WCDMA網(wǎng)無(wú)線高鐵隧道覆蓋策略

陶東升++孫國(guó)同

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.016

摘 要：2015年我國(guó)高速鐵路建設(shè)將進(jìn)入全面收獲時(shí)期。高鐵的建立是一項(xiàng)利國(guó)利民的舉措，更是我國(guó)交通領(lǐng)域發(fā)展的新篇章，在高鐵建設(shè)過(guò)程中，涉及到高鐵無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋施工，但是其中的難點(diǎn)就是高鐵的隧道網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋能夠提升乘客乘坐列車的幸福感，這也是我國(guó)通信和鐵路相結(jié)合的重要方面。只有全面覆蓋才能顯示出高鐵修建對(duì)人們出行便捷性的考慮，高鐵隧道作為一個(gè)特殊網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景，是各移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商覆蓋難點(diǎn)。該文從車體傳統(tǒng)損耗、最小重疊覆蓋距離、多普勒頻移、覆蓋范圍及覆蓋策略幾方面，淺析了WCDMA網(wǎng)如何覆蓋高鐵隧道。希望能夠給高鐵建設(shè)者更多的建議，使WCDMA網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更廣度的覆蓋，繼而提升人們對(duì)交通的創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)，為交通領(lǐng)域新的發(fā)展添上一抹重彩。

關(guān)鍵詞：WCDMA 高速鐵路 隧道

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（c）-0016-03

Coverage Strategy of WCDMA Network Wireless High Speed Railway Tunnel

Tao Dongsheng1 Sun Guotong2

（1.Beijing Telecom Planning and Designing Institute Co. Ltd.，Guangdong Branch；2.Guangzhou Jiesai Tech Incorporated Company Communication Planning and Designing Institute， Guangzhou Guangdong，510627，China）

Abstract： High-speed railway construction in our country will enter a comprehensive 2015 harvest period. The establishment of the high-speed industriy is a move， but also a new chapter of transportation development in our country， in the process of high-speed trains， involve the high-speed wireless network coverage of the construction， but the difficulty is the problem of high-speed rail tunnel network coverage. Network of universal coverage to enhance passengers aboard a train of happiness， this is also the important aspect of communication in our country and railway combining. Only by comprehensive coverage showed high iron to build， and considering the people travel convenience， high speed rail tunnel as a special network coverage scenario， covering the difficulty is the mobile operators. This article from the traditional loss， minimum distance between overlapping coverage of the body， covering range doppler frequency shift， and policy aspects， WCDMA network is analysed how to cover the high-speed rail tunnel. Hope to be able to give high iron builders more advice， for more breadth of WCDMA network coverage， and then promote people innovative understanding of traffic， the new development in traffic field added a heavy variety.

Key Words： WCDMA； High-speed railway； Tunnel

中國(guó)正進(jìn)入史無(wú)前例的高鐵建設(shè)期，3年內(nèi)中國(guó)將建成42條高速鐵路客運(yùn)專線，總里程1.3萬(wàn)km，隧道里程將超過(guò)1 000 km。目前高鐵時(shí)速250 km以上，部分高鐵最高運(yùn)行時(shí)速高達(dá)350 km，面對(duì)新型的覆蓋場(chǎng)景，不僅給移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)新的商業(yè)契機(jī)，同時(shí)也帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)覆蓋挑戰(zhàn)。高鐵施工建設(shè)過(guò)程中要引入WCDMA網(wǎng)，不僅僅是交通變革以及創(chuàng)新的表現(xiàn)，也能在很大程度上提升乘客出行的便捷性，是與時(shí)俱進(jìn)的集中化表現(xiàn)，但是在具體的網(wǎng)絡(luò)覆蓋過(guò)程中，要考慮到覆蓋的全面性，整體性和統(tǒng)一性，因此對(duì)于高鐵隧道處的WCDMA網(wǎng)覆蓋就需要重點(diǎn)研究?；诖耍韵聦?duì)WCDMA網(wǎng)無(wú)線高鐵隧道覆蓋策略進(jìn)行分析，希望能夠促進(jìn)我國(guó)高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋的全面發(fā)展，也給高鐵商業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展空間。

