高速高铁优化-多普勒频偏补偿功能

多普勒效应对移动通信的影响引言多普勒效应是一种物理现象，它描述了当观察者和发射者之间相对运动时，波的频率和波长会发生变化。

在移动通信中，多普勒效应对信号传输有着重要的影响。

本文将探讨多普勒效应对移动通信的影响以及相应的解决方法。

多普勒效应对移动通信的影响多普勒效应对移动通信的影响主要体现在信号频率的变化上。

当信号的发射源或接收源在空间中移动时，相对运动会导致信号的频率发生变化。

这会使得接收到的信号频率与正常频率不一致，从而影响通信质量和信号的解调。

具体影响如下：1. 频偏：由于多普勒效应的存在，信号的频率与接收设备预期的频率不一致，会导致信号频偏现象。

当频偏超出接收设备的频偏隐藏能力时，可能导致信号无法正确解调，从而导致通信中断或严重信号质量下降。

2. 速度限制：由于多普勒效应的存在，移动通信系统需要对移动速度有限制。

当移动速度过快时，多普勒效应会导致信号频偏过大，从而无法正确解码信号。

在高速移动场景下，移动通信系统需要采取额外的措施来解决多普勒效应引起的问题。

解决多普勒效应的方法针对多普勒效应对移动通信的影响，可以采用以下方法解决：1. 频偏补偿：接收设备可以通过对接收信号进行频偏补偿来解决多普勒效应导致的频偏问题。

频偏补偿的方法包括数字信号处理和物理电路补偿等。

通过对接收信号进行实时的频偏估计和补偿，可以使得接收到的信号频率与预期频率一致，从而保证通信质量。

2. 信道估计：对于移动通信系统中高速移动场景下的多普勒效应，可以通过信道估计的方法来解决。

通过对移动信道特性的不断估计和调整，可以适应多普勒频率偏移，从而保证信号的正确解码和通信质量。

多普勒效应对移动通信有着重要的影响，尤其是在高速移动场景下。

通过采用频偏补偿和信道估计等方法，可以有效地解决多普勒效应引起的频偏和速度限制问题。

这些方法为移动通信系统的发展和应用提供了技术支持，使得移动通信能够更好地适应各种复杂的通信环境。

，移动通信系统在设计和实施过程中应充分考虑多普勒效应的影响，并采取相应的解决方法，以保证通信质量和用户体验的提升。

基于lte⾼铁⽆线通信⽅案基于LTE技术的⾼铁⽆线通信⽅案1 引⾔我国铁路经过⼏次⼤幅度的提速后，列车运⾏速度越来越快。

⽬前正在运⾏的⾼速铁路，包括武⼴⾼铁、郑西⾼铁以及即将开通的京沪⾼铁，列车速度已经达到并超过了350km/h，这标志着我国⾼速铁路已经达到了世界先进⽔平。

列车速度的提升和新型车厢的出现带来了⾼效和舒适，同时对⾼速环境下通信服务的种类和质量的要求也越来越⾼，这⽆疑对铁路⽆线通信提出了更为苛刻的要求。

⾼速铁路的⽆线通信环境包罗万象，除了城市和平原，还有⾼⼭、丘陵、⼽壁、沙漠、桥梁和隧道。

可以说涵盖了⼏乎所有的⽆线通信场景。

所以，如何在⾼速移动环境下保持好的⽹络覆盖和通信质量，是对LTE技术的挑战。

2 关键技术对于移动通信系统⽽⾔，当移动终端速度达到350km/h以后，则需要考虑以下关键技术。

第⼀：⾼速列车使⽤的传播模型；第⼆：列车的⾼速使得多普勒频移效应明显；第三：列车的⾼速使得终端频繁的切换；第四：⾼速列车强度的加⼤使得电波的穿透损耗也进⼀步增加；第五：⾼铁覆盖⽹络和公⽹之间的相互影响关系。

