高速鐵路的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋

摘要：鐵路大提速后，原有的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋已經(jīng)不能滿足提速后車廂內(nèi)用戶的覆蓋需求，立足于高鐵專網(wǎng)設(shè)計總體目標，重點解決鐵路提速后車廂內(nèi)手機用戶通信時發(fā)生的切換混亂、接通率低和掉話等現(xiàn)象，提出了高速鐵路組網(wǎng)方案，為基站位置和天線放置位置的正確選擇提供了依據(jù)；同時通過建立行駛列車中乘客的話務(wù)模型和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型，提出了各專網(wǎng)小區(qū)的載頻配置原則。

關(guān)健詞：高速鐵路、穿透損耗、話務(wù)模型、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

1背景

1.1 鐵路提速

隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路運輸系統(tǒng)承擔起越來越多的客流運送任務(wù)。自2007年4月18日起，中國鐵道部將進行第6次列車提速。屆時，列車時速將提升至200公里，干線部分區(qū)段可達到時速250公里。具有東北第一高速鐵路之稱的哈大鐵路客運專線是雙線電氣化鐵路，運行列車均為動車組，開通平均時速200公里。哈大鐵路客運專線南起遼寧省大連市，經(jīng)營口、鞍山、遼陽、沈陽、鐵嶺、四平、長春、松原，終到黑龍江省哈爾濱市，線路全長904公里。專線建成后，將有效推動東北經(jīng)濟一體化進程。

１.2 動車組

鐵路提速的同時引入了動車組這一概念，全稱為“中國高速鐵路列車”。分為CRH1、CRH2、CRH3和CRH5這4個種類，其中，CRH1、2、5營運速度200KM/h，最高速度250KM/h。 CRH3營運速度330KM/h，最高速度380KM/h。

CRH列車基本信息表表1

２ 高鐵專網(wǎng)設(shè)計方案

2.1專網(wǎng)設(shè)計目標

首先列車處于高速運行狀態(tài)導(dǎo)致無線電波到達高速移動的終端的時候路徑縮短或變長，從而導(dǎo)致無線電波波長、頻率發(fā)生變化。如果欲求穿透能力強，基站就要距離鐵路近，但是越近多普勒效應(yīng)就越明顯，所以，必須有專門的針對性的算法來克服該效應(yīng)，不是站點稠密就能解決的問題，目前網(wǎng)絡(luò)上運行的主流設(shè)備廠家都有專門的算法來克服多普勒頻移?？紤]到1800M頻段的多普勒頻移比900M頻段大很多，所以，哈大高速覆蓋只考慮了900M頻段的覆蓋解決方案。

其次，列車中的手機用戶進行通信時，由于受到高速移動過程中的快衰落影響，列車材質(zhì)對無線信號穿透損耗的影響，往往會發(fā)生切換混亂，無法接通，掉話等現(xiàn)象。另外，由于涉及的位置區(qū)過多，在LAC邊界處又會由于大量位置更新而造成SDCCH溢出。

因此，高鐵專網(wǎng)設(shè)計的目的就是在克服上述影響的情況下，提高通信質(zhì)量，從而提高用戶感知度。高鐵設(shè)計的目標值為列車內(nèi)電平強度達到(-85dBm～-80dBm)，DT指標盡量達到集團要求的城市DT測試標準。

2.2列車穿透損耗測試

以各類型列車穿透損耗最大的車種作為設(shè)計基礎(chǔ)，來確保用戶在各種車型中都可以獲得正常的通話電平值。通過對測試結(jié)果的分析，得出各車型綜合考慮的衰減值。其中T型車為12 dB，K型車為14 dB，龐巴迪車為24 dB，動車組為10 dB，專網(wǎng)設(shè)計采用值為24 dB。

