淺談高速鐵路GSM移動通信網絡覆蓋的設計方案

　　摘 要：伴隨著鐵路不斷提速，現有移動通信網絡已不能適應高鐵覆蓋要求，從而導致網絡性能下降。本文介紹了高鐵對移動通信的影響因素，并針對高鐵車站、高鐵區間和隧道三種特定場景從GSM網絡的覆蓋和切換提出了設計方案。
　　關鍵詞：高速鐵路 GSM 覆蓋 切換
　　中圖分類號：TN929文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)08(b)-0009-02
　　
　　伴隨著鐵路數次提速廣大乘客享受到了便捷、快速的服務，但與此同時由于新型列車具有密封性能好、車體穿透損耗高、運營速度快（最高運營時速350km）等特點，其對列車內的移動通信質量產生了較大影響。如何在高速移動條件下，為用戶提供良好的網絡服務質量成為GSM移動通信網絡建設和優化的一個研究熱點。
　　本文根據高鐵特點從GSM移動通信網絡的信號強度和切換區域設置等方面分別針對高鐵車站、高鐵區間和隧道三種特定場景討論GSM移動通信網絡高速鐵路覆蓋的設計思路。
　　
　　1 高速鐵路對網絡影響分析
　　1.1 網絡信號強度
　　在高速鐵路的車站和鐵路沿線GSM網絡都存在嚴重的弱信號弱覆蓋現象，主要體現在以下幾方面。
　　高鐵車站內由于建筑物對信號的屏蔽阻擋作用室外信號在室內快速衰落，室內成為信號覆蓋弱區，部分區域例如地下通道等區域成為覆蓋盲區。
　　高鐵車輛采用鋁合金或不銹鋼材料制造列車具有良好的屏蔽性，導致GSM信號穿透損耗較大，使車廂內成為弱覆蓋區。高鐵車廂損耗數據見表1。
　　鐵路沿線弱覆蓋現象嚴重。目前GSM移動公網在鐵路沿線的室外信號強度平均為-80dBm左右，經過車體穿透損耗信號強度為-100dBm左右。因為弱覆蓋導致車廂內的通話質量差。
　　GSM信號在隧道內傳播時受隧道狹長空間影響，信號發生多重折射，隧道內基本為信號弱覆蓋區或盲區。
　　1.2 切換
　　旅客進出車站和列車進出車站時移動用戶需要在多個覆蓋小區間進行切換。
　　由于列車的高速移動對切換重疊覆蓋區的要求提高，高鐵線路區間GSM網絡重疊覆蓋區過短導致切換成功率下降。
　　高速移動導致手機用戶頻繁位置更新，同時用戶集中使沿線基站易發生信令擁塞。
　　通常鐵路沿線隧道較長隧道內一般存在兩個扇區信號，因此進出隧道時會發生切換而列車的高速移動容易導致切換失敗。
　　
　　2 設計思路
　　針對高速鐵路對GSM網絡的影響分析，GSM網絡必須實現深度覆蓋和具有較長的重疊覆蓋區域才能在高速移動的情況下保證其網絡質量。由于高鐵呈帶狀的運行環境和GSM移動網絡常規的蜂窩狀網絡構成方式的差異，如果單純通過調整既有GSM移動網絡很難解決高鐵覆蓋問題，因此采用專門組網的覆蓋思路，將鐵路列車考慮為一個話務流動用戶群，為其提供一條服務質量良好的覆蓋網絡，用戶群從車站出發，直至抵達目的站，用戶都附著在鐵路小區網絡上，發生的話務/數據流也都為鐵路小區吸納，到達火車站后，重選/切換至車站或周邊小區，實現為用戶提供優質鐵路覆蓋服務。
　　2.1 高鐵車站設計方案
　　2.1.1 室內布線系統
　　根據GSM移動通信網絡建設標準，GSM室內信號覆蓋強度一般為-75dBm，邊緣值為-85dBm。為了達到室內深度覆蓋的要求在高鐵車站可以采用室內布線系統。室內布線系統包括天線、功分器、耦合器、射頻電纜以及功率放大器等設備。通過室內布線系統可以達到GSM網絡室內信號強度要求，有效消除覆蓋弱區和盲區。
　　2.1.2 火車站的切換
　　由于火車站是用戶進入高速鐵路GSM移動網絡的出入口，因此在高鐵車站切換主要需要考慮兩個方面的問題：移動大網與高鐵專網之間的切換和高鐵專網內部之間的切換。根據火車站建筑結構特點兩種切換分別設置在火車站站前廣場和火車站站臺。火車站切換區如圖1所示。大網與專網A之間存在切換關系，專網A與專網B之間存在切換關系，大網與專網B之間不存在切換關系，這樣的切換設置可以保證旅客進入車站后占用高鐵信號，實現高鐵車站的切換過渡功能。
　　2.2 高鐵區間設計方案
　　2.2.1 基站+射頻拉遠組網
　　為了減少高速運行列車上的小區切換，盡可能延長單小區的覆蓋距離，采用基站+射頻拉遠單元的組網方式。同時為了減少鐵路沿線小區位置更新的數量，沿鐵路線設置線性位置區，使覆蓋鐵路的小區處于同一個位置區。區間組網如圖2所示。
　　2.2.2 相鄰小區重疊區域設置
　　GSM通信事件中，小區重選與小區切換需要一定的時間來完成接續工作。其中小區重選規則中，當手機測量到鄰小區C2高于服務小區C2值且維持5s，手機將發起小區重選，若在跨位置區處，則鄰小區C2必須高于服務小區C2與CRH設置值的和并且維持5s，手機發起小區重選和位置更新。而在小區切換過程中，通常測量報告在經過設定的SACCH窗口值平滑后，經BSC判斷，將發起小區切換，而整個切換的時間取決于SACCH的設置值，該值通常設為8。列車運行在兩小區覆蓋區域時，從A小區運行至B小區，A小區的信號越來越弱，B小區的信號越來越強，切換時長為5s，則重疊區長度為：S=V×2T，其中V是列車運行速度，T是切換時長。按照列車最快運行速度350km/h計算，則覆蓋長度為972m。
　　2.3 高鐵隧道設計方案
　　2.3.1 泄漏電纜
　　采用泄漏電纜進行隧道覆蓋是目前比較常用的一種方式。采用泄漏電纜的優點是可以使信號在隧道內均勻分布。同時與安裝八木天線或板狀天線等定向天線相比，采用泄漏電纜可以有效降低隧道內施工難度。而從長遠角度考慮，泄漏電纜的寬頻特性也為今后其他系統接入預留平臺。
　　2.3.2 隧道口的切換
　　為了避免用戶在隧道內發生掉話等，切換宜設置在隧道口。通過在隧道口安裝定向板狀天線將隧道內信號引出，在隧道外設置滿足相鄰小區切換條件的重疊覆蓋區。
　　高速鐵路GSM移動通信網絡覆蓋工程是一項復雜的系統工程，高鐵特殊的無線傳輸環境決定了其網絡的特殊性，在具體設計中，在著力解決覆蓋深度和切換問題的同時應進一步考慮專網與大網之間的優化問題，減少對大網影響的同時充分利用既有網絡資源從而降低建設成本。
　　
　　參考文獻
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