(1) 传播模型在⽆线⽹络规划中，通常使⽤经验的传播模型预测路径损耗中值，⽬的是得到规划区域的⽆线传播特性。

⾼铁使⽤的传播模型，在整个⽹络规划中具有⾮常重要的作⽤。

传播模型在具体应⽤时，必须对模型中各系数进⾏必要的修正，它的准确度直接影响⽆线⽹络规划的规模、覆盖预测的准确度，以及基站的布局情况。

(2) 多普勒频移效应⾼速覆盖场景对LTE系统性能影响最⼤的效应是多普勒效应。

当电磁波发射源与接收器发⽣相对运动的时候，会导致所接收到的传播频率发⽣改变。

当运动速度达到⼀定阀值时，将会引起传输频率的明显改变，这称之为多普勒频移。

多普勒频移将使接收机和发射机之间产⽣频率偏差，⽽且多普勒频移会影响上⾏接⼊成功率、切换成功率，还会对系统的容量和覆盖产⽣影响。

(3) ⼩区切换对于⾼速移动的终端⽽⾔，⾼速移动会造成终端在⼩区之间的快速切换。

1、网络概况QY高铁时速为200KM，在境内约137KM。

由于沿线站点是在原有沿海高速站点的基础上增补部分站点改造形成，站点布局的局限性导致高铁覆盖率较低（低于95%的目标值）。

在频段策略选择上，采用800M全程覆盖并承载VOLTE 业务，1.8&2.1分段覆盖承载数据业务并作为待机频段，城区段2.1异频覆盖。

经过高铁站点BBU合并、4CP 超级小区、站轨距过远站点搬迁、站间距过大区域增补滴灌站点等一系列措施，里程覆盖率提升到98%以上。

存在问题：在用户感知方面，下行速率大于12M的比例只有40%左右，大于4M 的比例低于70%，远低于大网平均水平。

2、问题分析针对下行速率低的问题开展全程站点硬件配置、重选参数、调度参数等专项核查。

2.1、BBU及信道板卡配置•全程涉及到66台BBU设备，其中有16台BBU下联的RRU数量大于等于10。

下联RRU数量较多对主控单板的处理能力要求较高，为了降低主控单板的处理负荷，需要将此部分BBU进行分裂处理。

通过新增BBU进行负荷分流。

•信道处理单板现网的中兴信道单板类型较多，每种单板的处理能力不一样。

下表给出了单板的限制条件，需要比对现网的配置。

现网高铁站点板卡类型统计如下：存在问题：2块BPN0_A不能用在高铁站点，单板需要调整；BPL1 有一个站点CP 数超标；BPN0 有42 个站点超标。

解决措施：利用扩容板卡进行替换，上述44 块板卡全部替换成BPQ0。

2.2、扇区负荷评估存在问题：扇区下用户数量的多少会直接影响上下行速率。

目前现网以4CP和2CP扇区为主，通过对典型扇区秒级用户观察，高铁用户在80上下，整体负荷不高。

部分高负荷站点是因为低速用户导致。

在部分规模乡镇和城区热点区域，低速用户数量较大，如果叠加高速用户，会导致扇区负荷整体偏高，制约上下行速率。

解决措施：•针对2.1G异频覆盖的线路，通过低速迁出的措施降低高铁扇区的负荷。

解决目标站点为城区2.1G异频覆盖25个站点•对于利用1.8G和大网同频覆盖的线路，通过增加滴灌站点或扇区分裂等方式，降低高铁扇区负荷。

时域频偏补偿时域频偏补偿是无线通信中一个重要的技术处理手段，它用于解决信号在传输过程中由于多种因素引起的频偏问题。

频偏是指信号的实际频率与理论频率之间的偏差，它会导致信号传输质量下降甚至通信中断。

为了有效地降低频偏对通信质量造成的影响，时域频偏补偿技术应运而生。

时域频偏补偿的基本原理是通过对信号进行特定的处理，使得信号在时域上达到频偏补偿的效果。

具体而言，时域频偏补偿技术主要包括以下几个方面的处理：1. 频偏估计：首先，需要对接收到的信号进行频偏估计，即确定信号的频偏大小。

频偏估计可以采用一些经典的算法，如最大似然估计、最小二乘估计等。

通过频偏估计，可以得到信号的频偏值，为后续的补偿提供依据。

2. 时域补偿：在得到信号的频偏值之后，就可以进行时域补偿的处理。

时域补偿主要是通过对信号进行特定的时移操作，将频偏引起的相位偏移进行修正。

具体而言，可以通过对信号进行插值或者抽取的方式实现时域补偿，使得信号的频偏得以补偿。

