陜西聯通西寶高鐵3G網絡的規劃與建設

張偉東

【摘要】 本文主要是陜西聯通寶雞分公司針對西寶高鐵寶雞段沿線WCDMA網絡大膽采用創新型的規劃與建設手段，分別從勘察測試、理論分析、網絡規劃、網絡建設優化等方面入手，最終成功的實現了西寶高鐵寶雞段信號的全覆蓋。

【關鍵詞】 3G WCDMA RSCP 基站 網絡 規劃 覆蓋

一、概述

本文主要是陜西LT寶雞分公司為解決高速列車環境下多普勒頻移、車體穿透損耗、高要求的重選和切換、覆蓋區域地形的多樣性等問題，結合實際情況制定了相應的規劃建設方案。通過對高鐵的大量理論分析、測試數據分析，總結出規劃建設策略以及針對不同環境形式多樣的優化手段，最終成功的實現了西寶高鐵寶雞段沿線WCDMA信號全覆蓋。以下3G均指WCDMA網絡。

二、西寶高鐵介紹

西寶高鐵全線共設西安北站、咸陽站、楊陵站、岐山站、寶雞站五個車站。全長162公里，設計時速350公里，寶雞市境內74公里，全線新設3處車站，即楊凌站、岐山站和寶雞站，橋梁19座，隧道一條。

三、高鐵覆蓋的特性與難題

高鐵帶來的通信挑戰主要有以下四點：多普勒效應、快速切換難題、密閉車廂、復雜的無線環境；

3.1多普勒效應對通信性能的影響

多普勒頻移是指隨著移動物體與基站距離的遠近，合成頻率會在中心頻率上下偏移的現象。高速移動的手機產生較大的多普勒頻偏，頻偏對通信性能有影響。

當移動物體和基站越來越近時，頻率增加，波長變短，頻偏減小，頻偏的變化增大；

當移動物體和基站越來越遠時，頻率降低，波長變長，頻偏增大，頻偏的變化減小；

高速移動的乘客頻繁改變與基站之間的距離，頻移現象非常嚴重；

運動速度越快影響越大； （圖1和表1 ）

3G載波頻段約為2.1GHz，移動臺以300km/h 的速度運動時，當用戶移動方向和基站信號傳播方向的夾角為0或180度時，終端接收信號的上行信號最大頻移約為1189Hz，上行信號的頻移，對基站上行接入、容量和覆蓋有較大影響。

3.2小區變更頻繁對通話持續性的影響

高鐵列車最高時速達到300Km，快速移動導致信號的快速衰落，普通切換時延及門限會發生頻繁切換、乒乓切換、切換失敗率高以及大量的切換掉話問題。

3.3密閉車廂穿透損耗大

高速列車采用密閉式廂體設計，增大了車體損耗，且不同車體對無線信號的穿透損耗差別很大。

3.4覆蓋目標區域地形多樣

覆蓋目標區域地形多樣：鐵路呈線狀分布，經過的地域有密集的城區、寬闊的農村地貌、丘陵、隧道、高架鐵路橋、凹陷的U形地塹等各類差異很大的地形。

四、西寶高鐵規劃方案

針對高鐵網絡規劃、建設、優化中遇到的上述難點，從網絡規劃設計、網絡建設、覆蓋優化等方面入手，制定了“增強總體覆蓋效果、三快兩慢（快切換、快重選、快接入；鏈路刪除慢、壓縮模式啟動慢）”的總體優化策略。

西寶高鐵建設覆蓋目標：高鐵沿線火車車廂內（CRH3車型）無線信號強度和質量應滿足iphone、三星等明星終端長呼測試要求：

無線覆蓋率及無線信號場強：

（1）線覆蓋率：覆蓋高鐵沿線90%路段.（2）列車車廂內無線信號場強：3G CPICH 信號強度≥-90dBm

3G連續覆蓋指標：CS64kbps業務連續覆。

小區平均吞吐率指標：3G小區應提供HSPA數據業務覆蓋，小區HSDPA平均吞吐率≥1Mbps。

4.1垂直站距配合新設備減少多普勒效應

針對高鐵的多普勒效應，從網絡規劃設計的角度一定程度的從物理上減小多普勒效應的影響。

基站距鐵路線較近時，列車與基站的相對位移速度變化較大，頻偏大；為了減少多普勒頻移對網絡性能的影響，基站位置離鐵路線垂直距離保持在800～1000m且視距范圍內無阻擋。使用新型基站設備，載頻模塊中集成了增強型的信道均衡器來提高3G對移動速度的適應，解決快速移動下頻移導致的解調誤碼，所以西寶高鐵基站與鐵路線垂直距離可降低至200-400m。

