高速鐵路的無線網(wǎng)絡覆蓋

摘要：鐵路大提速后，原有的無線網(wǎng)絡覆蓋已經不能滿足提速后車廂內用戶的覆蓋需求，立足于高鐵專網(wǎng)設計總體目標，重點解決鐵路提速后車廂內手機用戶通信時發(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模型和數(shù)據(jù)業(yè)務模型，提出了各專網(wǎng)小區(qū)的載頻配置原則。

關健詞：高速鐵路、穿透損耗、話務模型、網(wǎng)絡規(guī)劃

1背景

1.1 鐵路提速

隨著城市經濟的發(fā)展，鐵路運輸系統(tǒng)承擔起越來越多的客流運送任務。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)設計方案

2.1專網(wǎng)設計目標

首先列車處于高速運行狀態(tài)導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就越明顯，所以，必須有專門的針對性的算法來克服該效應，不是站點稠密就能解決的問題，目前網(wǎng)絡上運行的主流設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)設計的目的就是在克服上述影響的情況下，提高通信質量，從而提高用戶感知度。高鐵設計的目標值為列車內電平強度達到(-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計基礎，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，若列車由小區(qū)1行駛至小區(qū)2，則列車在EC段之內必須完成小區(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。得出如下結論：市區(qū)內：最小重疊距離500米，設計重疊距離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，設計的重疊距離分別為660米和840米。

2.4話務模型分析

2.4.1列車話音業(yè)務估算方法

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

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，查ERL B表（1%呼損）可得需要25個TCH，考慮到GPRS業(yè)務，專網(wǎng)小區(qū)至少配置5TRX。

2.4.2列車數(shù)據(jù)業(yè)務估算方法

高鐵專網(wǎng)小區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務特點是均值和峰值相差很大，并且大部分數(shù)據(jù)業(yè)務都具有突發(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），在基站中心兩側總長度為L（L<240米）的范圍內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。

應根據(jù)實際采購天線的性能參數(shù)、天線架設高度和傾角大小，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)建設中信號源的選用為已建宏站、新增宏站、直放站相結合的方式。

3.1.1 已建宏站采用方案。通常情況下，鐵路沿線已經建設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)的建設中，建議的采納原則為垂直于鐵路300米之內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)設置將會相當復雜，可能會造成手機錯誤切換及重選而引起通信質量下降。

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無相關性。

3.1.2新增宏基站建設方案。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必控制在300米之內，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)工程建設中，可能存在建筑物阻擋等情況，針對此可以通過架設光纖直放站來改變服務小區(qū)的覆蓋情況。

直放站方案中另一個設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切換關系設置原則

高速高鐵專網(wǎng)與外網(wǎng)的銜接點為火車站?；疖囌竞蜍囀页洚斉c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)設置、切換參數(shù)方面需要各設備廠商做細致調整。