3. 频偏跟踪：为了保持补偿效果的稳定性，需要对信号的频偏进行跟踪。

频偏跟踪主要是根据补偿后的信号进行频偏估计，并不断更新频偏值。

频偏跟踪可以采用一些经典的算法，如卡尔曼滤波、相位锁定环等。

通过频偏跟踪，可以实时地对频偏进行补偿，提高通信系统的性能。

时域频偏补偿技术的应用广泛，特别是在高速移动通信系统中，如4G和5G系统。

由于高速移动会引起信号的多普勒频移，导致频偏问题更加严重。

时域频偏补偿技术可以有效地解决这一问题，提高通信系统对高速移动环境的适应性。

时域频偏补偿技术还可以应用于其他领域，如雷达、无线电导航等。

在这些领域中，频偏问题同样会影响到系统的性能。

通过采用时域频偏补偿技术，可以提高系统的抗干扰能力，提升信号的检测和定位精度。

时域频偏补偿是一种重要的技术手段，用于解决无线通信中频偏问题。

通过频偏估计、时域补偿和频偏跟踪等处理，可以有效地提高通信系统的性能。

随着移动通信技术的不断发展，时域频偏补偿技术将会得到更广泛的应用和深入的研究。

5G移动通信技术在高铁通信网络中的应用探究摘要：目前，5G移动通信技术已经逐渐被应用到各个领域，并体现出较好的应用成效。

近些年来，我国交通运输事业高速发展，本文主要探讨5G移动通信技术在高铁通信网络中的应用，希望对相关人员有一定借鉴意义。

关键词：5G移动通信技术；高铁；通信网络；应用当下我国高铁事业发展蓬勃，引入5G通讯技术，不仅能够进一步提升高铁使用的舒适度，并为高铁事业建设添砖加瓦，提高列车通信与管理。

目前，工程建设人员和高铁管理人员都提高了对5G移动通信技术的认识，并致力于扩大其在高铁通信网络中的应用空间，推动我国高铁事业更上一层楼。

1.5G移动通信技术特点我国5G移动通信技术显著提高了数据传输效率，依赖于高频资源如太赫兹波和毫米波。

其高速率传输满足了人们对通信服务的需求，并增强了安全性和智能化。

与4G相比，5G带宽明显提升，可连接更多设备，促进数据高效传播，满足未来智能城市、工厂的需求。

此外，5G还具有低延时特点，对远程医疗和自动驾驶等领域有重要促进作用。

其高安全性和可靠性保护了用户隐私，提供稳定的高质量通信体验。

然而，5G技术的商业应用仍面临成本和技术挑战。

2我国高铁与高铁通信系统的发展情况我国高铁建设技术成熟，适应多种地形和气候，具有快速、大容量和舒适的特点，有效缓解了交通压力。

然而，高铁的高速移动给通信系统带来了挑战，如多普勒效应导致的频偏和信号不稳定等问题。

乘客数量的增加也使通信网络面临压力，网络切换慢或掉线等问题影响了乘客体验。

随着5G技术的出现和应用，高铁通信网络的完善得到了技术支持，有望解决这些问题。

3 5G系统下高铁应用的通信技术3.1 5G系统与MIMO多天线技术的融合5G系统与MIMO（MultipleInput，MultipleOutput）多天线技术的融合可以提高高铁通信网络的分辨率，利用更多的空间资源。

MIMO多天线技术还能有效提高预编码以及检测器质量，减少外界因素对通信网络的干扰，在高铁通信网络的应用还能较好控制发射效率，有利于从整体提升通信网络质量。

２０１２年第５期　文章编号：１００９—２５５２（２０１２）０５—０００１—０３　中图分类号：ＴＮ９１４．５１　文献标识码：Ａ　

长时延环境下多普勒频偏估计与补偿技术　

王　炜，钱　良，杨　峰，周卫星　（上海交通大学电子工程系，上海２００２４０）　摘要：长时延信道模型中相对多普勒频偏比一般的无线信道要大若干个数量级。典型的长时　延信道有：水声信道，卫星通信信道等。水声信道中多普勒频偏不仅表现在频域上，还表现在　时域上的压缩和扩展。文中对水声ＯＦＤＭ系统中宽带多普勒频偏提出了估计与补偿算法，可以　有效消除宽带多普勒频偏的影响。　关键词：水声通信；正交幅度调制；宽带多普勒频偏　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　