4.2 3G鏈路預算計算站點數

3G系統使用的是2100MHz頻段。通用的傳播模型仍然適用于2100MHz頻段，只是需要進行相應的模型校正，宏蜂窩用的傳播模型是通用模型，具體如下：

Path_Loss=K1+K2log（d）+K3（Hms）+K4log（Hms）+K5log（Heff）+K6log（Heff）log（d）+K7 Diffraction Loss）+Clutter_Loss

k1 衰減常數 k2 距離衰減常數

k3、k4移動臺天線高度修正系數

k5、k6基站天線掛高修正系數

k7 繞射修正因子 C_loss 地物衰減修正值

d 接收機和發射機距離 Hms 移動臺天線有效高度

Heff 基站天線有效高度

鏈路預算：

天線增益21dBi 天線有效掛高30米

站址垂直軌道距離200米 邊緣覆蓋概率：85%

陰影衰落余量：8.29dB 上/下行負荷：50%/75%

列車穿透損耗：開闊地取24dB 單載波功率：40W

單站覆蓋距離在單RRU功分和雙RRU背靠背覆蓋距離分別為：0.98KM和1.92KM。西寶高鐵寶雞段全長74Km，設計時速為350Km/小時，根據鏈路預算的結果得出所需站數： 3G鏈路預算站間距為1.92km，因此如果站點均勻分布，需要39個站點。

4.3專網專用RNC覆蓋解決跨RNC、LAC頻繁切換

高速移動過程中為避免跨RNC、LAC的頻繁切換，提高用戶感知，避免大量用戶高速通過邊界時，發生突發性位置更新，增加信令負荷，產生不必要的開銷。因此西寶高鐵使用專用RNC。 使用專用的基站或小區對高鐵進行覆蓋，專網與公網實現重選和切換上完全的隔離，只有在車站等專網入口才能進入或離開專網。通過專網覆蓋，能最大程度上滿足高速場景的覆蓋要求。在網絡擴容、重新規劃中，可根據專網與公網各自需求，分別獨立規劃，不需同時兼顧，避免了互相牽制，降低了優化和規劃難度。專網系統可為高速移動場景，配置特別的無線參數取值及算法，不會造成對公網的影響。

4.4之字形布站增強基站覆蓋距離

對于專網建議采用S11站型，對于直線軌道，相鄰站點宜交錯分布于鐵路的兩側，形成“之”字型布局，有助于改善切換區域，有利于車廂內兩側信號質量的均衡，在傳輸條件允許的情況下盡量采用“之”字型布局，對于鐵路彎道，站點設置在彎道的內側，可提高入射角，保證覆蓋的均衡性。

4.5小區合并減少小區數量減少頻繁切換

為了使用戶終端在高速移動的場景下，成功地完成位置更新、小區登記與駐留和接入、發起CS或PS呼叫，同時讓終端用戶的體驗得到提升，因此必須盡力擴大某個終端用戶駐留小區的覆蓋范圍，改善小區重選和切換的成功率，減少掉話率。為此西寶高鐵寶雞段全線基站均使用小區合并，通過小區合并技術，可以減少小區數量，減少切換重選頻率及掉話。通過小區合并西寶高鐵寶雞段覆蓋小區數由88個減少至44個。

小區合并前 小區合并后

基站數 44 44

小區數 88 44

4.6不同覆蓋場景的建站策略

密集城區列車車速較低，基站分布相對密集，主要網絡問題集中在同頻干擾、越區覆蓋等，故采取加強基站主覆蓋范圍的強度和質量、控制覆蓋范圍、減少網內干擾。

郊區曠野由于列車車速較高基站分布相對稀疏，網絡問題集中在扇區邊緣弱覆蓋、局部區域無主控信號等，故采取擴大周邊基站沿鐵路線方向的主控范圍，增加重疊覆蓋區域，加強切換的可靠性。如果專網基站與鐵路線的垂直距離小于100米，為避免越區覆蓋，優先采用窄波束高增益天線。如果專網基站與鐵路線的垂直距離較大但不超過500米，采用65度18dBi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。根據對站間距、基站對鐵軌的垂直距離及天線對于車廂掠射角等因素綜合考慮，天線相對于鐵軌的相對掛高30m。小村隧道總長900米，采用隧道兩邊建設基站使用窄波束天線向隧道內覆蓋，以提升隧道內信號的覆蓋強度和質量。

