鄭西高鐵陜西境內移動GSM公網覆蓋設計

寧 偉

中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043

鄭西高鐵陜西境內移動GSM公網覆蓋設計

寧 偉

中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043

我國高速鐵路普遍采用CRH動車組來輸送旅客。由于CRH車體密封性好、損耗高、速度快且鄭州至西安客運專線設計時速達350Km/h，從其他高速鐵路經驗來看，高速對現有網絡關鍵性能指標KPI性能產生嚴重影響，車廂內公用移動通信質量明顯下降。為保證乘客的通信暢通和通信質量，本文制定設計方案對鄭西高鐵陜西境內部分進行移動專網覆蓋。

高速；鐵路；GSM；覆蓋；設計

現網的鐵路覆蓋大多采用城鄉基站兼顧鐵路覆蓋的形式，在低速情況下可以滿足覆蓋要求，但提速后往往不能滿足要求。高速對現有網絡KPI性能影響主要體現在以下幾個方面：多普勒頻移現象強烈，信道解碼性能降低；列車車體損耗加劇，車廂內場強弱，小區重疊覆蓋區域縮短；切換頻繁，質量變差，導致掉話率高、接通率較低；重選頻繁，影響數據業務的使用；位置更新頻繁，信令負荷大。

1.鄭西高鐵及沿線陜西移動現網概況

鄭西高鐵陜西段以橋梁為主，其余為隧道和平原，其中橋梁約占整條線路長度的70%左右，隧道4個，長13.798km。目前全線建有一套GSM-R系統，其組網方式為單網交織。

鄭西高鐵陜西境內沿線有西安移動和渭南移動，兩家移動現網設備廠家不同，西安移動為北電和阿朗設備，渭南移動為華為設備。

2.覆蓋強度理論分析

2.1 手機在單小區內的最低信號強度需求

根據理論計算，為了手機能發起和建立呼叫，需要的最低信號強度為：

SSreq=MSsens+RFmarg+IFmarg+BL

其中：

MS s en s：手機接收機靈敏度、為-104dBm

RFmarg ：瑞利衰落（快衰落）余量，與“正常”移動的手機相比，快速衰落對高速移動的手機的影響很小，假設為0dB

IFmarg：干擾余量2dB

BL：人體損耗5dB

因此，SSreq =-97dBm

2.2 考慮切換的最低信號強度

隨著列車的運行、手機逐漸遠離基站，服務小區的信號強度也在衰落。為了保證呼叫建立或者持續通話，手機要在接收的信號強度低于SSreq 前切換到新的小區。也就是說，車內的覆蓋目標為：

SSdesire= SSreq+ HOVmargin

其中：

SSreq：-97dBm

HOVmargin：切換時間內的信號衰減余量，手機遠離基站而產生的慢衰落。

HOVmargin＝8dB（計算略）；

因此，列車內SSdesire= -97+8=-89dBm。

而車外的信號強度設計目標SSdesign為：

SSdesign= SSdesire +LNFmargin(o+i)+TPL

其中：

LNFmargin(o+i)：正態衰落余量，在市區、室內環境下取值，為13.1dB

TPL：Train Penetration Loss, 火車廂穿透損耗，取24dB

則SSdesign＝-52dBm。

2.3 相鄰小區的重疊區域

覆蓋重疊長度與列車運行速度、切換時間密切相關，為了提高切換成功率，切換時間按照能完成兩次越區切換考慮，即按10s考慮，以適應各種切換情況。列車以350Km/h速度運行，換算每秒行駛距離約為97m，則相鄰小區重疊區域為970米。

