高速铁路覆盖技术方案

1、1哈大、长吉城际铁路吉林段专网覆盖技术方案中国移动通信集团吉林有限公司中国移动通信集团吉林有限公司20092009年年1212月月2城际铁路建设背景城际铁路建设背景之之u城际铁路吉林段运行的列车主要以城际铁路吉林段运行的列车主要以CRHCRH列车为主，由于列车的高速移动以及列列车为主，由于列车的高速移动以及列车的车体损耗大，对现有无线网络造成以下一些问题：车的车体损耗大，对现有无线网络造成以下一些问题：列车内场强弱，小区间重叠覆盖区域缩短；列车内场强弱，小区间重叠覆盖区域缩短；用户通话接通率低，质量差；用户通话接通率低，质量差；切换频繁，掉话率高；切换频繁，掉话率高；GPRS/E-GPRSGP

2、RS/E-GPRS重选频繁，影响数据业务的使用；重选频繁，影响数据业务的使用；位置更新频繁，信令负荷大。位置更新频繁，信令负荷大。3 目 录专网建设的必要性分析专网建设的必要性分析三分布式基站建设方案分布式基站建设方案四BSCBSC设置方案设置方案五六技术原理及规划方案技术原理及规划方案难点分析难点分析七投资估算投资估算4一技术原理及规划方案技术原理及规划方案AFCAFC算法算法AFCAFC（Automatic Frequency ControlAutomatic Frequency Control）技术是一种针对快速移动场景设计的）技术是一种针对快速移动场景设计的基站自动频率校正技术，该算法

3、采用先进的自动频率校正技术，根据高速移基站自动频率校正技术，该算法采用先进的自动频率校正技术，根据高速移动的特点，通过快速测算基站和终端无线链路的比特流，自动校正两者的频动的特点，通过快速测算基站和终端无线链路的比特流，自动校正两者的频率偏差，从而补偿高速移动下产生的多普勒频移。率偏差，从而补偿高速移动下产生的多普勒频移。AFCAFC算法以帧为单位，进行频偏计算和补偿，在高速场景下能够有效改善上行算法以帧为单位，进行频偏计算和补偿，在高速场景下能够有效改善上行接收质量，提升用户感受。接收质量，提升用户感受。AFCAFC在上海磁悬浮列车的测试结果。在上海磁悬浮列车的测试结果。由上图可以看出：在高

4、速场景中，由上图可以看出：在高速场景中，AFCAFC算法能够有效改善上行接收质量。算法能够有效改善上行接收质量。高速频偏切换算法高速频偏切换算法利用多普勒效应判断移动台的移动方向和移动速度。利用多普勒效应判断移动台的移动方向和移动速度。根据终端移动速度判断是否发起快速频偏切换。根据终端移动速度判断是否发起快速频偏切换。取消初始切换时间的限制，减少判决时间，加快切换速度。取消初始切换时间的限制，减少判决时间，加快切换速度。引入引入指数滤波，更好的反映变化趋势指数滤波，更好的反映变化趋势。网络辅助的小区重选网络辅助的小区重选NACCNACC手机在决定进行小区重选之前，会向手机在决定进行小区重选之前

5、，会向BSCBSC发送发送PACKET CELL CHANGE PACKET CELL CHANGE NOTIFICATIONNOTIFICATION消息，其中携带有目标小区的消息，其中携带有目标小区的ARFCNARFCN和和BSICBSIC信息。如果服务小信息。如果服务小区支持区支持NACCNACC，BSCBSC收到收到PACKET CELL CHANGE NOTIFICATIONPACKET CELL CHANGE NOTIFICATION消息后，将判断目消息后，将判断目标小区是否支持标小区是否支持NACCNACC，如果目标小区支持，如果目标小区支持NACCNACC，则向手机下发目标小区的