2.3 重疊覆蓋距離估算

假定專網(wǎng)小區(qū)重疊區(qū)域覆蓋是均勻的。在左圖中，點A、C和點B、D分別是兩個小區(qū)的邊界，E點為兩小區(qū)接收電平等值點。BC段為兩小區(qū)重疊覆蓋距離。取小區(qū)重選與小區(qū)切換較長的時間（5秒鐘）作為計算基礎(chǔ)，若列車由小區(qū)1行駛至小區(qū)2，則列車在EC段之內(nèi)必須完成小區(qū)重選或小區(qū)切換，因此重疊覆蓋距離BC段的列車行駛時間為10秒鐘，按照公式：

為列車時速，最大值取250KM/h

列車在市區(qū)內(nèi)進站和出站時是變速行駛，假定平均速率為180KM/h；在市區(qū)外均速行駛時，按照其運營速率200KM/h、最大速率250KM/h。得出如下結(jié)論：市區(qū)內(nèi)：最小重疊距離500米，設(shè)計重疊距離600米；市區(qū)外：運營速率最小重疊距離550米，最大速率最小重疊距離700米，設(shè)計的重疊距離分別為660米和840米。

2.4話務(wù)模型分析

2.4.1列車話音業(yè)務(wù)估算方法

列車用戶對專網(wǎng)小區(qū)產(chǎn)生的話務(wù)不同于普通宏站，由于同一鐵路上一個小時內(nèi)行駛的列車數(shù)量是有限的。列車用戶帶來的話務(wù)量為每班列車話務(wù)量乘以一小時內(nèi)通過的列車班次數(shù)。在進行高鐵專網(wǎng)設(shè)計時，我們采用ERL B表方法進行列車話音業(yè)務(wù)預(yù)估：

ERL B表法

CRH的標準配置為8節(jié)車廂，額定載客人數(shù)為600人次，但目前也有加長型CRH配置，即由2列CRH合并組成16節(jié)車廂，這樣用戶人數(shù)就達到1200人。按照目前移動客戶滲透率65%計算，則這樣一列CRH的移動用戶為780人。以每用戶0.02ERL計算，則將帶來15.6ERL話務(wù)，查ERL B表（1%呼損）可得需要25個TCH，考慮到GPRS業(yè)務(wù)，專網(wǎng)小區(qū)至少配置5TRX。

2.4.2列車數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)估算方法

高鐵專網(wǎng)小區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特點是均值和峰值相差很大，并且大部分數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都具有突發(fā)性，一種可行的方法是通過信令跟蹤與分析估計列車上GSM用戶數(shù)，然后再采用摻透率法來預(yù)測GPRS/EDGE數(shù)據(jù)用戶，并而計算出每小區(qū)需要提供的凈PDCH數(shù)。

2.5 天線選擇

鐵路屬于狹長地形場景覆蓋，并且專網(wǎng)小區(qū)基站根據(jù)實際地理條件與鐵路沿線可能有一定距離，因此根據(jù)實際情況需要選擇不同的天線。

如果專網(wǎng)基站與鐵路沿線的垂直距離小于100米，為避免越區(qū)覆蓋，優(yōu)先采用32度窄波束天線，每個小區(qū)使用兩副天線對鐵路進行覆蓋。為保證一定的覆蓋距離（暫定為750米），在基站中心兩側(cè)總長度為L（L<240米）的范圍內(nèi)將主要通過天線的副瓣進行主力覆蓋。

如果專網(wǎng)基站與鐵路沿線的垂直距離較大但不超過300米，可采用65度波束天線。覆蓋方式同上，但整個覆蓋范圍內(nèi)基本上依靠天線主瓣對鐵路沿線進行主力覆蓋。

如果專網(wǎng)基站與鐵路沿線的垂直距離較大但超過300米，建議重新進行站址規(guī)劃。

應(yīng)根據(jù)實際采購天線的性能參數(shù)、天線架設(shè)高度和傾角大小，通過計算和實測確定天線的最終覆蓋范圍。

3高鐵專網(wǎng)組網(wǎng)方案

3.1 專網(wǎng)小區(qū)組成

高鐵專網(wǎng)建設(shè)中信號源的選用為已建宏站、新增宏站、直放站相結(jié)合的方式。

3.1.1 已建宏站采用方案。通常情況下，鐵路沿線已經(jīng)建設(shè)好了相當一部分的宏站，這些宏站可以有效地利用于高鐵專網(wǎng)的建設(shè)中，建議的采納原則為垂直于鐵路300米之內(nèi)且從基站可以目視到鐵軌的基站，同時考慮到鐵路沿線的安全，新建鐵塔基站距離鐵路的距離應(yīng)大于50米。