3.網絡設計

3.1 設計要求

在原網覆蓋的基礎上進行改造，形成鏈型小區覆蓋；

滿足切換帶的大小要求；

盡量擴大單小區覆蓋范圍，減少切換次數；

滿足列車內的覆蓋概率，以及對高速頻偏的補償；

控制越區覆蓋，減少干擾；

盡量保證基站和鐵路間的距離，減少頻偏殘留；

盡量利用鐵路設施，例如鐵塔等，以減少投資。

3.2 覆蓋方案選定

從整條鐵路狀況來分析，鄭西客專以橋梁為主，故新建基站的難度較高，投資較大，從節約成本及工程建設的角度考慮，設計中考慮利用鐵路鐵塔、電力及溝槽等設施。鑒于客觀實際情況，并兼顧將來3G覆蓋，決定采用布網靈活、設備體積小，省電、易安裝的分布式基站解決方案（BBU+RRU）。分布式基站采用射頻模塊拉遠技術，將射頻拉遠單元(RRU)安裝在天線端，通過光纖連接到BBU（基帶處理單元）。分布式基站組網如圖1所示。

圖1 分布式基站組網示意圖

3.3 分布式基站方案優點

基站體積小型化，分為基帶部分和射頻部分，可實現無機房建站；

射頻部分靠近天線端，饋纜損耗小，網絡性能更優；

配套設施要求低，交流市電供電，配套設施要求低；

施工方便，便于進行網絡調整與優化；運行費用低廉，節能減排；

向3G過渡簡單方便，只需增加相關板卡。

3.4 規劃設計

整條鐵路的主覆蓋小區形成鏈條狀（即BBU+RRU覆蓋區域），用以保證高速鐵路用戶的正常通信。

根據既有沿線設備情況，西安、渭南每個本地網設置一個BSC（基站控制器）。渭南B S C管理豫陜省界至渭南段的BBU+RRU，西安BSC管理渭南至西安段的BBU+RRU；新設的BSC接入到當地本地網的MSC（交換機），LAC（位置區編碼）區相同。BSC和原網BSC之間為跨BSC的正常切換，對現網網絡質量影響非常小。以上設計方案BBU都是放置在不同機房，如果出現2個BBU共機房的情況，預留的光纖至少為24芯，留有一定的冗余度。

天饋系統采用兩小區、高增益天線方案，采用較小前后比的天線，保證基站下方切換帶的要求，天饋高度距鐵軌平面25米。

隧道內采用RRU+ LCX（漏泄同軸電纜）進行覆蓋。RRU放入GSM-R系統直放站洞室，電源由鐵路電力專業供電。LCX采用寬頻帶LCX，為將來3G覆蓋預留條件。

車站由于話務量大，采用宏基站覆蓋。由于鄭西客專兩跨渭河行洪區，行洪區寬度最寬達到4.9Km，為避讓行洪區，行洪區采用宏基站覆蓋。

鐵路GSM-R基站間距約為3.5km，在充分利用鐵路基站鐵塔的同時，根據地形情況，在兩鐵塔之間增建一座或二座鐵塔，保證RRU間距范圍為1～1.6Km，為將來3G覆蓋預留條件。工程實際中共享鐵路站點 47處，其中共享鐵塔36處，隧道內洞室11處。設RRU53套，宏基站9套。

BBU按20個載頻配置，每個BBU帶5個RRU，每個RRU配置4個載頻。全線設備數量如表1所示。

表1 設備數量表

4.覆蓋設計實施結果及后期建議

施工完成后，經測試，信號覆蓋良好，覆蓋結果完全滿足要求。

本次規劃中每個RRU都按4載頻配置，后期可根據具體的話務量來做調整和優化；現有網絡中其對此鏈條小區有覆蓋影響的小區需進行調整及優化。

5.結語

本設計充分利用了鐵路鐵塔、電力等設施，在根據現場實際情況確定最佳設計方案的同時節省了投資，為以后的高鐵公網覆蓋提供了借鑒。

[1]李建東，郭梯云，鄔國揚.移動通信[M].西安：西安:電子科技大學出版社.2006.

[2]中國移動集團上海有限公司.高速鐵路專網設計與優化

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.22.042

寧偉 男 學歷：本科, 職稱：工程師 工作單位：中鐵第一勘察設計院集團有限公司。