6、系，则向手机下发目标小区的系统消息统消息SI1SI1，SI3SI3，SI13SI13 。NACCNACC算法在邢台高铁试验局测试算法在邢台高铁试验局测试 结果：重选时间由结果：重选时间由2390ms2390ms缩短到缩短到290ms290ms。8一规划方案规划方案规划方案规划方案之之在可满足与周围大网切换需求的前提下，公网改造方案应尽量简化在可满足与周围大网切换需求的前提下，公网改造方案应尽量简化BA2BA2表，以表，以便减少需要监听的邻区便减少需要监听的邻区BCCHBCCH数量，缩短监听周期。监听周期过长将造成小区数量，缩短监听周期。监听周期过长将造成小区重选、切换的滞后，严重影响网络性能重

7、选、切换的滞后，严重影响网络性能高铁覆盖的频率规划需要结合大网进行统一规划，尽量使用备用频点或其他高铁覆盖的频率规划需要结合大网进行统一规划，尽量使用备用频点或其他专用频点，为降低铁路沿线的频率复用度，减少干扰，可以考虑铁路沿线两专用频点，为降低铁路沿线的频率复用度，减少干扰，可以考虑铁路沿线两侧的其他站点适当清频，改用侧的其他站点适当清频，改用1800MHz1800MHz的频点进行覆盖。的频点进行覆盖。考虑铁路部门日后对考虑铁路部门日后对E E频段的使用，为了减小干扰，建议铁路附近的基站尽量频段的使用，为了减小干扰，建议铁路附近的基站尽量不要使用不要使用E E频段附近的频点。频段附近的频点。

8、 规划方案规划方案之之当列车停在相邻小区的边界处时，有可能会发生当列车停在相邻小区的边界处时，有可能会发生“乒乓乒乓”切换，也就是说，切换，也就是说，由于无线信号衰落的变化，在两个小区间会发生多次切换。因此，切换区域由于无线信号衰落的变化，在两个小区间会发生多次切换。因此，切换区域应该远离车站等列车经常停靠的地方或是无线信号衰落极为严重的地区应该远离车站等列车经常停靠的地方或是无线信号衰落极为严重的地区规划方案规划方案之之 位置区边界设置在话务量很少的地区。位置区边界设置在话务量很少的地区。位置区边界小区应尽量多配置位置区边界小区应尽量多配置SDCCHSDCCH信道，满足列车通过时大量的位置更

9、新对信道，满足列车通过时大量的位置更新对SDCCHSDCCH信道的需求。信道的需求。配置动态配置动态SDCCHSDCCH信道，满足信令信道的应急需求。信道，满足信令信道的应急需求。规划方案规划方案之之列车类型列车类型高速列车（单组）高速列车（单组）列车满员数量列车满员数量557557手机持有率手机持有率100%100%运营商市场占有率运营商市场占有率70%70%人均忙时话务量（人均忙时话务量（ErlErl）0.0150.015最大话务量（最大话务量（ErlErl）272772721%1%呼损信道数量呼损信道数量3838PDCHPDCH信道数量信道数量4 4载频数量（载频数量（TRXTRX）6

10、6建议采用建议采用O6O6的小区配置的小区配置规划方案规划方案之之单小区双方向是铁路覆盖的最优方案（如下图）。这样，不但采用高增益单小区双方向是铁路覆盖的最优方案（如下图）。这样，不但采用高增益天线增加了覆盖范围，又减少了切换次数，虽然每个方向上额外增加了天线增加了覆盖范围，又减少了切换次数，虽然每个方向上额外增加了3.5dB3.5dB的功分器衰减，但总覆盖距离增加了约的功分器衰减，但总覆盖距离增加了约50%50%。规划方案规划方案之之在甬台温高铁进行在甬台温高铁进行900MHz900MHz信号传播模型矫正测试，得到车外电磁波传播模型信号传播模型矫正测试，得到车外电磁波传播模型：Loss=31

11、+28.92Loss=31+28.92* *loglog（d d）-0.42-0.42* *log(d)log(d)* *log(h)log(h)d d：基站与机车台的距离（：基站与机车台的距离（m m） h h：基站天线高度（取：基站天线高度（取20m20m）在此模型基础上增加在此模型基础上增加25dB25dB车体损耗，得到高铁的车内传播模型：车体损耗，得到高铁的车内传播模型：Loss=56+28.92Loss=56+28.92* *loglog（d d） -0.42-0.42* *log(d)log(d)* *log(h)log(h)规划方案规划方案之之切换时间主要由切换统计时间组成，切换