將現(xiàn)網(wǎng)鐵路沿線已有宏站直接納入高鐵專網(wǎng)中，好處是節(jié)省工期及投資，減輕頻率規(guī)劃難度，同樣也可以滿足沿線的信號覆蓋強度。但存在的缺點是高鐵專網(wǎng)與大網(wǎng)共享宏站，則該宏站的小區(qū)參數(shù)設(shè)置將會相當復(fù)雜，可能會造成手機錯誤切換及重選而引起通信質(zhì)量下降。

比較可行的方案是，已有宏站分裂4小區(qū)作專網(wǎng)。具體做法是在原基站內(nèi)部單獨安裝一套BTS，一路傳輸以及載頻硬件，同時在平臺上單獨安裝兩付天線，作為專網(wǎng)小區(qū)。原基站由原天饋系統(tǒng)、原BTS、原傳輸系統(tǒng)組成，專網(wǎng)小區(qū)由新增天饋系統(tǒng)、新BTS、新傳輸系統(tǒng)組成。原BTS與新BTS雖處在同一機房，但新BTS系統(tǒng)命名為原BTS的分裂小區(qū)，新BTS將獨立歸屬到專網(wǎng)BSC中，組網(wǎng)上與原BTS無相關(guān)性。

3.1.2新增宏基站建設(shè)方案。當在鐵路沿線沒有現(xiàn)成宏站可用作分裂小區(qū)時，這時就需要新建宏基站來解決專網(wǎng)小區(qū)接續(xù)問題。同樣，沿線新增的宏站與鐵路垂直距離務(wù)必控制在300米之內(nèi)，高度控制在25米至30米，以使專網(wǎng)小區(qū)的覆蓋達到良好的效果。

3.1.3直放站方案。專網(wǎng)工程建設(shè)中，可能存在建筑物阻擋等情況，針對此可以通過架設(shè)光纖直放站來改變服務(wù)小區(qū)的覆蓋情況。

直放站方案中另一個設(shè)想為利用光纖直放站的接力方式來加強鐵路沿線的信號覆蓋?？紤]到光纖直放站接勵受到頻率規(guī)劃，時延窗口等限制，因此只建議在人口稀少的地區(qū)，如山區(qū)，平原等進行工程實施。

3.2 BSC歸屬和LAC設(shè)置原則

專網(wǎng)與大網(wǎng)不共用BSC，不同廠家的專網(wǎng)BSC歸屬于同一MSC下。通常，高鐵專網(wǎng)的位置區(qū)邊界設(shè)置有以下幾種情況：

高鐵專網(wǎng)組網(wǎng)中，火車站與周圍大網(wǎng)必然要出現(xiàn)位置區(qū)邊界。在工程施工上，必須嚴格控制火車站室內(nèi)布線系統(tǒng)的覆蓋。

在鐵路跨省市邊界處，建議的邊界基站TRX配置數(shù)為6。

3.3切換關(guān)系設(shè)置原則

高速高鐵專網(wǎng)與外網(wǎng)的銜接點為火車站。火車站候車室充當與大網(wǎng)之間的緩沖區(qū)角色。

高鐵專網(wǎng)屬于封閉型連續(xù)覆蓋專網(wǎng)，為了保證專網(wǎng)的獨立性，在BSC組網(wǎng)、頻率規(guī)劃、專網(wǎng)信道配置、小區(qū)參數(shù)設(shè)置、切換參數(shù)方面需要各設(shè)備廠商做細致調(diào)整。