CRH动车组高速列车环境下的GSM网络优化

1、CRHft车组高速列车环境下的GSMR络优化李智旻侯文军韦巍刘占强200080)摘要本文主要是中国联通上海分公司对动车组上海段沿线GSM网络采用了诸多创新性的优化手段，分别从实地测试、理论分析、网络规划、基站改造、后期优化调整等角度入手，最终成功的实现了动车组上海段全程无掉话。关键词：GSM动车组高铁优化网络规划无掉话改造ABSTRACTThethesisismayorininnovativeopitimizationalmethodinGSMNetworkonHigh-SpeedCRHtrainbyshanghaiUnicom.Wetookacademicanalysis,networkpl

2、anning,basestationoptimization&drivingtest.IntheendwehaveachievednonedropcallinshanghaiUnicomGSMnetworkonHigh-SpeedCRHtrain.KEYWORDS:GSM,CRHtrain,High-Speedrailway,optimization,GSMnetworkplanning,nonedropcall摘要2ABSTRACT21 概述52 研究背景5.铁路提速5CRH列车53 目前动车组列车网络质量的难点6.运行速度凸现的多普勒效应6动车沿线切换成功率低6高速频率干扰以及信号

3、快衰落74 动车组优化策略及优化方法7.动车组沿线网络规划设计7不同覆盖条件下的频偏（多普勒效应）对比8针对高速环境下特殊手段的覆盖优化9站距间隔较大造成的边缘覆盖盲区的优化9周边基站受阻挡造成的局部覆盖空洞的优化10高速环境下切换优化11密集城区的优化11郊区旷野的优化11动车组环境下900M/1800M双频网切换策略的优化12针对干扰和以及快衰落的优化12“高速干扰”的优化12其他针对干扰以及快衰落的优化措施13动车组沿线容量的优化135 结论1.3.6 参考文献1.4.附：作者简1.4.1概述07年4月18日铁路第六次大提速后在全国范围开行了大量高速动车组列车，为保证乘客的通信感受和服务

4、质量，中国联通上海分公司基于现有网络针对高速列车特征进行优化和改造专题技术方案。重点解决高速列车环境下（260Km/小时）用户通话过程中出现的频繁掉话、无法接通和话音断续等现象，并结合实际情况制定了相应的优化方案。方案通过对动车组（上海段）的大量理论分析、测试数据总结出了总体优化策略以及针对不同环境形式多样的优化手段，最终成功的实现了动车组（上海段）沿线全程无掉话。2研究背景2.1 铁路提速随着城市经济的发展，铁路系统对客货流转效率和服务质量提出了越来越高的要求。自2007年4月18日起，中国铁道部在全国范围内实施了第6次大提速。提速后京沪、京广等干线列车时速将提升至200Km以上，其中上海段

5、（上海江苏昆山）区间的最高时速达到260Km。2.2 CRH列车在本次铁路提速的同时引入了CRH这一新型列车（动车组：动力分布式列车）该列车分为CRH1CRH2CRH3和CRH5这4个种类，具体情况如下:动车型号外方合作制造商运营速度最高速度载客人数CRH1加拿大庞巴迪（BSP）200KM/h250KM/h670CRH2日本川琦重工200KM/h300KM/h610CRH3德国西门子330KM/h380KM/h380CRH5法国阿尔斯通200KM/h250KM/h604目前全国范围较为普遍的为CRH2型（日本川琦重工合作生产车型，图中所示）3目前动车组列车网络质量的难点3.1 运行速度凸现的多

6、普勒效应多普勒效应是指随着移动物体与基站距离的远近，合成频率会在中心频率上下偏移的现象：?当移动物体和基站越来越近时，频率增加，波长变短，频偏减小，频偏的变化增大；?当移动物体和基站越来越远时，频率降低，波长变长，频偏增大，频偏的变化减小;?高速移动的用户频繁改变与基站之间的距离，频移现象非常严重；?运动速度越快影响越大；多普勒效应显著，进而影响无线通信质量（载干比）主要是与频偏的变化程度呈非线性关系，也就是说频偏的变化越大对无线质量的影响越大，所以当列车高速通过基站的过程中，经过与基站垂直距离最近的点时多普勒效应最显著。冬智期雌的我由下超出其中了为多者娥替，仃：为魏舞是火车速苣（rrfs】为