12、过程为切换时间主要由切换统计时间组成，切换过程为200200300ms300ms，切换统计时间，切换统计时间一般设置为一般设置为2s2s，切换重叠区宽度按照，切换重叠区宽度按照6 6秒进行设计。如下图所示秒进行设计。如下图所示 6 6秒的切换重叠区能够满足秒的切换重叠区能够满足1010秒的重选要求。秒的重选要求。按照车内覆盖电平大于按照车内覆盖电平大于-85dBm-85dBm进行设计。进行设计。站间距站间距= =单扇区覆盖距离单扇区覆盖距离2 2重叠区宽度重叠区宽度1.5km1.5km规划方案规划方案之之天线选用天线选用21dbi21dbi天线，水平波瓣宽天线，水平波瓣宽3030度度天线挂高天

13、线挂高20m20m，下倾角设置为，下倾角设置为5 5度，最远覆盖距离度，最远覆盖距离1.5km1.5km规划方案规划方案之之不同d值下的sinD D30M30M50M50M100M100M0000300.7071070.5144960.287348500.8574930.7071070.4472141000.9578260.8944270.7071072000.9889360.9701430.8944273000.9950370.9863940.9486834000.9971990.9922780.9701435000.9982050.9950370.9805816000.9987520.99

14、65460.9863947000.9990830.9974590.9899498000.9992980.9980530.9922789000.9994450.998460.993884列车距离铁塔列车距离铁塔100100米以内时，铁塔与米以内时，铁塔与铁轨的距离对频移影响明显。铁轨的距离对频移影响明显。铁塔距离铁路过远容易吸收公网用户铁塔距离铁路过远容易吸收公网用户建议铁塔距离铁轨建议铁塔距离铁轨50m50m左右左右。多普勒频移公式多普勒频移公式F F频移频移v/v/* *sinsinV V：车速，：车速，m/sm/s ：波长：波长17 目 录专网建设的必要性分析专网建设的必要性分析三技术原理

15、及规划方案技术原理及规划方案二BSCBSC设置方案设置方案五难点分析难点分析七分布式基站建设方案分布式基站建设方案四专网建设的必要性分析专网建设的必要性分析高速列车迅速穿越小区，导致用户频繁切换高速列车迅速穿越小区，导致用户频繁切换新型动车车厢穿透损耗很大新型动车车厢穿透损耗很大常规覆盖模式重叠区不足常规覆盖模式重叠区不足专网建设的必要性分析专网建设的必要性分析之之公网小区沿铁路覆盖距离短稳定性差，手机切换（重选）到骤强小区，由于不能及时切公网小区沿铁路覆盖距离短稳定性差，手机切换（重选）到骤强小区，由于不能及时切出容易导致掉话。专网小区沿铁路覆盖距离长，信号强度高，更适合覆盖列车内的用户出容

16、易导致掉话。专网小区沿铁路覆盖距离长，信号强度高，更适合覆盖列车内的用户。高速列车用户在常规小区中只能驻留十几秒，为保障业务的连续性，手机必须频繁切换高速列车用户在常规小区中只能驻留十几秒，为保障业务的连续性，手机必须频繁切换或重选。不同车速下，手机在常规小区或重选。不同车速下，手机在常规小区(lkm)(lkm)中驻留的时间如下表所示。中驻留的时间如下表所示。列车行驶速度（列车行驶速度（km/hkm/h）穿越单个小区所用时间（穿越单个小区所用时间（s s）1501502424200200181825025014.414.4300300121235035010.310.34004009 9专网建

