高速移动场景下FemtoCell覆盖解决方案(3)

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。

图8 切换/重选场景示意图

车内用户向车外小区切换/重选

需要将车外宏小区配置成车内FemtoCell小区的邻区，可以利用HNB现有的自动监听检测功能进行邻区检测，选择合适的车外宏小区作为邻区。但是考虑到车体穿透损耗，车内HNB对邻区的检测可能不够准确，这个是需要进一步研究的问题。

同时列车在运行过程中不可能有用户上下车，此时希望车内终端用户能够一直驻留在车内FemtoCell小区内，此时邻区列表中只需要配置车上相邻的FemtoCell。因此车内FemtoCell小区的邻区也可以灵活地进行配置。 车外用户向车内小区切换/重选

由于经过一个站台的车辆及停留时间都不固定，若将所有可能经过列车的所有FemtoCell小区都添加为邻区，则一是可能会超出邻区数限制，二是会增加终端的测量上报的负荷；若FemtoCell邻区只是在列车进站时添加，出站时删除，则会引起宏小区广播频繁更新，导致众多终端频繁读取广播。上述问题同样存在于室内FemtoCell组网场景，需要进一步的研究。

网络寻呼

对TrainGW的寻呼

车外宏小区对TrainGW的寻呼应遵循车外宏小区对一般终端的寻呼方式和流程，不需要特殊调整。并且TrainGW在工作过程中承载大量真实终端数据，一般不会处于空闲状态，发起寻呼次数很少，因为寻呼导致的TrainGW与车外宏小区连接建立时延对FemtoCell内终端业务的影响可以忽略。

对用户终端（User-UE）的寻呼

3G网络对用户终端的寻呼消息，作为用户面数据，以IP包的形式传输给TrainGW eUE的SGW/PGW，此时TrainGW eUE的SGW/PGW相当于一个数据路由器，在LTE回传网络中最终传输给TrainGW eUE，在TrainGW内部把这些IP包数据传递给HNB GW，至此完成了寻呼数据在Iu口上的传输。

TrainGW可以通过现有寻呼方式对服务的用户终端进行寻呼：当TrainGW收到CN 下发的寻呼消息时，根据寻呼消息中的UE 标识，通过查询UE Context，找到UE 所附着的FemtoCell 小区，并在该FemtoCell 范围内实现精确寻呼。

同步

由于终端在列车内外的移动性的需要，要求车内FemtoCell之间，车内FemtoCell与车外宏小区之间保持同步。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车外宏小区同步参考，进行同步调整。

优点：可以在任何存在3G网络的地方获取同步参考。

缺点：需要TrainGW eUE同时支持3G网络同步信号的接收。 GPS同步：利用车上安装的GPS设备获取同步参考信号。 优点：不需要TrainGW eUE同时支持3G网络同步信号的接收。 缺点：列车进站后，可能不能随时接收GPS信号。 QoS保证

TrainGW作为一个大容量、高速移动的终端，汇集了来自大量用户终端多种QoS等级的业务数据。LTE车外宏小区作为业务数据的中转，需要分别保证不同业务的QoS要求。同时在不能为高速铁路提供专网组网的情况下，需要保证车上用户和车外直接接入车外宏小区的用户能得到公平调度。

可以采取如下方案：

TrainGW 根据车内UE传输数据的QoS类型建立不同的优先级承载，来自同一TrainGW不同UE相同QoS类型的业务可以映射到同一条优先级承载上。车外宏小区根据业务优先级调度TrainGW 或车外宏小区其他终端。或者可以根据对车载业务保证的需求，调整车载业务优先级。

方案小结

根据上述分析，基于FemtoCell覆盖高速移动场景的方案，相对于传统覆盖方案可以解决一些实际的问题：

HNB安装在车厢内部，通过TrainGW与车厢外宏小区建立连接，解决了车厢穿透损耗对空口传输的影响。

采用LTE网络作为无线宽带回传网络，解决了高速场景下用户密集，3G网络容量受限的问题。

移动性管理方面，本方案中车厢外LTE宏小区组网时仍然可以采用多小区合并组网技术，可以解决TrainGW eUE终端在LTE宏小区中停留过短的问题。并且TrainGW汇聚了大量用户终端的数据，作为一个车外宏小区的终端在网络中移动，车厢内FemtoCell之间的用户切换可以直接经过TrainGW进行，切换和小区重选等移动性过程相当于在低速环境下进行。

同时，该方案在诸多细节上还需要进一步研究，如：

针对高速场景下用户终端移动和传播环境特点，HNB邻区配置策略和方法需要进一步研究和优化。

为了方便运营商对用户漫游计费的统计，针对HNB在随着列车移动的特点，需要对HNB位置区/路由区的维护方案进一步研究。

采用LTE空口回传技术，空口传输速率受信道条件，网络负荷等因素的影响，会引入数据回传的时延。因此需要对车载用户终端的业务质量保证策略进一步研究和优化。

总结

高速移动场景已经成为3G移动通信重要的组网场景，FemtoCell由于其灵活的组网方式，已经在室内场景组网中得到了广泛的应用。本文结合高速移动场景的特点，提出了一种利用FemtoCell基站对高速铁路车厢进行覆盖的组网方式，并给出实现的网络架构，及干扰、移动性管理、同步、QoS保证等关键技术问题分析。根据初步的研究分析，该方案结合现有的高速移动场景覆盖技术，可以解决高速移动场景下移动性管理、网络容量受限及车厢穿透损耗等问题，可以明显提升终端用户的业务体验。同时，方案中还存在一些细节需要进一步研究和优化，需要后续关注。

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