五、優化策略

天饋及參數優化總體原則：三快：接入快、重選快、切換快；兩慢：專網內鏈路刪除慢、壓縮模式啟動慢；兩大：LAC區范圍大、路由區范圍大；一準：鄰區配置要精準，不可盲目過多也不可缺失；

1、重選優化：為了保證列車上的用戶在高速移動過程中順利的進行小區重選，進行空閑參數優化，使小區之間重選能夠盡快完成。通過增大重選遲滯偏置QHYST，減少頻繁重選。通過減小重選觸發時間Treselection，加快小區重選。增大異系統重選觸發門限Sratsearch，大幅度減少重選到GSM的概率。增大異頻重選觸發門限Sintersearch，盡量避免高鐵從第三頻點重選到第一頻點。

2、切換優化：采用“快進慢出”策略，實現高速移動的情況下順利的切換：減小1A事件觸發門限Reportingrange1a，使得目標小區更快加入激活集；增大1B事件觸發門限Reportingrange1b，使激活集中舊的小區不容易被剔除，防信號的波動導致誤刪除好小區。

3、西寶高鐵實際參數配置原則

接入類參數配置：提高UE的接入成功率；

空閑模式類參數：優先占用專網，小區重選及時準確；

切換類參數配置：控制小區合理的切換點。

六、總結

寶雞聯通對西寶高鐵實施了高目標建設及優化，共建設基站44處，總測試里程達到3000多公里，實施了以上的一系列創新性的建設和優化手段，實現了西寶高鐵寶雞段RSCP覆蓋大于-90dBm的比例為95.24%，實現了3G CPICH 信號強度≥-90dBm覆蓋高鐵沿線90%路段、CS64kbps業務連續覆。

以下是基站建設及優化前后的總體測試對比結果圖：

實施后組織了市場部門、新聞媒體、普通用戶聯合驗收，驗收成果最終確認西寶高鐵寶雞段成功實現了全程覆蓋。

參 考 文 獻

[1]William C.Y. Lee 《移動通信工程理論與應用》 人民郵電出版社

[2]胡捍英、楊峰義 《第三代移動通信系統》 人民郵電出版社

[3]樊昌信 《通信原理（第5版）》國防工業出版社

高速移動過程中為避免跨RNC、LAC的頻繁切換，提高用戶感知，避免大量用戶高速通過邊界時，發生突發性位置更新，增加信令負荷，產生不必要的開銷。因此西寶高鐵使用專用RNC。 使用專用的基站或小區對高鐵進行覆蓋，專網與公網實現重選和切換上完全的隔離，只有在車站等專網入口才能進入或離開專網。通過專網覆蓋，能最大程度上滿足高速場景的覆蓋要求。在網絡擴容、重新規劃中，可根據專網與公網各自需求，分別獨立規劃，不需同時兼顧，避免了互相牽制，降低了優化和規劃難度。專網系統可為高速移動場景，配置特別的無線參數取值及算法，不會造成對公網的影響。

4.4之字形布站增強基站覆蓋距離

對于專網建議采用S11站型，對于直線軌道，相鄰站點宜交錯分布于鐵路的兩側，形成“之”字型布局，有助于改善切換區域，有利于車廂內兩側信號質量的均衡，在傳輸條件允許的情況下盡量采用“之”字型布局，對于鐵路彎道，站點設置在彎道的內側，可提高入射角，保證覆蓋的均衡性。

4.5小區合并減少小區數量減少頻繁切換

為了使用戶終端在高速移動的場景下，成功地完成位置更新、小區登記與駐留和接入、發起CS或PS呼叫，同時讓終端用戶的體驗得到提升，因此必須盡力擴大某個終端用戶駐留小區的覆蓋范圍，改善小區重選和切換的成功率，減少掉話率。為此西寶高鐵寶雞段全線基站均使用小區合并，通過小區合并技術，可以減少小區數量，減少切換重選頻率及掉話。通過小區合并西寶高鐵寶雞段覆蓋小區數由88個減少至44個。

