高速移動場景下FemtoCell覆蓋解決方案

圖8 切換/重選場景示意圖

車內用戶向車外小區(qū)切換/重選

需要將車外宏小區(qū)配置成車內FemtoCell小區(qū)的鄰區(qū)，可以利用HNB現(xiàn)有的自動監(jiān)聽檢測功能進行鄰區(qū)檢測，選擇合適的車外宏小區(qū)作為鄰區(qū)。但是考慮到車體穿透損耗，車內HNB對鄰區(qū)的檢測可能不夠準確，這個是需要進一步研究的問題。

同時列車在運行過程中不可能有用戶上下車，此時希望車內終端用戶能夠一直駐留在車內FemtoCell小區(qū)內，此時鄰區(qū)列表中只需要配置車上相鄰的FemtoCell。因此車內FemtoCell小區(qū)的鄰區(qū)也可以靈活地進行配置。

車外用戶向車內小區(qū)切換/重選

由于經(jīng)過一個站臺的車輛及停留時間都不固定，若將所有可能經(jīng)過列車的所有FemtoCell小區(qū)都添加為鄰區(qū)，則一是可能會超出鄰區(qū)數(shù)限制，二是會增加終端的測量上報的負荷;若FemtoCell鄰區(qū)只是在列車進站時添加，出站時刪除，則會引起宏小區(qū)廣播頻繁更新，導致眾多終端頻繁讀取廣播。上述問題同樣存在于室內FemtoCell組網(wǎng)場景，需要進一步的研究。

網(wǎng)絡尋呼

對TrainGW的尋呼

車外宏小區(qū)對TrainGW的尋呼應遵循車外宏小區(qū)對一般終端的尋呼方式和流程，不需要特殊調整。并且TrainGW在工作過程中承載大量真實終端數(shù)據(jù)，一般不會處于空閑狀態(tài)，發(fā)起尋呼次數(shù)很少，因為尋呼導致的TrainGW與車外宏小區(qū)連接建立時延對FemtoCell內終端業(yè)務的影響可以忽略。

對用戶終端(User-UE)的尋呼

3G網(wǎng)絡對用戶終端的尋呼消息，作為用戶面數(shù)據(jù)，以IP包的形式傳輸給TrainGW eUE的SGW/PGW，此時TrainGW eUE的SGW/PGW相當于一個數(shù)據(jù)路由器，在LTE回傳網(wǎng)絡中最終傳輸給TrainGW eUE，在TrainGW內部把這些IP包數(shù)據(jù)傳遞給HNB GW，至此完成了尋呼數(shù)據(jù)在Iu口上的傳輸。

TrainGW可以通過現(xiàn)有尋呼方式對服務的用戶終端進行尋呼：當TrainGW收到CN 下發(fā)的尋呼消息時，根據(jù)尋呼消息中的UE 標識，通過查詢UE Context，找到UE 所附著的FemtoCell 小區(qū)，并在該FemtoCell 范圍內實現(xiàn)精確尋呼。

同步

由于終端在列車內外的移動性的需要，要求車內FemtoCell之間，車內FemtoCell與車外宏小區(qū)之間保持同步。采用的方法可以有：空口同步、GPS同步。

空口同步：利用eUE得到的3G車外宏小區(qū)同步參考，進行同步調整。

優(yōu)點：可以在任何存在3G網(wǎng)絡的地方獲取同步參考。

缺點：需要TrainGW eUE同時支持3G網(wǎng)絡同步信號的接收。

GPS同步：利用車上安裝的GPS設備獲取同步參考信號。

優(yōu)點：不需要TrainGW eUE同時支持3G網(wǎng)絡同步信號的接收。

缺點：列車進站后，可能不能隨時接收GPS信號。

QoS保證

TrainGW作為一個大容量、高速移動的終端，匯集了來自大量用戶終端多種QoS等級的業(yè)務數(shù)據(jù)。LTE車外宏小區(qū)作為業(yè)務數(shù)據(jù)的中轉，需要分別保證不同業(yè)務的QoS要求。同時在不能為高速鐵路提供專網(wǎng)組網(wǎng)的情況下，需要保證車上用戶和車外直接接入車外宏小區(qū)的用戶能得到公平調度。

可以采取如下方案：

TrainGW 根據(jù)車內UE傳輸數(shù)據(jù)的QoS類型建立不同的優(yōu)先級承載，來自同一TrainGW不同UE相同QoS類型的業(yè)務可以映射到同一條優(yōu)先級承載上。車外宏小區(qū)根據(jù)業(yè)務優(yōu)先級調度TrainGW 或車外宏小區(qū)其他終端?；蛘呖梢愿鶕?jù)對車載業(yè)務保證的需求，調整車載業(yè)務優(yōu)先級。

方案小結

根據(jù)上述分析，基于FemtoCell覆蓋高速移動場景的方案，相對于傳統(tǒng)覆蓋方案可以解決一些實際的問題：

HNB安裝在車廂內部，通過TrainGW與車廂外宏小區(qū)建立連接，解決了車廂穿透損耗對空口傳輸?shù)挠绊憽?p>采用LTE網(wǎng)絡作為無線寬帶回傳網(wǎng)絡，解決了高速場景下用戶密集，3G網(wǎng)絡容量受限的問題。

移動性管理方面，本方案中車廂外LTE宏小區(qū)組網(wǎng)時仍然可以采用多小區(qū)合并組網(wǎng)技術，可以解決TrainGW eUE終端在LTE宏小區(qū)中停留過短的問題。并且TrainGW匯聚了大量用戶終端的數(shù)據(jù)，作為一個車外宏小區(qū)的終端在網(wǎng)絡中移動，車廂內FemtoCell之間的用戶切換可以直接經(jīng)過TrainGW進行，切換和小區(qū)重選等移動性過程相當于在低速環(huán)境下進行。

同時，該方案在諸多細節(jié)上還需要進一步研究，如：

針對高速場景下用戶終端移動和傳播環(huán)境特點，HNB鄰區(qū)配置策略和方法需要進一步研究和優(yōu)化。

為了方便運營商對用戶漫游計費的統(tǒng)計，針對HNB在隨著列車移動的特點，需要對HNB位置區(qū)/路由區(qū)的維護方案進一步研究。

采用LTE空口回傳技術，空口傳輸速率受信道條件，網(wǎng)絡負荷等因素的影響，會引入數(shù)據(jù)回傳的時延。因此需要對車載用戶終端的業(yè)務質量保證策略進一步研究和優(yōu)化。

總結

高速移動場景已經(jīng)成為3G移動通信重要的組網(wǎng)場景，F(xiàn)emtoCell由于其靈活的組網(wǎng)方式，已經(jīng)在室內場景組網(wǎng)中得到了廣泛的應用。本文結合高速移動場景的特點，提出了一種利用FemtoCell基站對高速鐵路車廂進行覆蓋的組網(wǎng)方式，并給出實現(xiàn)的網(wǎng)絡架構，及干擾、移動性管理、同步、QoS保證等關鍵技術問題分析。根據(jù)初步的研究分析，該方案結合現(xiàn)有的高速移動場景覆蓋技術，可以解決高速移動場景下移動性管理、網(wǎng)絡容量受限及車廂穿透損耗等問題，可以明顯提升終端用戶的業(yè)務體驗。同時，方案中還存在一些細節(jié)需要進一步研究和優(yōu)化，需要后續(xù)關注。