7、比出m斜角坐6W由下连催：舐-j-1!_,口w7三a禹fv多普勒效应广泛存在，普通低速度情况下效应不明显，但当列车速度超过200Km/s的临界速度时，多普勒效应愈显突出。高速运行状态下用户通话时会产生一定的频移，使相同信号强度情况下用户通话质量恶化（Rxquality下降）从而引发话音断续、掉话等。3.2 动车沿线切换成功率低动车组列车最高时速达到260Km,普通环境下用户在不同基站之间的正常切换在高速运动环境演变为频繁切换、乒乓切换、切换失败率高以及大量的切换掉话问题。3.3 高速频率干扰以及信号快衰落GSM系统为频分复用系统，不同的频点在间隔一定复用距离后要重复使用。普通情况下各小区主覆盖

8、范围主控频点在安全复用距离的正常使用，但是在高速环境下主覆盖范围呈现扁平化特征，主覆盖范围沿铁路行径方向明显扩大从而引发了新的的频率干扰现象。此外高速环境下信号覆盖强度可能在短时间内发生迅速衰减，使用户无法顺利切出从而引发掉话。4动车组优化策略及优化方法针对目前动车组列车用户通话过程中遇到的上述难点，从网络规划设计、覆盖优化，高速状态下切换、干扰及容量的角度入手实施优化。并且制定了“增强总体覆盖效果、密集城区鼓励合理切换、郊区旷野限制不必要切换”的总体优化策略。4.1动车组沿线网络规划设计4在单小区内的最低信号强度需求根据规GSM规范定义，能发起和建立呼叫，需要的最低信号强度为：SSreq=M

9、Ssens+RFmarg+IFmarg+BL其中：MSsens:接收机灵敏度、为-104dBmRFmarg:瑞利衰落（快衰落）余量（可忽略不计）IFmarg:干扰余量2dBBL:人体损耗5dB因止匕，SSreq=-97dBm考虑切换的最低信号强度随着列车的运行、逐渐远离基站，服务小区的信号强度也在衰落。为了保证呼叫建立或者持续通话，要在接收的信号强度低于SSreq前切换到新的小区。也就是说动车组列车内用户侧的覆盖目标为：SSdesire=SSreq+HOmargin其中：SSreq:-97dBmHOmargin：切换时间内的信号衰减余量，远离基站而产生的慢衰落。根据GSM规范定义一次切换从测量

10、报告开始需约2-3秒，结合动车组列车的时速（260Km/小时、折合每秒）列车前进了21m,用户向远离基站的方向移动21米，信号衰减约在48dB左右，取上限HOmargin=8dB;列车内用户侧SSdesire=SSreq+Homargin=-97dBm+8dB=-89dBm而动车组车体外的设计信号强度SSdesign为：SSdesign=SSdesire+LNFmargin（o+i）组列车穿透损耗其中：LNFmargin（o+i）:正态衰落余量，在市区、室内环境下取值，为12dB;动车组列车穿透损耗，现场采样实测约为1416dB因此，我们设计的动车组列车车体外线路旁的无线信号目标覆盖强度SSd

11、esign-64dBm4不同覆盖条件下的频偏（多普勒效应）对比针对动车组高速状态下的多普勒效应，从网络规划设计的角度一定程度的从物理上减小多普勒效应的影响。动车组条件下的网络规划设计的要求不同于当列车本身运行的速度一定时，如建设基站距铁路线较近时，列车与基站的相对位移速度变化较大（而在经过基站最近段角速度最大，频偏变化最大）；如建设基站距铁路线合理且视距无阻挡时，列车运行与基站相对位移速度变化较小（角速度变化的波动较小，频偏变化较小），因此为了减少多普勒频移对网络性能的影响，选择动车组专项覆盖网基站位置时尽量离铁路线一段距离建站（8001000m）建站且视距范围内无阻挡,从网络设计规划角度一定

12、程度的减少速度引起的多普勒效应。评员会仃基站距高速铁路线的合路距离 且视距无阻挡一新场古特园红翔014*1X1沪宁动车组线路站距间隔较大造成的边缘覆盖盲区的优化绿环基站天线侧对沪宁铁路覆盖角度4.2针对高速环境下特殊手段的覆盖优化目前上海分公司对于沪宁线动车组的专项优化是基于现网运行基站站址条件下的，在现网局部路段已有基站分布位置不合理（不能达到前文提及理想的高铁覆盖条件），我们也针对这种情况对现网基站作了部分改造以适应高铁覆盖要求:沪宁线南翔线路段原先由于先农基站的主覆盖范围有限且周边站距较大造成基站覆盖边缘部分区域弱覆盖以及无主控小区的情况优化措施：针对该情况对先农某站面向铁路的第一扇区实