ｉｎ　ｌｏｎｇ－ｄｅｌａｙ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ＷＡＮＧ　ｗｅｉ，ＱＩＡＮ　Ｌｉａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｆｅｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｗｅｉ—ｘｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ｍｕｃｈ　ｓｅｒｖｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇ－ｄｅｌａｙ　ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ａｎｄ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｈａｎｎｅｌｓ．Ｔｈｅ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆｆｓｅｔ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｒ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｓｃａｌｅ．Ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＯＦＤＭ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｚｅｒｏ—ｐａｄｄｉｎｇ　ＯＦＤＭ；ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｏｆｆｓｅｔ　

Technology Discussion匕-2021.数据通信中国电信4G FDD高速铁路普通场景移动网络质量提升优化的研究吕军（中国电信集团公司衡水分公司衡水中国053400）摘要:本文介绍中国电信衡水优化团队针对高铁现网存在终端易脱网、多普勒频偏、同频干扰等问题，为建设精品高铁网络保持用户高质量业务感知,根据高速铁路行驶的特点在一般场景下进行的网络结构调整、多频协同及频率选择等优化工作#关键词:DRX；SFN；SINR；RSRP0引言中国高铁正进仿广泛应用云计算、大数据、互联网、移动互联、人工智能、北斗导航等新技术，实现高铁移动设备、基础设施，以及内外部环境之间信息全面感知、广泛互联、融合处理、主动学习和科学决策的智能高铁发展新阶段，高铁4G网络的覆盖与感知优化成为重中之重。

为了促进交流、共同提高高铁优化工作水平，助力实现全国高铁4G网络质量和业务感知达到行业领先,通过分享优化经验起到抛砖引玉的作用，请广大读者提出宝贵意见。

1高铁网络简介12高铁网络特点高铁运行场景复杂多变高铁列车的行进环境封闭多变，人员流动性大，经过建筑物密集且用户集中的城区、空旷的郊区及农村、长短不规则连接的隧道及桥梁和建造规模复杂且用户密集的高铁站、候车厅等场所。

多场景对网络性能提出了更高的要求&线状覆盖需求正线呈“S字”线状分布，按照常规基站部署方式,覆盖效率将受限明显，因此铁路沿线的基站需要呈线状分布。

高铁车速快产生频率偏移大当前高铁的最高时速可达350km/h，高速移动带来的电磁波多普勒效应明显。

高铁场景多普勒效应是具软寸变的，会造成接收机的解调性能下降，从而导致高铁用户吞吐率降低。

当终端在运动中通信时，尤其是在高速运行情况下,终端和基站均有直视信号，接收端的信号会产生频率变化，称之为多普勒效应，多普勒效应引起频移叫多普勒频移（Doppler shift），其计算公式为E:表1多普勒效应频偏信息表列车行驶速度（kmh）8OOMHz最大须移（Hz）800MHz最大频移（Hz）下行信道上行信道下行信道上行信道150125250250500200167333333667250208417417833300250500500100035029258358311674003336676671333Technology Discussion数据通信2021.1f d dC X L X COSO其中：$为终端移动方向和信号传播方向的角度；e是终端运动速度;C为电磁波传播速度；f为载波频率&终端切换频繁由于列车高速移动,将在短时间内穿越多个小区的覆盖范围，引起移动终端频繁的小区间切换,另外小区覆盖范围内的终端移动时间可能小于小区切换时延，造成终端吞吐量降低，甚至业务异常中断，影响业务持续性和用户感知。

多措并举解决高铁“痛点”助力提升高铁网络质量单位名称（宋体，）作者/团队名（宋体，）2019年XX月目录多措并举解决高铁“痛点”助力提升高铁网络质量 (3)1.问题描述 (3)1.1高铁网络情况 (3)1.2高铁网络优化“痛点” (3)2.问题分析 (6)2.1 网络结构性问题 (6)2.2 切换优化 (6)2.3 多频驻留策略 (7)3.解决措施 (7)3.1网络结构性优化 (7)3.2系统参数优化 (12)3.3基础RF优化 (16)4.经验总结 (23)多措并举解决高铁“痛点”助力提升高铁网络质量作者（楷体，四号）【摘要】在高速铁路网络覆盖场景中，因为高铁运行速度快导致多普勒效应、快衰落等严重恶化，加之列车材质导致信号损耗更严重。

