淺析高鐵公網覆蓋增強技術的應用

黃甲福

（中鐵二十四局上海電務電化公司　福州分公司）

淺析高鐵公網覆蓋增強技術的應用

黃甲福

（中鐵二十四局上海電務電化公司福州分公司）

根據公網在高鐵覆蓋特點，結合溫福、福廈、龍廈及向莆高鐵公網覆蓋工程實際施工應用，研究覆蓋增強技術，并提出了幾種應用方案，有效地應對高鐵沿線各種復雜場景。

高速鐵路；覆蓋特點；增強技術；應用方案

1　引言

隨著我國高速鐵路建設的快速發展，近年高速鐵路網已初步形成，改善高速鐵路覆蓋質量，以提高網絡質量及提高服務質量，對提升各運營商品牌形象有至關重要意義。但公網在高速鐵路覆蓋中面臨很多挑戰，高速列車由于運行速度快，列車采用密閉式廂體設計，穿透損耗大，且沿途場景復雜，增加了高速鐵路公網連續覆蓋的難度，同時高鐵貫穿大網覆蓋的區域，容易造成相互干擾，必須選擇合理的組網策略實現高鐵與大網間協同覆蓋。

本文通過分析高速鐵路公網覆蓋特點，針對高鐵特殊場景進行運用分析，提出了合理的應用方案供參考。

2　高速鐵路公網覆蓋特點分析

（1）多普勒頻移影響，如不進行有效校正，公網系統解調性能將嚴重惡化，甚至導致系統不能正常通信。

高速鐵路覆蓋場景對公網系統性能影響最大的就是多普勒頻移效益。所謂的多普勒頻移效益是指接收到的信號的波長因為信號源和接收機的相對運動而產生變化。多普勒頻移效益所引起的附加頻移稱為多普勒頻移。

對于高速移動的用戶，多普勒頻移往往很大，對于基站接收機而言，正確估計上行頻率誤差并完成頻率誤差校正正是接收機必須完成的功能，否則將對上行鏈路性能造成很大的影響，基站接收機還需要應對頻移快速變化的問題，能夠迅速跟上頻移變化速度并行有效的補償。如果頻移跟蹤速度過慢，則會在頻移快速變化時產生很大的估計誤差，將導致性能嚴重惡化。

（2）高速鐵路列車采用密閉式廂體，車體對無線信號穿透損耗大，造成高鐵覆蓋站點設置密集，站點選址較困難。

高鐵公網設計中，為確保用戶在各鐘車型中都可以進行正常通話，首先要對各列車類型的穿透損耗值作相關測試。目前中國高鐵主要有CRH1、CRH2、CRH3和CRH5這四種類型，其中CRH1、CRH2、CRH5均為200km/h級別，CRH3為300km/h級別（營運速度超過300km/h，其中CRH380型列車標準時速為380km/h）。

高速列車由于采用密閉箱體，所以車體對無線信號的穿透損耗較高，表1列舉了國內幾種高速鐵路新型列車的車體穿透損耗值。

表1　各種車型損耗取值參考表

不同車型的列車車廂穿透損耗差異很大，全封閉的新型列車比莆通列車穿透損耗大5～10dB。在高速鐵路公網網絡規劃設計中，應考慮未來可能的車體類型的損耗，來滿足和兼容對各系列高速列車的覆蓋要求。

（3）高鐵跨度大，場景復雜。

一條高鐵通常經過多個地市或省份，途徑多種場景，包括市區、火車站、山區丘陵/橋梁、平原、劈山口、隧道等，實現連續覆蓋難度加大。特別是無線電在隧道傳播條件差，由于在隧道內墻壁對電磁波會產生屏蔽、吸收和散射作用，隧道其實相當是一種超大尺寸的非理想波導環境，只有頻率高于其截止頻率的信號方能在隧道內傳播。

