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网元介绍

TrainGW

TrainGW相当于LTE-Advanced Relay架构中的Relay节点，包括了HNB(或HeNB GW)功能和eUE功能(又称为TrainGW eUE)，HNB/HeNB GW功能为车内各个HNB(或HeNB)提供服务，负责对HNB(或HeNB)与CN之间的信令和数据进行汇聚和转发，eUE功能用于在回传链路上收发数据，eUE上的用户平面数据即为HNB与CN之间交互的信令和数据。

该网元通过Iuh接口与车厢内部署的HNB连接，为车厢内的终端用户提供接入。

Macro-eNB

Macro-eNB为LTE网络中的宏小区，实现与TrainGW eUE的空口连接，完成TrainGW eUE与LTE核心网之间的数据转发。

TrainGW eUE的MME

为了使TrainGW的eUE功能可以正常工作，这里引入了TrainGW eUE的MME和TrainGW eUE的SGW/PGW两个功能实体。TrainGW eUE的MME负责为TrainGW eUE建立S1接口和信令连接，与LTE网络中的MME功能一致。

Macro eNB需要与TrainGW的MME建立一个S1接口，并为其下辖的每个TrainGW维护一条S1连接。

TrainGW eUE的SGW/PGW

TrainGW eUE的SGW/PGW负责对HNB与CN之间以及HNB与HMS之间交互的信令和数据进行汇聚和转发，与LTE网络中的SGW/PGW功能一致。

与LTE-Advanced Relay架构的区别是，TrainGW SGW/PGW 和TrainGW MME 通过核心网间接口直接与3G CN核心网互联，支持3G HNB、3G用户终端设备对3G CN的访问。

HMS

相对于LTE-Advanced Relay网络架构，这里引入HNB系统中的HMS，HMS为网络管理设备，基于TR-069网络管理协议实现，负责为NNB提供配置参数，实现HNB的位置认证功能，并且为HNB分配合适的服务HNB GW，为HNB提供性能管理，告警管理。

SeGW

相对于LTE-Advanced Relay网络架构，这里引入HNB系统中的SeGW，主要为HNB与HMS之间的连接安全性提供保证，在地面固定部署。

车载系统HNB通过光纤或电缆连接HNB GW，一般为运营商或铁路部门专用网络部署，因此HNB到HNB GW之间可以保证安全接入。

可以看出，TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同构成了HNB 与3G 核心网CN间的Iu接口数据传输通道。

数据流向

User UE的控制平面和用户平面数据被映射到TrainGW-eUE的用户平面承载，经由Macro eNB和TrainGW SGW/PGW，透传给3G 核心网CN。

对关键接口的影响

Iuh接口

Iuh接口传输承载由运营商或铁路部门部署的光纤或电缆传输，对接口协议没有影响。

Iu接口

Iu接口数据传输通道由TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同构成，对接口协议没有影响。

HMS和HNB之间接口

FemtoCell固定网络中通过HNBIP网络SeGWHMS，实现HMS与HNB之间的数据传输，接口协议采用TR-069。高速铁路覆盖中，HMS与HNB之间的数据传输通过HNBTrainGWLTE Macro-eNBLTE核心网IP网络SeGWHMS实现，对接口协议没有影响。

业务需求可行性分析

本节将根据高速铁路业务需求和TDD LTE回传网络所能提供的系统容量，进行本方案支持用户业务需求的可行性分析。

根据2.2节统计结果，折算到Iu口容量，见下表：

其中，CS12.2k语音业务和数据业务转换为Iu口数据格式，需要增加各种头开销，传输速率计算时分别对应一个速率倍增系数，即2.871和1.322。

根据上述对比，可以看到TDD LTE网络20M带宽、时隙配比为D:S:U=4:2:4的配置(4个下行时隙：2个特殊时隙：4个上行时隙)下，能够满足传输容量的要求，相对于采用传统的车厢外TD-SCDMA宏小区覆盖的方案具有明显的优势。

关键技术问题分析

干扰

高速FemtoCell组网方式，主要的干扰场景为：

图7 干扰场景示意图

车内相邻FemtoCell之间的干扰

干扰场景如图7中(1)所示。

根据1.2节统计，列车每车厢业务量需求下行在1 Mbps左右，上行在0.04 M左右，因此每车厢部署1个单载波FemtoCell可以满足容量需求，即可以采用每个FemtoCell小区单频点覆盖，车内干扰可以通过频点规划规避同频干扰。在可用频点个数允许的情况下，尽量增大FemtoCell频点复用距离。比如，FemtoCell采用目前TD-SCDMA网络常用的3个室内覆盖频点进行覆盖，那么频点复用距离为车厢长度的三倍。

另外，车厢之间有车门阻隔可以屏蔽一定的干扰。

列车FemtoCell与室外宏小区之间的干扰

干扰场景如图7中(2)所示。

列车FemtoCell与室外宏小区之间的干扰可以通过异频组网的方式进行规避。考虑到铁路沿线通常不会有密集的居民和办公建筑分布，列车内FemtoCell覆盖可以复用家庭基站组网的频率资源，比如规划给室内覆盖的频率资源。

两列车FemtoCell之间的干扰

干扰场景如图7中(3)所示。

高速场景下列车通常采用金属车厢，两辆列车之间的隔离度在25~30 dB以上，在很大程度上隔离了相互之间的干扰。尤其在列车行驶过程中，相向运动，两辆列车并列时间5 s(按照动车组行驶速度200 km/h，列车长度400 m计算)，列车之间FemoCell相互干扰影响较小。

移动性管理

小区切换/重选

本文提出的高速铁路FemtoCell覆盖解决方案中涉及两种类型终端，一种是用户终端，另一种是车载网关。车载网关同时作为车外宏小区的终端，随着列车运动，需要进行小区驻留、接入、重选和切换等一系列过程，为了提高车载网关的移动性能，可以采用现有的多小区合并、优化切换重选参数、定向接入/切换等多种方案。因此本节将重点讨论车内用户的移动性问题。

车内用户的移动又包括2种场景：用户在列车上不同FemtoCell间移动的情况(如图8中(1)所示);车内用户上下车的情况。其中，用户在列车上不同FemtoCell间移动的情况，可以采用现有的FemtoCell间用户移动处理方式[5](TrainGW进行处理)。车内用户上下车的移动性问题包括：车内用户移动至车外(如图8中(2)所示)和车外用户移动至车内(如图8中(3)所示)两种情况，下面进行具体分析。

关键词： 覆盖 解决方案 FemtoCell 场景 移动 高速