引言
近年來，高速鐵路的覆蓋成為WCDMA無線網絡部署的一大熱點問題，利用小區合并也就是共小區來實現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，我們發現會遇到跨站址小區合并的掉話現象，也就是高速鐵路上的終端在通話過程中，如果處于合并小區的兩個站址之間，可能會發生掉話。為此，在本文中筆者我們分析了可能引發這種現象的可能原因，并給出了具體的解決建議。
圖1多普勒效應對信號質量的影響
2高速鐵路覆蓋的主要挑戰
對于高速鐵路覆蓋而言，由于列車運行的速度高，因此多普勒效應的影響將變得很顯著，多普勒效應具有如下一些特點：
（1）當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動速度成正比，運動速度越快頻偏越大。
（3）假定移動速度不變，用戶先朝向基站運動而后遠離基站，多普勒頻偏先正后負。
多普勒頻移將導致接收信號質量的下降。當信號的頻率與基準頻率發生偏差后，接收機如果基于基準頻率進行解調，兩者之間的相位差將導致接收機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量（Eb/No）與運動速度（km/h）之間的關系，從中可以看出Eb/No隨運動速度提高而下降。在從3km/h~500km/h到500km/h的區間，從仿真結果中看到，最好情況是下降0.1dB，最差情況是下降3dB。圖1中橫坐標運行速度對應多普勒頻移量，?？梢姸嗥绽疹l移越大，信號質量下降越大。信號質量下降的根本原因在于頻偏造成Eb的下降，從而引發Eb/No的下降。
3跨站址小區合并方案
在開闊地等高速運動場景，通過多個RRU小區合并的方式，實現小區合并覆蓋，可以增加單個小區覆蓋范圍，減少切換次數，詳情參見如圖2所示。：圖2中展示了6個不同站址的小區合并后，組成一個小區。在兩個不同站址小區的交界處，也就是在圖3中跨站址相鄰小區的重疊覆蓋范圍內，終端會接收到來自相反方向的小區的下行信號，對終端來說，這些下行信號分別具有正、負多普勒頻移。當終端移動速度較快時，這樣的正負多普勒頻偏差較大的信號可能會造成部分型號的手機掉話。接下來，筆者將分析跨站址小區合并時終端掉話產生的主要原因。
圖2跨站址小區合并方案示意圖
圖3正負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接收機示意圖
對于終端來說，并不知道多普勒頻移值，只是根據本地振蕩器（以下簡稱本振）與接收到的基站頻率進行對比，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具體實現機制通常是基于鎖相環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。當然本振的工作頻率可調范圍是有限的，對應頻率補償范圍，也就是終端能處理的多普勒頻移量小于頻率補償范圍。
表2合并后Eb的最大下降量
WCDMA終端的RAKE接收機由多個支路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對應圖3中不同站址的小區信號。顯然，當終端支路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，我們可以根據圖1，列出不同運行速度下，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，隨著運行速度的提高，支路2的Eb下降更為顯著。RAKE接收機將合并同一擾碼的信號，假定兩個支路的接收信號強度相同（相當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度下降，詳情參見如表2。所示：因此，初步可以評估出，當運行速度達到300km/h時，如果不能補償支路2的頻偏，合并后的信號強度將最多下降超過2dB。
5軟切換與小區合并的差異
很明顯，只要是終端接收到跨站址的兩個小區的信號，就會遇到正、負多普勒頻移的現象。在路測過程中，我們觀察到如果跨站址的小區不是合并的小區，也就是常見的軟切換，這時很少會發生掉話，這又是什么原因呢？
原來，軟切換與小區合并的最大區別是圖4中兩個支路的擾碼不一樣。這樣，終端在小區合并時是先合并相同擾碼的信號，再進行解調解擾等信號處理工作；而進行軟切換時，終端是先進行解調解擾等信號處理工作，再進行最大比合并工作。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，在進行軟切換時，當采用最大比合并的處理方式時，信號強度的下降相對有限；而在小區合并時，某些終端機型若沒有采用最大比合并，則信號強度的下降會相對顯著。在干擾大致不變的情況下，信號強度的下降意味著信號質量的下降。顯然，信號質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，這種現象與終端的RAKE接收機的處理機制密切相關，因此與終端的類型有關。要想解決這個問題，可以考慮如下一些解決方案。
（1）終端
終端接收機實現方案的不同，以及終端同步的能力等都可能會造成在使用跨站址小區合并方案時產生掉話問題。如果能調整終端的處理機制，采用跨站址小區合并的方案時掉話現象將會減少。但是，從運營商的角度出發，終端實現方案較難控制。但隨著以后終端高級接收機應用的普及，將會有助于解決這個問題。
（2）部署方案
在實際部署時，目前可以考慮控制跨站址小區合并方案使用的范圍，如首先考慮使用相同站址的小區合并方案，在其它特殊區域適度使用跨站址的小區合并方案。
（3）網絡規劃
如果確實需要采用跨站址小區合并，我們建議在WCDMA無線網絡規劃時引入一個額外的余量，用來補償因為終端實現帶來的信號強度的下降，例如該余量可以考慮為3dB。
7結束語
多普勒頻移是高速鐵路覆蓋面臨的問題，而正負多普勒頻移可能會在跨站址小區合并方案中引發掉話問題。通過分析掉話現象，我們發現終端接收機的實現以及終端同步能力都有可能是產生掉話的原因。為此，我們可以考慮通過改進終端的處理機制、控制跨站址小區合并的部署范圍以及在網絡規劃時引入一個額外的余量來進行解決。