高速移動(dòng)場景下FemtoCell覆蓋解決方案

網(wǎng)元介紹

TrainGW

TrainGW相當(dāng)于LTE-Advanced Relay架構(gòu)中的Relay節(jié)點(diǎn)，包括了HNB(或HeNB GW)功能和eUE功能(又稱為TrainGW eUE)，HNB/HeNB GW功能為車內(nèi)各個(gè)HNB(或HeNB)提供服務(wù)，負(fù)責(zé)對(duì)HNB(或HeNB)與CN之間的信令和數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，eUE功能用于在回傳鏈路上收發(fā)數(shù)據(jù)，eUE上的用戶平面數(shù)據(jù)即為HNB與CN之間交互的信令和數(shù)據(jù)。

該網(wǎng)元通過Iuh接口與車廂內(nèi)部署的HNB連接，為車廂內(nèi)的終端用戶提供接入。

Macro-eNB

Macro-eNB為LTE網(wǎng)絡(luò)中的宏小區(qū)，實(shí)現(xiàn)與TrainGW eUE的空口連接，完成TrainGW eUE與LTE核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

TrainGW eUE的MME

為了使TrainGW的eUE功能可以正常工作，這里引入了TrainGW eUE的MME和TrainGW eUE的SGW/PGW兩個(gè)功能實(shí)體。TrainGW eUE的MME負(fù)責(zé)為TrainGW eUE建立S1接口和信令連接，與LTE網(wǎng)絡(luò)中的MME功能一致。

Macro eNB需要與TrainGW的MME建立一個(gè)S1接口，并為其下轄的每個(gè)TrainGW維護(hù)一條S1連接。

TrainGW eUE的SGW/PGW

TrainGW eUE的SGW/PGW負(fù)責(zé)對(duì)HNB與CN之間以及HNB與HMS之間交互的信令和數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，與LTE網(wǎng)絡(luò)中的SGW/PGW功能一致。

與LTE-Advanced Relay架構(gòu)的區(qū)別是，TrainGW SGW/PGW 和TrainGW MME 通過核心網(wǎng)間接口直接與3G CN核心網(wǎng)互聯(lián)，支持3G HNB、3G用戶終端設(shè)備對(duì)3G CN的訪問。

HMS

相對(duì)于LTE-Advanced Relay網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這里引入HNB系統(tǒng)中的HMS，HMS為網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，基于TR-069網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)為NNB提供配置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)HNB的位置認(rèn)證功能，并且為HNB分配合適的服務(wù)HNB GW，為HNB提供性能管理，告警管理。

SeGW

相對(duì)于LTE-Advanced Relay網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這里引入HNB系統(tǒng)中的SeGW，主要為HNB與HMS之間的連接安全性提供保證，在地面固定部署。

車載系統(tǒng)HNB通過光纖或電纜連接HNB GW，一般為運(yùn)營商或鐵路部門專用網(wǎng)絡(luò)部署，因此HNB到HNB GW之間可以保證安全接入。

可以看出，TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同構(gòu)成了HNB 與3G 核心網(wǎng)CN間的Iu接口數(shù)據(jù)傳輸通道。

數(shù)據(jù)流向

User UE的控制平面和用戶平面數(shù)據(jù)被映射到TrainGW-eUE的用戶平面承載，經(jīng)由Macro eNB和TrainGW SGW/PGW，透傳給3G 核心網(wǎng)CN。

對(duì)關(guān)鍵接口的影響

Iuh接口

Iuh接口傳輸承載由運(yùn)營商或鐵路部門部署的光纖或電纜傳輸，對(duì)接口協(xié)議沒有影響。

Iu接口

Iu接口數(shù)據(jù)傳輸通道由TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同構(gòu)成，對(duì)接口協(xié)議沒有影響。

HMS和HNB之間接口

FemtoCell固定網(wǎng)絡(luò)中通過HNBIP網(wǎng)絡(luò)SeGWHMS，實(shí)現(xiàn)HMS與HNB之間的數(shù)據(jù)傳輸，接口協(xié)議采用TR-069。高速鐵路覆蓋中，HMS與HNB之間的數(shù)據(jù)傳輸通過HNBTrainGWLTE Macro-eNBLTE核心網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò)SeGWHMS實(shí)現(xiàn)，對(duì)接口協(xié)議沒有影響。

業(yè)務(wù)需求可行性分析

本節(jié)將根據(jù)高速鐵路業(yè)務(wù)需求和TDD LTE回傳網(wǎng)絡(luò)所能提供的系統(tǒng)容量，進(jìn)行本方案支持用戶業(yè)務(wù)需求的可行性分析。

