1 引言
2007年国家实施了第六次火车大提速，开通了时速达200km/h的动车组，同时已经在上海建设了磁悬浮列车，时速高达431km/h。中国自主研发的时速达350km/h的CRH3系列的动车组也即将投入使用，并计划到2010年全国铁路营业里程达到8.5万公里，200km/h以上路段将达6000公里，那时乘坐高铁列车出行将是十分平常的事。因此，高速铁路的覆盖是整个TD-SCDMA网络覆盖中不能或缺的部分。
在现有的TD-SCDMA标准中，采用智能天线波束赋型的方法跟踪用户。当移动台高速运动时，上下行信道变化较大，如果利用上行接收信号计算的波束赋型因子会产生较大误差，从而使波束赋型不准确。另外，由于高速移动引起的多普勒频移的影响，造成参与联合检测的信道响应不准，影响联合检测的效果；由于上述两方面的原因，导致在高速环境中系统性能急剧下降，严重影响用户的通讯质量。目前TD-SCDMA标准中，支持的移动台最高移动速度是120km/h。
为了解决移动台由于高速移动状态导致的系统性能恶化问题，完善高速移动环境中的无线覆盖，必须提出有效的技术手段，遏制多普勒效应对系统性能造成的影响。
2 高速移动带来的挑战
智能天线波束赋形不准带来的挑战，需要重新考虑基带算法以及组网方案。
下图为使用智能天线波束赋形算法时，TD-SCDMA的CASE1信道条件、不同移动速度下误块率（BLER）和信噪比（SNR）的关系曲线，从图中可以看出在移动速度高达300km/h时已经不能满足系统的需求。
图1 智能天线算法不同移动速度情况下的系统性能图
2.1 多普勒频移
当终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，终端和基站都有直视信号，接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移，其计算公式如式（1）所示：
（1）
其中：θ为移动台移动方向和入射波的夹角；υ是移动台运动速度；c为电磁波传播速度；f为载波频率。从上式可以看出，用户移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移最大；完全垂直时，没有多普勒频移。在移动台远离基站方向移动时，频率降低；在移动台向基站方向移动时，频率升高。
图2展示了多普勒频移对移动通信系统的影响，其中fo是发射频率，fd为多普勒频移。从图中可以看出，在未加频偏校正的情况下，基站接收频率和发送频率之间有2倍频偏。
图2 多普勒频移的影响
表1为典型情况下的最大多普勒频移（即假设θ=0）。
表1 典型情况下的最大多普勒频移
2.2 高穿透损耗
在进行小区及站点的覆盖规划时，需要进行链路预算。高速列车的封闭性很好，必然带来较大的穿透损耗，且入射波与火车运行方向之间的夹角越小，穿透损耗越大。经实验测试，动车组列车比普通列车的穿透损耗高约10~15dB，典型值为25~30dB，如此大的穿透损耗给网络规划及功率等参数设置都带来了较大的挑战。
2.3 对切换区的影响
高速移动的列车在进行小区切换时，可以很快速的穿过小区间的切换区。如果小区的切换区设置过小，那么用户在还没来得及进行切换过程就已经穿过了切换区，导致切换失败而掉话。由于切换时延包括测量处理和切换执行两个过程，需要根据高速移动的情况，合理规划切换区的大小以及合理设置与切换相关的参数。
3 普天高速干线解决方案
3.1 分布式天线覆盖方案
为了进一步增强TD-SCDMA系统在高速公路等场景下的覆盖性能，提高网络覆盖质量，我们提出了分布式天线结构在高速移动环境中应用的技术方案。图3为分布式天线系统在高速公路上应用的范例。在这个场景中，沿高速公路架设了四个天线组，每个天线组采用两根天线进行覆盖，八根天线的覆盖区域共同构成一个小区。在条件允许的条件下每个天线组的两根天线尽可能按照相互独立的放置，如无法满足上述条件，也可以存在一定的相关性。
图3 分布式天线下的高速公路覆盖
3.2 延迟发送分集技术
高速移动产生的多普勒频移使信道估计的准确性降低，这是造成TD-SCDMA系统在高速移动时的性能下降的主要原因。UE的移动速度越高，信道估计的误差越大，系统性能也就越难满足设计的要求。
延迟发送分集是一种简单有效的发送分集方案，为了提高高速移动环境中的系统性能，在分布式天线结构的基础上采用了延迟发送分集技术的方案。在图1所示的例子中，每个天线组的其中一根天线按正常时间发送信号，另外一根天线延迟一个码片发送信号。延迟时间可以是一个码片，也可以是多个码片。这样，在UE端接收到的是一个时间分集的多径信号，通过联合检测可以有效的降低信道估计偏差造成的影响，从而显著提升系统的整体性能。