小區合并前 小區合并后

基站數 44 44

小區數 88 44

4.6不同覆蓋場景的建站策略

密集城區列車車速較低，基站分布相對密集，主要網絡問題集中在同頻干擾、越區覆蓋等，故采取加強基站主覆蓋范圍的強度和質量、控制覆蓋范圍、減少網內干擾。

郊區曠野由于列車車速較高基站分布相對稀疏，網絡問題集中在扇區邊緣弱覆蓋、局部區域無主控信號等，故采取擴大周邊基站沿鐵路線方向的主控范圍，增加重疊覆蓋區域，加強切換的可靠性。如果專網基站與鐵路線的垂直距離小于100米，為避免越區覆蓋，優先采用窄波束高增益天線。如果專網基站與鐵路線的垂直距離較大但不超過500米，采用65度18dBi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。根據對站間距、基站對鐵軌的垂直距離及天線對于車廂掠射角等因素綜合考慮，天線相對于鐵軌的相對掛高30m。小村隧道總長900米，采用隧道兩邊建設基站使用窄波束天線向隧道內覆蓋，以提升隧道內信號的覆蓋強度和質量。

五、優化策略

天饋及參數優化總體原則：三快：接入快、重選快、切換快；兩慢：專網內鏈路刪除慢、壓縮模式啟動慢；兩大：LAC區范圍大、路由區范圍大；一準：鄰區配置要精準，不可盲目過多也不可缺失；

1、重選優化：為了保證列車上的用戶在高速移動過程中順利的進行小區重選，進行空閑參數優化，使小區之間重選能夠盡快完成。通過增大重選遲滯偏置QHYST，減少頻繁重選。通過減小重選觸發時間Treselection，加快小區重選。增大異系統重選觸發門限Sratsearch，大幅度減少重選到GSM的概率。增大異頻重選觸發門限Sintersearch，盡量避免高鐵從第三頻點重選到第一頻點。

2、切換優化：采用“快進慢出”策略，實現高速移動的情況下順利的切換：減小1A事件觸發門限Reportingrange1a，使得目標小區更快加入激活集；增大1B事件觸發門限Reportingrange1b，使激活集中舊的小區不容易被剔除，防信號的波動導致誤刪除好小區。

3、西寶高鐵實際參數配置原則

接入類參數配置：提高UE的接入成功率；

空閑模式類參數：優先占用專網，小區重選及時準確；

切換類參數配置：控制小區合理的切換點。

六、總結

寶雞聯通對西寶高鐵實施了高目標建設及優化，共建設基站44處，總測試里程達到3000多公里，實施了以上的一系列創新性的建設和優化手段，實現了西寶高鐵寶雞段RSCP覆蓋大于-90dBm的比例為95.24%，實現了3G CPICH 信號強度≥-90dBm覆蓋高鐵沿線90%路段、CS64kbps業務連續覆。

以下是基站建設及優化前后的總體測試對比結果圖：

實施后組織了市場部門、新聞媒體、普通用戶聯合驗收，驗收成果最終確認西寶高鐵寶雞段成功實現了全程覆蓋。

參 考 文 獻

[1]William C.Y. Lee 《移動通信工程理論與應用》 人民郵電出版社

[2]胡捍英、楊峰義 《第三代移動通信系統》 人民郵電出版社

[3]樊昌信 《通信原理（第5版）》國防工業出版社

高速移動過程中為避免跨RNC、LAC的頻繁切換，提高用戶感知，避免大量用戶高速通過邊界時，發生突發性位置更新，增加信令負荷，產生不必要的開銷。因此西寶高鐵使用專用RNC。 使用專用的基站或小區對高鐵進行覆蓋，專網與公網實現重選和切換上完全的隔離，只有在車站等專網入口才能進入或離開專網。通過專網覆蓋，能最大程度上滿足高速場景的覆蓋要求。在網絡擴容、重新規劃中，可根據專網與公網各自需求，分別獨立規劃，不需同時兼顧，避免了互相牽制，降低了優化和規劃難度。專網系統可為高速移動場景，配置特別的無線參數取值及算法，不會造成對公網的影響。