对于无线通信网络规划建设和优化工作带来新的难点。

因此，本文主要是从多角度分析高铁现网“痛点”，通过优化手段逐步击破高铁网络“痛点”，从而有效改善高铁网络质量。

【关键字】SFN特性网络结构系统参数驻留策略【业务类别】优化方法、参数优化、等其他1.问题描述1.1高铁网络情况深圳高铁段覆盖场景特殊，其区域跨度大、地形区域复杂，隧道线路较多。

现网覆盖以大网宏站组网兼顾覆盖高铁线路。

同时现网存在1.8G&2.1G异频插花和异厂家组网对高铁异频切换影响。

随之而来的问题是，基站之间切换不及时、重连失败等问题频发，对移动性指标影响大，信号覆盖波动大，严重影响用户使用感知。

1.2高铁网络优化“痛点”1.2.1高铁列车穿透损耗大不同列车由于材质上的差异，其对于无线信号的穿透损耗差别也较大。

如下表所示是高铁常用列车车型及信号的穿透损耗情况（频段：1.8GHz）：CRH2C CRH380B CRH380D穿透损耗21-24dB27-29dB39dB运行速度250-350km/h350km/h350km/h另外，对于同一车型不同的信号，入射角也会对应不同的穿透损耗，如图1 所示：当无线信号垂直入射车厢时，相应的穿透损耗最小；相反无线信号的入射角越小，穿透损耗越大。

高铁无线网建设方案1，高铁覆盖方式1.1 红线外（明区间）高铁线路红线外采用分布式基站覆盖，采用S11 配置，2 个扇区专门覆盖高铁线路。

基站采用“小区合并”，减少切换和干扰，降低掉话，提高网络速率。

郊区和农村优选4-6 小区合并；城区优选背靠背小区合并。

图1 红线外覆盖方式图2 多RRU 小区合并狭长地形：狭长地形一般是由自然或人为形成的内凹地形，其中典型场景有“两山夹一谷”的狭长山谷和为高铁专做的“U”型地堑。

狭长地形的特点是地形内凹、具有一定方向性，不便外部信号覆盖。

对于狭长地形的高铁覆盖，应合理利用地形优势，尽量采用红线外建站方式，适当减小站间距和站轨距。

桥梁：应尽量采用红线外建站方式覆盖。

在实际受到环境影响红线外无法获取电力、传输等资源的情况下，可考虑与铁路方协调在红线内建站。

对于长距离的跨峡谷、过江或过海的桥梁覆盖，可在桥梁上安装BBU+RRU+天线或BBU+RRU+泄漏电缆进行覆盖。

1.2 红线内（隧道）红线内主要采用RRU+泄露电缆+定向天线方式，RRU 设置在洞室内（间距500m）；在隧道出入口设置场坪站，用定向天线向外延伸覆盖，保证平滑切换。

小区合并应满足：隧道内6-12 个RRU 小区合并，场坪站小区与隧道内小区合并。

漏缆安装于隧道壁，挂高2.1 米～2.7 米，与车窗齐平，并保留至少10～15cm 净空。

图3 隧道内覆盖方式2，无线组网方案高铁作为重点场景，为保障高铁用户体验，建议对沿线覆盖高铁基站采用专网组网方式。

对于列车速度不大于120km/h 的城区内路段，为确保高铁基站周边的覆盖和容量需求，可考虑利用沿线大网5G 基站（64/32TR）对高铁进行兼顾覆盖。

2.1 新建高铁线路5G 基站：建议优先采用NR 2.1G 覆盖，新建1.8G～2.1G 8TR/4TR 宽频多模基站，并做好3.5G NR 配套资源的预留。

4G 基站：在1.8G～2.1G 宽频多模设备上，同步开通4G 功能,并向5G 共享方提供4G 共享，按照4G 一张网相关要求开展结算。