高速移動場景下FemtoCell覆蓋解決方案
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網元介紹
TrainGW
TrainGW相當于LTE-Advanced Relay架構中的Relay節點，包括了HNB(或HeNB GW)功能和eUE功能(又稱為TrainGW eUE)，HNB/HeNB GW功能為車內各個HNB(或HeNB)提供服務，負責對HNB(或HeNB)與CN之間的信令和數據進行匯聚和轉發，eUE功能用于在回傳鏈路上收發數據，eUE上的用戶平面數據即為HNB與CN之間交互的信令和數據。
該網元通過Iuh接口與車廂內部署的HNB連接，為車廂內的終端用戶提供接入。
Macro-eNB
Macro-eNB為LTE網絡中的宏小區，實現與TrainGW eUE的空口連接，完成TrainGW eUE與LTE核心網之間的數據轉發。
TrainGW eUE的MME
為了使TrainGW的eUE功能可以正常工作，這里引入了TrainGW eUE的MME和TrainGW eUE的SGW/PGW兩個功能實體。TrainGW eUE的MME負責為TrainGW eUE建立S1接口和信令連接，與LTE網絡中的MME功能一致。
Macro eNB需要與TrainGW的MME建立一個S1接口，并為其下轄的每個TrainGW維護一條S1連接。
TrainGW eUE的SGW/PGW
TrainGW eUE的SGW/PGW負責對HNB與CN之間以及HNB與HMS之間交互的信令和數據進行匯聚和轉發，與LTE網絡中的SGW/PGW功能一致。
與LTE-Advanced Relay架構的區別是，TrainGW SGW/PGW 和TrainGW MME 通過核心網間接口直接與3G CN核心網互聯，支持3G HNB、3G用戶終端設備對3G CN的訪問。
HMS
相對于LTE-Advanced Relay網絡架構，這里引入HNB系統中的HMS，HMS為網絡管理設備，基于TR-069網絡管理協議實現，負責為NNB提供配置參數，實現HNB的位置認證功能，并且為HNB分配合適的服務HNB GW，為HNB提供性能管理，告警管理。
SeGW
相對于LTE-Advanced Relay網絡架構，這里引入HNB系統中的SeGW，主要為HNB與HMS之間的連接安全性提供保證，在地面固定部署。
車載系統HNB通過光纖或電纜連接HNB GW，一般為運營商或鐵路部門專用網絡部署，因此HNB到HNB GW之間可以保證安全接入。
可以看出，TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同構成了HNB 與3G 核心網CN間的Iu接口數據傳輸通道。
數據流向
User UE的控制平面和用戶平面數據被映射到TrainGW-eUE的用戶平面承載，經由Macro eNB和TrainGW SGW/PGW，透傳給3G 核心網CN。
對關鍵接口的影響
Iuh接口
Iuh接口傳輸承載由運營商或鐵路部門部署的光纖或電纜傳輸，對接口協議沒有影響。
Iu接口
Iu接口數據傳輸通道由TrainGW eUE 、Macro-eNB、 TrainGW SGW/PGW、TrainGW MME共同構成，對接口協議沒有影響。
HMS和HNB之間接口
FemtoCell固定網絡中通過HNBIP網絡SeGWHMS，實現HMS與HNB之間的數據傳輸，接口協議采用TR-069。高速鐵路覆蓋中，HMS與HNB之間的數據傳輸通過HNBTrainGWLTE Macro-eNBLTE核心網IP網絡SeGWHMS實現，對接口協議沒有影響。
業務需求可行性分析
本節將根據高速鐵路業務需求和TDD LTE回傳網絡所能提供的系統容量，進行本方案支持用戶業務需求的可行性分析。
根據2.2節統計結果，折算到Iu口容量，見下表：
其中，CS12.2k語音業務和數據業務轉換為Iu口數據格式，需要增加各種頭開銷，傳輸速率計算時分別對應一個速率倍增系數，即2.871和1.322。
根據上述對比，可以看到TDD LTE網絡20M帶寬、時隙配比為D:S:U=4:2:4的配置(4個下行時隙：2個特殊時隙：4個上行時隙)下，能夠滿足傳輸容量的要求，相對于采用傳統的車廂外TD-SCDMA宏小區覆蓋的方案具有明顯的優勢。
關鍵技術問題分析
干擾
圖7 干擾場景示意圖
車內相鄰FemtoCell之間的干擾
干擾場景如圖7中(1)所示。
根據1.2節統計，列車每車廂業務量需求下行在1 Mbps左右，上行在0.04 M左右，因此每車廂部署1個單載波FemtoCell可以滿足容量需求，即可以采用每個FemtoCell小區單頻點覆蓋，車內干擾可以通過頻點規劃規避同頻干擾。在可用頻點個數允許的情況下，盡量增大FemtoCell頻點復用距離。比如，FemtoCell采用目前TD-SCDMA網絡常用的3個室內覆蓋頻點進行覆蓋，那么頻點復用距離為車廂長度的三倍。
另外，車廂之間有車門阻隔可以屏蔽一定的干擾。
列車FemtoCell與室外宏小區之間的干擾
干擾場景如圖7中(2)所示。
列車FemtoCell與室外宏小區之間的干擾可以通過異頻組網的方式進行規避。考慮到鐵路沿線通常不會有密集的居民和辦公建筑分布，列車內FemtoCell覆蓋可以復用家庭基站組網的頻率資源，比如規劃給室內覆蓋的頻率資源。
兩列車FemtoCell之間的干擾
干擾場景如圖7中(3)所示。
高速場景下列車通常采用金屬車廂，兩輛列車之間的隔離度在25~30 dB以上，在很大程度上隔離了相互之間的干擾。尤其在列車行駛過程中，相向運動，兩輛列車并列時間5 s(按照動車組行駛速度200 km/h，列車長度400 m計算)，列車之間FemoCell相互干擾影響較小。
移動性管理
小區切換/重選
本文提出的高速鐵路FemtoCell覆蓋解決方案中涉及兩種類型終端，一種是用戶終端，另一種是車載網關。車載網關同時作為車外宏小區的終端，隨著列車運動，需要進行小區駐留、接入、重選和切換等一系列過程，為了提高車載網關的移動性能，可以采用現有的多小區合并、優化切換重選參數、定向接入/切換等多種方案。因此本節將重點討論車內用戶的移動性問題。
車內用戶的移動又包括2種場景：用戶在列車上不同FemtoCell間移動的情況(如圖8中(1)所示);車內用戶上下車的情況。其中，用戶在列車上不同FemtoCell間移動的情況，可以采用現有的FemtoCell間用戶移動處理方式[5](TrainGW進行處理)。車內用戶上下車的移動性問題包括：車內用戶移動至車外(如圖8中(2)所示)和車外用戶移動至車內(如圖8中(3)所示)兩種情況，下面進行具體分析。
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