1 WCDMA網(wǎng)絡(luò)高鐵覆蓋方案分析

1.1 高鐵車體穿透損耗分析

CRH列車采用密閉式廂體設(shè)計(jì)，增大了車體損耗。各種類型的CRH列車具有不同的穿透損耗，表1是對(duì)各類型車廂的穿透損耗的測(cè)試結(jié)果。

在規(guī)劃中應(yīng)根據(jù)不同未來(lái)不同高鐵線路最高運(yùn)行時(shí)速和最大車體損耗進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

1.2 鄰小區(qū)的重疊區(qū)域計(jì)算分析

手機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中，需要在不同小區(qū)間進(jìn)行切換。當(dāng)手機(jī)在服務(wù)小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度衰落到一定程度，會(huì)觸發(fā)小區(qū)重選（idle模式）或者切換（Active模式）過(guò)程，必須保證在手機(jī)順利進(jìn)入新小區(qū)之前，當(dāng)前小區(qū)的信號(hào)不會(huì)進(jìn)一步衰落到門限值以下，否則手機(jī)可能脫網(wǎng)或者掉話。因此需要控制重疊區(qū)域的大小，來(lái)保證重選或者切換的完成。重疊覆蓋區(qū)域需要足夠大，保證有足夠的時(shí)間進(jìn)行小區(qū)間的切換，又需要盡量小從而擴(kuò)大單小區(qū)的覆蓋范圍，減少設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也減少小區(qū)間的切換數(shù)量。

對(duì)于WCDMA系統(tǒng)，應(yīng)考慮在切換帶起呼狀態(tài)，所需時(shí)間系統(tǒng)一般不超過(guò)2.4 s（具體計(jì)算方法參考3GPP下發(fā)的WCDMA切換標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議），建議在規(guī)劃設(shè)計(jì)按照3S取定。不同高鐵線路規(guī)劃的最高時(shí)速不同，重疊區(qū)域大小也有所不同。

1.3 多普勒頻移分析

列車高速運(yùn)行時(shí)由于多普勒頻移效應(yīng)，對(duì)于射頻信號(hào)的中心頻點(diǎn)產(chǎn)生頻率偏差，多普勒公式如下：

△ f=F×V×（cosθ）/C

F為中心頻率，單位：Hz；

V為列車運(yùn)行速度，單位：m/s；

C為光速=3×108 m/s；

θ為列車動(dòng)行方向與電磁波傳播方向的夾角。

當(dāng)列車動(dòng)行方向與電磁波傳播方向一致時(shí)，多譜勒頻移最為明顯，由此可得出對(duì)于WCDMA系統(tǒng)，不同的運(yùn)行速度，產(chǎn)生最大的頻率偏差見(jiàn)下表。

達(dá)到350 km/h；WCDMA產(chǎn)生的最大頻偏±681 Hz，WCDMA制式標(biāo)準(zhǔn)允許的中心頻率偏差為±800 Hz。因此在時(shí)速為350 km以下，不會(huì)影響WCDMA網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

1.4 覆蓋范圍分析

地面環(huán)境的鏈路預(yù)算已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用于高鐵場(chǎng)景時(shí)主要需考慮到前文所提及的更高的車體損耗。依據(jù)以下傳播模型：

L（dB）=23.8+33.9lgf-13.82lgH+（44.9-6.55lgh）lgd

取定：f=1 950 MHz；H=35 m；h=1.5 m.

