磁悬浮，TD驭风起飞

　　引言：众所周知，在3G网络建设中，高速移动场景的覆盖既是重点，也是难点。在TD-SCDMA扩大规模网络技术应用试验的各城市试验网中，以最高时速可达到431Km/h的上海磁悬浮成为高速移动的最大挑战。

　　在2007年上海移动与大唐移动联合进行的创新专项课题研究中，成功解决了全球最高时速的上海磁悬浮列车高速运行下的TD-SCDMA无缝覆盖难题；实现了0~431Km/h的各种速度下TD系统的连续稳定通信。体现了大唐移动在TD-SCDMA领域的技术实力，也为全球通信业解决了一大难题。

　　一、迎难而上，舍我其谁

　　对于时速超过200公里的快速移动工具——如高速铁路，实现其良好的无线通信一直是全球通信业界的一大挑战。对于快速运动的物体来说，多普勒频率偏移、快速功率控制和快速切换控制是三大难题。目前，全球运营的高速铁路包括德国的ICE、法国的TGV、西班牙的AVE和日本的新干线，最高运营时速约在200~350公里/小时之间。而作为全球首例也是唯一采用磁悬浮技术建造的商用高速列车——上海磁悬浮，更是以最高时速431Km成为无线通信的一个至高挑战。

图1 上海磁悬浮列车场景

　　上海磁悬浮列车于2002年12月31日开通试运行，它集交通、观光和旅游于一体，西起地铁二号线龙阳路站南侧、东至浦东国际机场一期航站楼东侧，轨道悬空距离地面可达12~13米，全程30公里，其中80％的路段速度超过200km/h（约为23km）；超过300km/h的高速路段为18.5km，约占线路全长的60％。另外超高速路段长度为10km，时速超过400km，占1/3路段。列车单程行驶约需8分钟。

图2 磁悬浮各段最高时速图

　　在3G网络建设中，高速移动场景的覆盖建设既是重点，也是难点。磁悬浮最高运行速度达到430Km/h，超过了飞机起飞的初速度，突破了以往业界公认的TD-SCDMA系统适用场景的最高速度；而GSM 网络原本对磁悬浮的覆盖也并不理想，轻言突破绝非易事。因此，上海磁悬浮运营线的良好无线覆盖，对于加强TD-SCDMA技术优势和产品能力的信心、提升移动运营企业形象、增强市场竞争力都有着深远的意义；可以说，磁悬浮运营线TD-SCDMA系统解决方案的研究和测试有望填补全球在这一领域的空白，有助于体现在同行业中的技术优势。

　　面对这一挑战，上海移动与大唐移动共同成立专项研究课题，通过一系列系统的研究和方案实施，对组网方案以及设备算法进行多方面优化，努力探讨出TD-SCDMA在高速移动特殊场景覆盖的解决方案，积累磁悬浮场景的规划与优化经验，为今后国内外高速公路、高速铁路场景下TD网络的建设和优化提供了指导和参考。在高速移动情况下，信号的衰落速度随运动速度的增大而增加；对信号的解调形成极大挑战；多普勒频偏大而且变化快，小区重选复杂性增大，切换带长，车体穿透损耗大，小区覆盖范围小。对于如此种种现实问题和困难，整个专项研究团队坚定信心、本着迎难而上的态度去一一攻克。

　　二、协作共赢，完美方案

　　上海移动研发中心与大唐移动的课题合作人员同心协力，双方在课题合作上形成了优势互补。对于TD-SCDMA 理论和产品，大唐移动多年研究实践有着充分且深厚的积淀；而对于现有网络优化和技术缺点，上海移动作为运营企业有绝对的话语权。磁悬浮专项课题团队就在这样良性的氛围下进行着有条不紊的工作，更加深入地了解TD-SCDMA技术，同时提出各种全新的解决思路和想法，一同分析各个技术方案的优缺点。

　　通过对高速移动情况下TD-SCDMA现有网络规划、物理层算法、RRM策略和正常业务流程所受影响的全面分析，其中变化最显著的是信号衰落速度、多普勒频偏和业务时延。在组网方案的选取上，采用磁悬浮小区专网覆盖，尽量扩大单个小区的覆盖范围，设置简洁的邻区关系，减少切换次数；设置磁悬浮小区同属一个RNC，同归一个位置区/路由区，避免过多跨区切换和位置更新。为了突破高速移动技术难点，简洁地实现组网建设，有效的方案之一在于改变小区结构。

