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移动性管理

高速铁路等高速移动场景与普通场景相比，由于移动速度非常高，在沿途每个小区覆盖范围内停留的时间都非常短。而高速移动环境下，由于链路质量的恶化，终端用户的小区驻留、接入、重选和切换等通信过程需要测量和信令交互的时间会更长，而采用常规的宏蜂窝小区覆盖主要考虑的是中低速场景，时延较大的重选、切换和接入等流程很可能无法在单个基站站点覆盖范围内全部完成;同时频繁的切换还会导致用户体验变差，切换掉话的可能性变大。

网络容量受限

参考2.2节的分析，大量高速移动场景下的终端用户业务容量需求较高，在现有TD-SCDMA可用的频谱资源条件下，使用TD-SCDMA宏蜂窝小区覆盖的方式，难以满足高速移动场景下终端用户的业务需求。

另外，当高速列车运行到小区或位置区边缘时，会产生大量的切换或位置区更新信令，会导致短时间内系统负荷过载。

高速移动场景现有覆盖解决方案

多小区合并组网方案

多小区合并的组网方式，通过扩大单小区覆盖面积，增大重选/切换带，解决高速环境下的连续性覆盖问题，从而解决终端在高速移动环境中的驻留、接入、呼叫等问题，提升终端小区重选、小区切换成功率，降低终端掉话率。

普通小区结构如图1所示。

图1 普通小区结构示意图(单站址单扇区)

普通小区结构即单扇区覆盖一个小区，单个小区覆盖范围有限。其中BBU为基站基带单元，RRU为基站射频单元。

经过多小区合并，小区结构示意图如图2 所示。

图2 多站址多扇区合并示意图

采用多小区合并之后，原来多个小区之间的切换区域变成了同一个小区内的接力点，减少了切换，无需再预留信号重叠区域，从而扩大了单站覆盖距离。成倍降低终端用户在高速环境下的切换、重选次数，提升用户感知。

可以看出，多小区合并组网方案，主要解决了移动性管理的问题。

高速无线直放站方案

在多小区合并组网方案基础上，引入高速无线直放站，通过安装在车厢外部的施主天线接收轨道沿线的TD-SCDMA宏蜂窝小区信号，并将放大后的信号通过泄漏电缆传递到乘客车厢，覆盖车厢内用户。

高速无线直放站的引入，在一定程度上解决了穿透损耗的问题。

现有方案存在的问题

从上述现有方案描述和分析看，现有的高速移动场景覆盖解决方案解决了移动性管理、穿透损耗、多普勒频偏的部分问题，一定程度上保证了终端用户基本业务(如语音、低速数据)的需求，但仍然存在一些明显的问题，见下表：

基于上述分析，目前的方案不能解决高速场景下网络容量受限的问题。为了更好地解决这一问题，本文将在下面章节中介绍一种基于FemtoCell的高速场景下覆盖解决方案。

FemtoCell覆盖解决方案

FemtoCell(家庭基站小区)技术是目前众多通信设备商和主流运营商关注的重点。它的应用场景主要定位为家庭或者中小企业，一个FemtoCell单元类似于一个WLAN的无线接入点，通过普通的以太网口或其他有线连接接入到移动运营商的核心网络，以实现电信级运营和网络覆盖[1]。

本文将FemtoCell技术应用到高速移动场景，该方案采用LTE网络作为无线宽带回传网络(称为Backhaul)，在每个列车上部署FemtoCell(标准研究中通常称为HNB，Home Node B家庭基站)和FemtoGW(标准研究中通常称为HNB GW，HNB GateWay家庭基站网关)，通过LTE回传网络将这些FemtoCell接入到核心网络。LTE回传设备在宏蜂窝网络中相当于一个高速移动的终端。

网络架构介绍

在介绍高速场景下FemtoCell覆盖解决方案之前，先对标准中的FemtoCell系统架构做简要介绍[2]，其网络架构如下图所示：

图4 Home Node B网络架构图

可以看出，在FemtoCell系统中引入的网元有HNB、HNB GW、SeGW(Security GateWay)、HMS(HNB Management System)。

其中，HNB集成了Node B和RNC的主要功能。HNB GW主要是为HNB和CN之间的连接提供汇聚/分发功能以及负责对HNB的注册管理等。SeGW安全网关提供HNB到HMS和HNB GW的安全接入、HNB鉴权等功能。HMS主要功能是为HNB提供管理和参数配置。

本文将要介绍的车载FemtoCell系统网络架构如图5 和图6 所示：

图6所示的FemtoCell系统网络架构在参考LTE-Advanced Relay的网络架构[3]设计的基础上，针对高速移动场景覆盖特点，进行针对性调整和扩展，具体见下面网元介绍。

需要特别说明的是：这里的TrainGW安装于车厢上，完成HNB数据的汇聚/分发、HNB注册管理等功能。部署在车厢上的主要原因有：

1)考虑到单个HNB覆盖范围有限、业务容量有限，一般列车都会放置多个HNB。若将HNB GW作为地面固定设备部署，车厢上同样需要一个替代设备对HNB数据进行汇聚/分发，逻辑功能重复。

2) 车内HNB随着列车运动而位置不断变化，如果HNB GW在地面固定部署，则HNB GW需要跟踪HNB的移动信息，不仅实现复杂，还会增加业务时延等。

因此将HNB GW部署于车内较为合适。

关键词： 覆盖 解决方案 FemtoCell 场景 移动 高速