可以知道單扇區(qū)可以覆蓋1.4 km左右。

對(duì)于隧道內(nèi)場(chǎng)景鏈路預(yù)算有所不同，主要采用泄露電纜方式

泄露電纜方式模型討論：

L總耦合損耗=65 dB+20lg（6 m/2 m）+L車屏蔽=65+ 9.5 dB+15 dB=89.5 dB。要求車內(nèi)WCDMA的Ec場(chǎng)強(qiáng)不小于 -90 dB，漏纜饋電點(diǎn)EIRP=30 dBm。L漏纜長(zhǎng)=（EIRP+0.5 dBm）÷5.84 dB/100 m=522 m。

2 隧道覆蓋方案策略

隧道的覆蓋采用泄漏電纜單邊布放（資源充足的地方，也可以使用雙邊布放，成本將多一倍），考慮多運(yùn)營(yíng)商共建，通過(guò)POI合路后統(tǒng)一饋入。泄漏電纜布設(shè)于隧道側(cè)壁上，高度與列車窗口等高，距離軌面2.5 m。

需根據(jù)隧道的類型以及洞室分布情況，同時(shí)泄漏電纜的覆蓋能力及重疊覆蓋區(qū)的需求，確定信號(hào)源的數(shù)量及位置。

根據(jù)高鐵隧道的建設(shè)，一般隧道兩邊每隔250 m就建設(shè)1個(gè)避風(fēng)洞，相對(duì)單邊來(lái)看每隔500 m就有1個(gè)避風(fēng)洞。通信設(shè)備可以考慮放置避風(fēng)洞中，沿線采用漏纜。從隧道鏈路預(yù)算分析得到WCDMA網(wǎng)1個(gè)單RRU通過(guò)工分器工分后，1個(gè)RRU工分后介入泄露電纜單邊可以覆蓋400 m以上，如果500 m設(shè)置1個(gè)信源通過(guò)工分后兩邊覆蓋，可以滿足300 m的切換帶需求。下面介紹1個(gè)某市大嶺山高鐵圖1某市大嶺山隧道覆蓋方案。

如圖1所示，隧道內(nèi)利用500 m設(shè)1個(gè)避風(fēng)洞的條件設(shè)置1個(gè)RRU信源，連續(xù)通過(guò)泄露電纜進(jìn)行隧道覆蓋。如果考慮進(jìn)一步減小切換次數(shù)的話，可以把其中的幾個(gè)RRU使用光纖直放站進(jìn)行代替。

隧道口：不同的場(chǎng)景需要不同的設(shè)置。左邊的隧道口，使用1個(gè)外置洞口天線，連接隧道內(nèi)的RRU進(jìn)行較短的隧道外覆蓋，僅提供隧道內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行隧道外信號(hào)的延伸保證300 m的切換距離。同理右邊的隧道口也架設(shè)1個(gè)室外天線，保證和隧道外山坡上的另外1個(gè)光纖直放站信號(hào)進(jìn)行300 m信號(hào)的重疊覆蓋。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文對(duì)WCDMA網(wǎng)無(wú)線高鐵隧道覆蓋策略進(jìn)行了分析和研究。高鐵隧道覆蓋作為一個(gè)特殊的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景，該文主要針對(duì)單一的WCDMA網(wǎng)進(jìn)行覆蓋淺析，實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，在國(guó)內(nèi)各個(gè)運(yùn)營(yíng)商為了減小成本將進(jìn)行聯(lián)合共建，需要同時(shí)考慮GSM、CDMA、WCDMA、LTE多網(wǎng)協(xié)同覆蓋，提升網(wǎng)絡(luò)使用的效率。多種覆蓋形式能夠極大地促進(jìn)高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋的全面性和安全性，并且讓我國(guó)的高鐵網(wǎng)絡(luò)有更多的建設(shè)形式，這樣不僅僅是通信行業(yè)和交通行業(yè)的整合，更代表著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，希望該文的研究能夠給相關(guān)單位和工作人員一定的啟示，并且在以后的工作中不斷改進(jìn)和探索，創(chuàng)新出更多更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)辦法，促進(jìn)高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣泛度的提升，解決工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

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