13、施了天线分裂,将天线一分为二后扩大了其沿铁路方向上的覆盖能力。形成沿铁路线方向的椭圆形覆盖优化手段实施后，显著增强了“先农”基站沿铁路线方向的覆盖能力、扩大了原覆盖边缘的主控效果、延长主控时间以及切换的可靠性。士周边基站受阻挡造成的局部覆盖空洞的优化4;科才；;一长征基站1场巳 视角靖况该案例情况下，原先主覆盖铁路线的“长征基站”主瓣方向被三栋高层建筑阻挡造成阴影路段无主控信号（无法满足前文提及的-64dBm的设计要求，优化前高速动车组列车必掉话）。优化措施：针对该情况我们仔细勘查了周边基站的覆盖条件，最后针对铁路线北侧的“富平基站”以及南侧“礼泉基站”调整天线方向并改装高增益天线，从两侧建立

14、相互交织的覆盖区以弥补原基站阻挡的影响，辅之切换参数的优化形成一一稳定的切换关系。4.3 高速环境下切换优化切换是动车组优化的重中之重，铁路提速后的大量掉话可能是以覆盖、频率干扰以及快衰落的形式表现出来的，当然背后深层次的原因90%的切换造成的。针对切换问题，我们根据大量的动车组测试数据，结合不同地貌区域、不同列车速度以及不同环境下的基站分布情况，制定了“密集城区鼓励合理切换、郊区旷野限制不必要切换”的总体优化策略。金密集城区的优化密集城区列车车速主要以中低速行驶且城区基站分布也相对密集，主要网络问题也集中在同邻频干扰、越区覆盖等，故我们在该区域采取加强各基站主覆盖范围的强度和质量、严格控制覆

15、盖范围、减少网内干扰。上郊区旷野的优化由于列车车速较高基站分布也相对稀疏，主要网络问题集中在扇区边缘弱覆盖、局部区域无主控信号等等，故我们在该区域采取扩大周边基站沿铁路线方向的主控范围，增加重叠覆盖区域，加强切换的可靠性。工动车组环境下900M/1800M双频网切换策略的优化在沪宁动车组切换优化过程中有一段区域（如下图所示），其中只有铁路线北侧的方泰、方伟基站（图中圈出）为1800M频段，其余均基站为900M频段。由于联通900M、1800M频段的频点宽度不同、无线传输特性也有差别，故我们以往对900M基站和1800M基站的采取不同的占用优先级和不同的切换策略在动车组特殊的使用环境下时常发生用

16、户长期滞留或者错误的回切至优先级更高1800M基站上，最终造成用户的频繁掉话。优化措施:我们通过优先级的设置禁止动车组线路周边900M基站向1800M基站的切换，优化后高速动车组用户将只占用信号更好的900M网络（普通本地用户仍可占用1800M网络），从而实现不同用户的按需分配。4.4 针对干扰和以及快衰落的优化&“高速干扰”的优化由于动车组车速大幅度提高后加之切换过程中一定的滞后性，出现沿线基站顺列车前进方向的覆盖范围明显扁平化。此外为提高切换的可靠性、扩大主控范围，我们也对部分郊区线路段基站实施了扇区分裂的优化措施。然而扩大覆盖范围后基站的覆盖边缘易受到周边复用频点基站的网内干扰，

17、我们称之为“高速干扰新场红翔南翔镀上产古将那串进扇区分裂后，犷 天了港铁路段主覆宣 范围，增强主控信号优化措施:针对该种情况我们对动车组沿线采用了更为宽松的频率复用方案，特殊情况下优先动车组的频率使用，以最大限度的保障高端用户的使用感受4其他针对干扰以及快衰落的优化措施针对动车组环境特性，我们开启部分系统增强性的优化功能性参数:?开启电平快衰落切换功能，?关闭功率控制功能；?关闭半速率功能；?使用跳频频点优先功能；4.5动车组沿线容量的优化为保障快速行进列车前进方向的切换路径有足够的容量冗余、降低意外因素，我们对动车组沿线占用基站组成的列表单独维护、重点监控，动态的对其话务负荷较高的基站迅速扩

18、容并保证较大的冗余，提高整个系统的可复制性和可靠性。5结论上海联通对动车组沪宁、沪杭线实施了高强度优化（24个工作日，实施了42组/次优化测试、验证，总测试里程达到18000多公里），实施了以上的一系列创新性的优化手段，成功的消除了动车组沿线G、C网掉话点和质量隐患。优化实施后组织了市场部门、新闻媒体、普通用户的动车组联合验收，验收成果最终确认动车组上海段成功实现了全程无掉话。6参考文献1、华为技术公司GSM线网络规划与优化人民邮电出版社2、韩斌杰GSMM理及其网络优化机械工业出版社3、张威，汤炳富，李忠明，杨国珍GSMI换网络维护与优化人民邮电出版社4 、WilliamC.Y.Lee移动通信工程理论与应用人民邮电出版社5 、TheodoreS.RappaportWireles