4.4之字形布站增強基站覆蓋距離

對于專網建議采用S11站型，對于直線軌道，相鄰站點宜交錯分布于鐵路的兩側，形成“之”字型布局，有助于改善切換區域，有利于車廂內兩側信號質量的均衡，在傳輸條件允許的情況下盡量采用“之”字型布局，對于鐵路彎道，站點設置在彎道的內側，可提高入射角，保證覆蓋的均衡性。

4.5小區合并減少小區數量減少頻繁切換

為了使用戶終端在高速移動的場景下，成功地完成位置更新、小區登記與駐留和接入、發起CS或PS呼叫，同時讓終端用戶的體驗得到提升，因此必須盡力擴大某個終端用戶駐留小區的覆蓋范圍，改善小區重選和切換的成功率，減少掉話率。為此西寶高鐵寶雞段全線基站均使用小區合并，通過小區合并技術，可以減少小區數量，減少切換重選頻率及掉話。通過小區合并西寶高鐵寶雞段覆蓋小區數由88個減少至44個。

小區合并前 小區合并后

基站數 44 44

小區數 88 44

4.6不同覆蓋場景的建站策略

密集城區列車車速較低，基站分布相對密集，主要網絡問題集中在同頻干擾、越區覆蓋等，故采取加強基站主覆蓋范圍的強度和質量、控制覆蓋范圍、減少網內干擾。

郊區曠野由于列車車速較高基站分布相對稀疏，網絡問題集中在扇區邊緣弱覆蓋、局部區域無主控信號等，故采取擴大周邊基站沿鐵路線方向的主控范圍，增加重疊覆蓋區域，加強切換的可靠性。如果專網基站與鐵路線的垂直距離小于100米，為避免越區覆蓋，優先采用窄波束高增益天線。如果專網基站與鐵路線的垂直距離較大但不超過500米，采用65度18dBi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。根據對站間距、基站對鐵軌的垂直距離及天線對于車廂掠射角等因素綜合考慮，天線相對于鐵軌的相對掛高30m。小村隧道總長900米，采用隧道兩邊建設基站使用窄波束天線向隧道內覆蓋，以提升隧道內信號的覆蓋強度和質量。

五、優化策略

天饋及參數優化總體原則：三快：接入快、重選快、切換快；兩慢：專網內鏈路刪除慢、壓縮模式啟動慢；兩大：LAC區范圍大、路由區范圍大；一準：鄰區配置要精準，不可盲目過多也不可缺失；

1、重選優化：為了保證列車上的用戶在高速移動過程中順利的進行小區重選，進行空閑參數優化，使小區之間重選能夠盡快完成。通過增大重選遲滯偏置QHYST，減少頻繁重選。通過減小重選觸發時間Treselection，加快小區重選。增大異系統重選觸發門限Sratsearch，大幅度減少重選到GSM的概率。增大異頻重選觸發門限Sintersearch，盡量避免高鐵從第三頻點重選到第一頻點。

2、切換優化：采用“快進慢出”策略，實現高速移動的情況下順利的切換：減小1A事件觸發門限Reportingrange1a，使得目標小區更快加入激活集；增大1B事件觸發門限Reportingrange1b，使激活集中舊的小區不容易被剔除，防信號的波動導致誤刪除好小區。

3、西寶高鐵實際參數配置原則

接入類參數配置：提高UE的接入成功率；

空閑模式類參數：優先占用專網，小區重選及時準確；

切換類參數配置：控制小區合理的切換點。

六、總結

寶雞聯通對西寶高鐵實施了高目標建設及優化，共建設基站44處，總測試里程達到3000多公里，實施了以上的一系列創新性的建設和優化手段，實現了西寶高鐵寶雞段RSCP覆蓋大于-90dBm的比例為95.24%，實現了3G CPICH 信號強度≥-90dBm覆蓋高鐵沿線90%路段、CS64kbps業務連續覆。

以下是基站建設及優化前后的總體測試對比結果圖：

實施后組織了市場部門、新聞媒體、普通用戶聯合驗收，驗收成果最終確認西寶高鐵寶雞段成功實現了全程覆蓋。

參 考 文 獻

[1]William C.Y. Lee 《移動通信工程理論與應用》 人民郵電出版社

[2]胡捍英、楊峰義 《第三代移動通信系統》 人民郵電出版社

[3]樊昌信 《通信原理（第5版）》國防工業出版社