， 并将锁定的频率作为参考基准发送上行信号。但在终端高速移动情况下， 由于前一次的锁定频率并不准确。这样的频偏累积最终导致终端发送频率与基准频率相差越来越大。影响通信性能。

3 ． 1 多普勒频偏的解决方案

图2 频偏估计、预校准示意图

频偏校准时为了使终端基本稳定在指定频点上． 基站需采用频偏预校准方式， 见图2 。终端以某基站频率f 发送信号， 基站以频点f接收经过上行高速信道的信号． 该信号频率为( f + △ f 】， 基站可以估计出频偏△ f 。基站在下行发送该用户的数据时， 发送频率采用( f 一△ f 】， 这样发送信号经过下行高速信道后． 终端接收信号的频率为f 。在基站频偏校准正常工作的情况下， 终端基本稳定在指定频点f 上， 几乎感受不到多普勒频偏存在。在切换前其工作频率一直稳定在基站频点f 附近， 切换后其工作频率将一直稳定在新的基站频点f ’。小区切换时不会产生大的多普勒频偏正负跳变， 提高了终端的解调性能。

（实测表明，工作频率为1.575GHz的普通GPS接收器在此类列车内各处均很难完成定位）

因此，终端应具有较强的自动频偏校正能力，能在一定时间内将频偏控制到允许范围（TD-SCDMA标准中要求终端可支持的频偏范围在200Hz以内）

设计上需要提高基站侧做频偏和校准的精确程度。终端高速移动情况下． 基站一次性做频偏估计、校准， 难度极大， 需要采用两次频偏估计、校准的方法， 即第一次频偏估计范围大、估计精度差， 能估计出2 0 0 0 H z 以上的频偏， 而第二次频偏估计范围小、估计精度高， 能估计的频偏范围为8 0 0 H z 左右， 经过两次频偏估计、校准后能控制在2 0 0 H z 以内。

速率提高而产生的多普勒频移对TD-SCDMA性能很大，如果不对现有系统进行改进，则理论支持的最高速率为200公里/小时，针对这一状况，目前各家系统厂家均提出了相应的频偏校正算法。

终端移动的速度越快穿越切换区的时间就越短。当终端移动速度足够快以致于穿越切换区的时间小于系统处理切换的最小时限时， 切换流程将无法完成， 导致掉话。

终端在刚开机时或掉话后将进行小区选择、重选流程，高速移动的终端在小区之间频繁地进行小区选择、重选， 会导致不能正常通信

3 ． 2 切换、重选问题的解决方案

， 见图3 ：

图3 基带光纤拉远型基站扩大单小区覆盖示意图

分布式基站（BBU+RRU）越来越多地得到业界的关注和重视。由于一个扇区内一根光纤可取代多根射频馈线进行数据传输，施工简单快捷，网络部署灵活方便。同时基带池BBU可实现基带资源的充分共享，基带资源扩充也很方便。同时针对铁路线呈带状的特点， 使用基带光纤拉远型基站来扩大单个小区覆盖范围。基带光纤拉远型基站． 支持一个B B U 连接多个串联的R R U ， 多个串联的R R U 覆盖的区域设置为同一个小区， 使其具有相同的频点、扰码， 能有效扩大单个小区的覆盖范围， 最大做到单小区4 0 k m 的覆盖距离

同时为了克服高速铁路车厢穿透损耗大( 约为1 5 d B ～ 3 0 d B ) 的问题， 目前采用在高速列车上安装无线直放站和车内分布系统的方式， 把车外信号馈入到车厢内以克服车体穿透损耗的影响， 如图4 所示。

图4 TD-SCDMA 无线直放站和车内分布系统示意图

通过以上两种解决方案， 可以形成一个相对封闭的T D —S C D M A 无线覆盖专网， 这个专网只有在火车站及沿线极个别的特殊场景与公网有切换关系， 而在高速铁路区域是一个带状的连续小区。实现专网的一个必要条件是对专号的严格控制， 避免对周围公网造成影响； 如果条件不具备， 则可以适当考虑建立专网保护带来保证专网的有效运行。专网保护带的思路是在专网不可避免地对周围城镇造成影响的情况下， 在专网覆盖小区的两侧选择一些非专网小区作为专网与公网的隔离带小区， 这些小区可以与专网小区进行重选和切换， 以此避免周边城镇用户一进入专网就无法正常退出的问题， 同时又可以避免专网小区切换关系过多所引起的麻烦。

4 ． 5 高速铁路内直放站的要求

直放站产品应具备自动增益控制功能。

一般的传统直放站是固定放置的， 施主信号的环境比较稳定， 放大倍数在开通时设置好就可以稳定工作。但是高速铁路车厢内的直放站由于本身在高速运动中， 而且施主天线信号也时刻变化着。无线环境比较特殊， 需要有自动增益控制功能对增益进行小范围调整， 使车厢内部信号增益基本稳定， 提高无线覆盖质量。

轨面高度除了在几个出入站点较低外，其余基本上在10－22米之间。

高速铁路曲率半径较大，除了隧道， 轨道上空一般没有遮挡。所以站址选择应为朝向高速铁路的两个方向上无明显遮挡， 方便采用直射路径覆盖铁路。

( 4 ) 利旧原有公网站点

如果条件合适， 可以将距离高速铁路较近的公网站点改造成专网站点， 并且搬迁公网站点， 重新优化公网的无线覆盖。

容量估算

按京津高铁规划中提出的每列车定员900人，最大输送能力18000人/小时估计，考虑两车交会时的情况，单小区总用户数为1800人。考虑移动TD用户的最大渗透率为50%的情况，则TD单小区用户数最多为900人。考虑到即使在高速列车上TD用户也可能会使用CS可视电话及PS域高数据流量业务，故按标准用户业务模型中的最大值计算。

TD试验网话音业务渗透率取为100％，忙时单机话务量为0.02ERL，可视电话渗透率60％，忙时单机话务量为0.01ERL；PS数据业务渗透率40％，忙时每用户数据流量为1000bps，上下行数据量比例1：4。则单用户下行复合话务量为0.0ERL。单小区总话务量为57.6Erl，查Erl B表（2%呼损）至少需要69个TCH，每小区配置3个载波可以满足业务需求。

经过近1个多月的紧张工作，在京沪高铁项目组负责人王总的带领下，完成了《京沪高铁覆盖方案》。方案包括京沪高铁场景的特殊性、网络设计指标及容量需求及无线、传输、电源各专业详细建设方案等内容。京沪高铁覆盖方案在充分考虑网络需求的前提下，最大程度的利用京沪高铁铁路沿线GSM-R资源，针对京沪高铁高速运行、车体穿透损耗大、跨度大、地形区域复杂等特殊场景，提出了在京沪高铁沿线建设“BBU+RRU专网结合车载分布系统”的技术方案。通过BBU+RRU专网可以最大程度上满足高速场景的覆盖要求，同时结合具备自动增益控制（AGC）、自动频率跟踪(AFC)的车载直放站，能够很好解决高速铁路的多普勒频移和高铁车厢穿透损耗大等难题，保障网络服务质量。下载本文