根據(jù)2.2節(jié)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，折算到Iu口容量，見下表：

其中，CS12.2k語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為Iu口數(shù)據(jù)格式，需要增加各種頭開銷，傳輸速率計(jì)算時(shí)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)速率倍增系數(shù)，即2.871和1.322。

根據(jù)上述對(duì)比，可以看到TDD LTE網(wǎng)絡(luò)20M帶寬、時(shí)隙配比為D:S:U=4:2:4的配置(4個(gè)下行時(shí)隙：2個(gè)特殊時(shí)隙：4個(gè)上行時(shí)隙)下，能夠滿足傳輸容量的要求，相對(duì)于采用傳統(tǒng)的車廂外TD-SCDMA宏小區(qū)覆蓋的方案具有明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵技術(shù)問題分析

干擾

高速FemtoCell組網(wǎng)方式，主要的干擾場景為：

圖7 干擾場景示意圖

車內(nèi)相鄰FemtoCell之間的干擾

干擾場景如圖7中(1)所示。

根據(jù)1.2節(jié)統(tǒng)計(jì)，列車每車廂業(yè)務(wù)量需求下行在1 Mbps左右，上行在0.04 M左右，因此每車廂部署1個(gè)單載波FemtoCell可以滿足容量需求，即可以采用每個(gè)FemtoCell小區(qū)單頻點(diǎn)覆蓋，車內(nèi)干擾可以通過頻點(diǎn)規(guī)劃規(guī)避同頻干擾。在可用頻點(diǎn)個(gè)數(shù)允許的情況下，盡量增大FemtoCell頻點(diǎn)復(fù)用距離。比如，F(xiàn)emtoCell采用目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)常用的3個(gè)室內(nèi)覆蓋頻點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，那么頻點(diǎn)復(fù)用距離為車廂長度的三倍。

另外，車廂之間有車門阻隔可以屏蔽一定的干擾。

列車FemtoCell與室外宏小區(qū)之間的干擾

干擾場景如圖7中(2)所示。

列車FemtoCell與室外宏小區(qū)之間的干擾可以通過異頻組網(wǎng)的方式進(jìn)行規(guī)避?？紤]到鐵路沿線通常不會(huì)有密集的居民和辦公建筑分布，列車內(nèi)FemtoCell覆蓋可以復(fù)用家庭基站組網(wǎng)的頻率資源，比如規(guī)劃給室內(nèi)覆蓋的頻率資源。

兩列車FemtoCell之間的干擾

干擾場景如圖7中(3)所示。

高速場景下列車通常采用金屬車廂，兩輛列車之間的隔離度在25~30 dB以上，在很大程度上隔離了相互之間的干擾。尤其在列車行駛過程中，相向運(yùn)動(dòng)，兩輛列車并列時(shí)間5 s(按照動(dòng)車組行駛速度200 km/h，列車長度400 m計(jì)算)，列車之間FemoCell相互干擾影響較小。

移動(dòng)性管理

小區(qū)切換/重選

本文提出的高速鐵路FemtoCell覆蓋解決方案中涉及兩種類型終端，一種是用戶終端，另一種是車載網(wǎng)關(guān)。車載網(wǎng)關(guān)同時(shí)作為車外宏小區(qū)的終端，隨著列車運(yùn)動(dòng)，需要進(jìn)行小區(qū)駐留、接入、重選和切換等一系列過程，為了提高車載網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)性能，可以采用現(xiàn)有的多小區(qū)合并、優(yōu)化切換重選參數(shù)、定向接入/切換等多種方案。因此本節(jié)將重點(diǎn)討論車內(nèi)用戶的移動(dòng)性問題。

車內(nèi)用戶的移動(dòng)又包括2種場景：用戶在列車上不同F(xiàn)emtoCell間移動(dòng)的情況(如圖8中(1)所示);車內(nèi)用戶上下車的情況。其中，用戶在列車上不同F(xiàn)emtoCell間移動(dòng)的情況，可以采用現(xiàn)有的FemtoCell間用戶移動(dòng)處理方式[5](TrainGW進(jìn)行處理)。車內(nèi)用戶上下車的移動(dòng)性問題包括：車內(nèi)用戶移動(dòng)至車外(如圖8中(2)所示)和車外用戶移動(dòng)至車內(nèi)(如圖8中(3)所示)兩種情況，下面進(jìn)行具體分析。