　　1. 小区的单站址覆盖方案

　　即作为普通网络模式下的宏站，只覆盖单站址小区半径的范围，如图3：

图3 小区的单站址覆盖方案示意图

　　此种小区覆盖方案，在高速路段进行切换、重选、接入等时延较大的操作时，终端可能还没完成就进入下一小区，操作成功率受到限制，因而更加适用于低速路段。

　　单站址覆盖可以使用基带拉远型宏基站和射频拉远型宏基站两种站型，相比而言，基带拉远型宏基TDB144A更具备优势。

　　单站址覆盖需要同时考虑沿线两方向的天线布置，若按传统的以基站下区域做为两扇区切换带，速度较快时切换和重选时延难以保证。可以采用小区分裂方案，将两面天线分别朝向沿线两侧，接入同一个RRS并配置为同一个小区。

　　2. 小区的多站址覆盖方案

　　在高速移动环境下，单站址的覆盖时延和频偏问题更为突出，为了解决这个问题，可以采用RRS多站址拉远级联扩大小区覆盖范围来解决，如图4：

图4 小区的单站址覆盖方案示意图

　　考虑到基站BBU单小区支持6通道，和物理层多径处理时延不应超过3km，在不降低性能的前提下同一个BBU可最多覆盖3个站址。每个级联RRS配置为高增益天线，在水平和垂直同时压缩波束角度。BBU+RRS方案拉远技术较为成熟，但拉远RRS必须通过沿线裸光纤连接，需考虑施工成本和时间。

　　综上所述，为了保证磁悬浮沿线覆盖，在预定时间内以最小风险实现，须一致选用基带拉远型宏基站TDB144A站型，并对高速路段铺设RRS拉远光纤，应用高增益单天线。

　　在磁悬浮高速覆盖中，TDB144A具备很多特色的优势：小区配置灵活——除将磁悬浮沿线覆盖为专网小区外，还有足够扇区资源对两侧区域进行覆盖；具有更大的发射功率——其最大发射功率是2W，还可通过RRS+大功率功放箱进一步加强下行覆盖；TDB144A可通过RRS拉远扩展小区范围，将几个站点配置为同一个小区，可有效的减少切换和小区重选次数，同时可保证在同一小区内完成重选、切换、接入等过程的时延要求；基带拉远型宏基站TDB144A容量更大，方便后期扩容；是未来的主流产品，兼容性和可维护性更高。

　　三、亮点改进，TD起飞

　　主要设备以及基本组网方案选定以后，最重要的就是各种高速特殊问题的专项解决。对于高速移动最突出的多普勒频偏问题，频率补偿是关键。而频率补偿的关键问题是高速下的频偏测量。目前业内主要有两种思路，一种根据数据部分来测量频偏，一种是根据midamble码来测量频偏，两种方法各有优点，适用于不同情况。

　　大唐移动在2003年已经对相关算法申请了专利，对于超过400km/h的高速移动环境，物理层算法采用两种思路的结合更为有效，既两次频偏校准。在磁悬浮课题研究中，采用结合了两种算法优势的基站版本，高速移动的频偏问题得到了有效的解决。

　　图5 高速算法（频率补偿）前后BLER测试结果图

　　（注：从测试结果图可以看出，在采用频率补偿的高速算法之后，误块率BLER基本都在10-2左右，符合常规通信业务的要求，系统性能明显大幅改善。）

　　在磁悬浮项目过程中，多项产品新技术孕育成长并验证通过，多项突破性专利发明应用于产品和项目实施。磁悬浮基站在频率补偿专利算法的基础上，又补充了天线宏分集算法、定向切换算法等，进行了修改天线阵延迟、远程定位等多项改进，在磁悬浮沿线新增站点配置完成后的连续覆盖测试中，实现了磁悬浮超高速场景下的语音、流媒体等业务的连续覆盖。

　　至此，项目既定目标得以完全实现，标志着TD-SCDMA 网络对高速移动场景覆盖的速度极限改写为了431km/h。列车以飞机起飞的速度在运行，TD系统也突破了理论的屏障，开始起飞！

　　正因为这些不懈努力和种种创新，上海移动研究发展中心专门向项目组发来感谢信，对大唐移动在磁悬浮TD 创新课题研究中的卓越表现予以了充分肯定。

　　结语：磁悬浮高速移动下的无缝覆盖，使得业内外对于TD-SCDMA系统优势、产品方案有了更深刻的理解和认可，也为全球无线通信解决了一大难题。而大唐移动在此项目中体现出来的TD创造者的核心技术力量可见一斑；其在试验网建设中始终贯彻注重工作深度、缔造精品网络的方针，是与运营企业的诉求点深深契合的。

　　放眼更加广阔的3G前景，高速移动将更加大步的前进。磁悬浮可进一步优化，未来各个城市，诸如京津、京沪、陕西等多条300km/h 的高速客车专线已投入运营或正在建设。对于刚刚驭风起飞的TD高速移动来说，还有很多的事情要做，日趋完善、逐步发展。