（4）車速快，小區切換頻繁，影響接入成功率及尋呼成功率。

由于高速列車的高速運動，公網設備終端容易在切換區起呼，涉及信令階段的切換，此時需要考慮預留1.2s，而雙邊需要預留切換重跌區2.4s。以GSM系統為例，當手機測量到鄰小區C2值高于服務區C2值且維持5s，手機將發起小區重疊；若在跨位置區域，則鄰小區C2值必須高于服務小區C2值與CRH設置值的和且維持5s，手機才發起小區重選和位置更新。列車在不同速度下，GSM所需要的重疊覆蓋區域如表2所示。

表2　列車運營速度與重疊區域對應表

3　高速鐵路公網覆蓋增強技術的應用方案

從以上高速鐵路公網覆蓋特點的分析可知，高鐵列車運行速度極快，小區變更頻繁，將影響小區選擇。提升高鐵網絡性能最有效的手段就是應用覆蓋增強技術以擴大單小區覆蓋能力。因此，針對高鐵網絡，研究覆蓋增強技術，有效應對高鐵沿線的各種復雜場景，對高鐵網絡穩定性起決定性的意義。

3.1采用多RRU合并小區技術

由于同一物理站址的兩個背靠背的STSR小區之間的信號重疊區過小，不足以滿足重疊區預留要求，容易導致切換、重選不及時，進而導致起呼困難或切換掉話，所以高鐵沿線不建議采用傳統的STSR小區方式。

以下結合福廈及向莆高鐵典型覆蓋場景進行多RRU合并小區技術的應用分析：

3.1.1開闊地高速區場景

同物理站址的背靠背2RRU合并小區方式。

在高鐵開闊地，當列車運行時速大于200km的路段，建議采用背靠背2RRU合并小區的方式，2RRU合并小區的連接圖如圖1所示。

圖1　2RRU合并小區方式連接示意圖

下行基帶信號同時由兩個RRU發射，邏輯上屬于單個小區。當列車行駛經過基站時，不會發生小區之間的切換，從而提升性能。針對開闊地高速區場景，以典型天線有效掛高30m計，采用高鐵覆蓋傳播模型，背靠背的2RRU功分方式和STSR小區方式對比，站距不變，但小區覆蓋能力擴大至2倍。相比RRU功分方式，單方向覆蓋能力可增加31％，站距擴大31％。

所以多RRU合并小區技術在開闊地高速區場景應用效果良好，因此外場中應用廣泛，以下是以福廈鐵路泉州段聯通WCDMA為例，見圖2所示。

3.1.2單個隧道場景

多RRU合并小區方式使覆蓋能力得到充分發揮。

隧道內采用泄露電纜進行覆蓋，泄露電纜信號輻射方向垂直于列車行進方向，因此隧道內不會產生多普勒效應，RRU合并不受影響，因此可以充分發揮多RRU合并小區技術的優勢。

圖2　2RRU合并小區在開闊路段的應用示意圖

工程中，隧道內敷設泄露電纜，RRU功分覆蓋，多RRU進行小區合并，擴大隧道內單小區信號覆蓋能力。同時，隧道口內、外由同一小區覆蓋，列車進出隧道口時不發生切換，常用的隧道口覆蓋方式有：

（1）隧道口外RRU拉遠覆蓋隧道內。

（2）隧道口RRU和隧道外RRU進行小區合并。

以下是福廈高鐵泉州路段聯通WCDMA為例：

天馬山隧道全長3644m，采用6個RRU完成信號覆蓋，且6 個RRU進行小區合并，隧道口則放置RRU并架設天線向外覆蓋。隧道內RRU功分覆蓋，單方向覆蓋500m，RRU間距1000m，RRU之間無需進行信號重疊區預留。隧道口RRU和隧道內RRU屬于同一小區，避免了切換區發生在隧道口，覆蓋示意圖如圖3所示。

圖3　多RRU小區技術在超長隧道應用示意圖

3.1.3復雜隧道群場景

多RRU合并小區技術足以勝任。

對復雜隧道群場景進行了分析，傳統的STSR小區方式和RRU功分方式不足以勝任。由于多RRU合并小區的強大覆蓋擴展能力，足以勝任這類復雜場景。以下是向莆鐵路泰寧段外場實例，移動、電信及聯通三家運營商共建，如圖4所示。

圖4中，隧道之間的間隔分別是75m、1054m、116m、1476m 和2592m。顯然75m和116m的間隔不足以滿足重疊區預留，需要由同一小區提供覆蓋。實際工程中，我們采用的措施如下：

（1）采用隧道口架設RRU功分覆蓋隧道內和隧道口，包含八里村2#隧道口、八里村1#隧道口及丹金山2#隧道口。

（2）隧道內采用RRU功分覆蓋，如新勝村隧道、丹金山1#隧道。

（3）2592m的開闊地由背靠背2個RRU進行覆蓋。

整個隧道群場景每家運營商分別使用7個RRU，且7個RRU進行小區合并，歸屬于同一小區，極大擴展了單小區覆蓋能力。

從以上多RRU合并小區技術在高鐵覆蓋場景中的應用可知，正是由于多RRU合并小區的強大的單小區覆蓋能力，因此能有效應對高鐵沿線的各種復雜場景，形成良好的連續覆蓋，提升高鐵網絡的性能。

圖4　多RRU小區在隧道群的應用示意圖

3.2采用40W小區功率配置

通過福廈鐵路福州段現場實測如表3所示（UE位于靠窗位置、靠過道位置進行測試）。

表3　不同小區功率下的RSCP和Ec/Io對比分析

發現40W小區功率，相對于20W小區功率，其下行導頻覆蓋改善明顯，同時可以提供足夠的下行功率，確保HSDPA吞吐量。而60W小區功率，相對于40W小區功率，則在導頻覆蓋和數據吞吐量上改善不明顯。因此，建議高鐵小區配置40W小區功率，可有效提高下行導頻覆蓋指標，使小區高數據業務覆蓋范圍明顯擴大，以滿足車廂內大部分區域的信號覆蓋要求。

3.3保證天線附掛有效高度

高鐵沿線跨度大，地勢起伏，地形復雜。需要特別注意天線和軌道面之間的高度差，即確定天線有效高度。因此高鐵實際規劃中，建議為站點位于高鐵紅線內時，天線有效掛在15m以上；站點位于高鐵紅線外時，建議天線有效掛高在30m以上。

3.4采用RRU上塔方式

在高鐵覆蓋中，建議采用分布式基站BBU+RRU，RRU直接安裝在塔頂，相比RRU下塔可減少饋線損耗，同步擴大上行和下行覆蓋半徑，改善上下行覆蓋。

實際應用中，也可能應用塔放以彌補饋線損耗，改善基站合成噪聲系數來改善上行覆蓋。塔放對下行鏈路的影響體現在插入損耗（典型值是0.5dB）的引入上，使用塔放時的下行覆蓋半徑將縮小。

3.5長大橋梁宜采用高增益天線

對于跨越大江大河、跨度較大的橋梁，橋梁長達幾千米，大于站距，橋梁中斷往往由于條件限制無法設站，普遍采用在橋兩頭設站點架設天線進行信號覆蓋，如采用普通功率信源設備，通過路測會發現橋梁中段信號往往覆蓋不理想。實際應用中，應采用高增益天線向橋梁中點方向輻射，盡量擴展覆蓋能力，來實現橋梁中段信號覆蓋，以滿足長大橋梁公網信號的連續覆蓋。

3.6大型客站采取室內覆蓋系統

高速鐵路沿線往往新建若干個大型客站，由于高層建筑的信號通常較弱且不穩定，多存在明顯的孤島效應。因此通常引入室內覆蓋系統，室內覆蓋系統由信源和天線分布系統組成，利用室內天線分布系統將宏基站信號均勻分布在各個角落，從而保證大型客站室內各區域有理想的信號覆蓋。

4　結束語

公網在高鐵有效覆蓋能給運營商產生一定的經濟效益，提高了品牌形象，也為用戶提供了優質的服務。作為高鐵覆蓋重要一環，部分特殊場景是否解決好，將極大地影響整個線路的連續覆蓋。本文對高鐵覆蓋增強技術進行研究分析，提出了建議及方案，但實際現場環境運用中，需深入現場實際摸索、研究、對比，拿出更佳的覆蓋方案。

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U285

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1673-0038（2015）04-0120-03

2015-1-10