17、设的必要性分析专网建设的必要性分析之之新型动车组穿透损耗远大于传统列车，这也导致车内覆盖下降，重叠区不足。不新型动车组穿透损耗远大于传统列车，这也导致车内覆盖下降，重叠区不足。不但影响正常切换，而且通话质量大幅下降。但影响正常切换，而且通话质量大幅下降。专网建设的必要性分析专网建设的必要性分析之之重叠区要以重选时间要求进行设计。协议规定邻区的重叠区要以重选时间要求进行设计。协议规定邻区的C2值高于服务小区值高于服务小区的的C2值连续值连续5s触发重选触发重选两小区重选重叠区长度应保障列车两小区重选重叠区长度应保障列车10s运行时间。运行时间。由于动车穿透损耗增大，公网的重叠宽度不能保障由于动车

18、穿透损耗增大，公网的重叠宽度不能保障10s的重叠覆盖，高速的重叠覆盖，高速用户经常出现掉话和脱网。不同车速下所需重叠覆盖区宽度如下表所示用户经常出现掉话和脱网。不同车速下所需重叠覆盖区宽度如下表所示列车行驶速度（列车行驶速度（km/hkm/h）6s6s重叠覆盖距离（重叠覆盖距离（m m）10s10s重叠覆盖距离（重叠覆盖距离（m m）15015025025041741720020033333355655625025041741769469430030050050083383335035058358397297240040066666611111111高铁用户是移动通讯覆盖的新领域。其运动速度快

19、，覆盖强度低，用户感受高铁用户是移动通讯覆盖的新领域。其运动速度快，覆盖强度低，用户感受差，覆盖高速铁路有利于树立良好的服务品牌。差，覆盖高速铁路有利于树立良好的服务品牌。常规基站在信号强度和切换秩序上都无法满足高速铁路的覆盖需求。常规基站在信号强度和切换秩序上都无法满足高速铁路的覆盖需求。铁路专网结构简单，稳定性高，是最有利的高铁覆盖解决方案。铁路专网结构简单，稳定性高，是最有利的高铁覆盖解决方案。小结小结23 目 录专网建设的必要性分析专网建设的必要性分析三分布式基站建设方案分布式基站建设方案二BSCBSC设置方案设置方案五难点分析难点分析七分布式基站建设方案分布式基站建设方案四24一分布

20、式基站建设方案分布式基站建设方案分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之BBUBSCTRAINRRURRURRU1.5km1.5km1.5kmRRURRU1.5km1.5kmsubsite0subsite1subsite2subsite3subsite4subsite5RRUn普通的覆盖方案，一个物理站点的有效覆盖距离在普通的覆盖方案，一个物理站点的有效覆盖距离在1.51.5公里左右，时速公里左右，时速300Km300Km的列车通过只需要的列车通过只需要1818秒，而完成两次切换的时间就需要秒，而完成两次切换的时间就需要7878秒的时间，切换过秒的时间，切换过于频繁，网络体验下降。于频繁，网络

21、体验下降。nRRURRU共小区：归属于同一个共小区：归属于同一个BBUBBU的不同物理位置的的不同物理位置的RRURRU，可以配置为相同配置的，可以配置为相同配置的同一个小区，包括载波的频点、数量，其功率可以根据不同应用场景微调，同一个小区，包括载波的频点、数量，其功率可以根据不同应用场景微调，列车经过同一个小区的多个位置时无切换，提高质量。列车经过同一个小区的多个位置时无切换，提高质量。n普通覆盖方式，普通覆盖方式，7次切换次切换n共小区覆盖方式，共小区覆盖方式，2次切换次切换cell3cell3cell5cell5cell4cell4cell2cell2cell6cell6cell1cel

22、l1cell7cell7handoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandoverhandovercell8cell8handoverhandovercell2cell2cell2cell2cell2cell2cell2cell2cell2cell2cell1cell1cell2cell2handoverhandovercell3cell3handoverhandover分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之切换重叠区的设计（新）27GSM-R网络共存28GSM-R和和GSM

23、存在交调干扰和杂散干扰，存在交调干扰和杂散干扰，运营商建设专网时必须配套滤波器。运营商建设专网时必须配套滤波器。分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之在铁路围墙内建设专网在铁路围墙内建设专网利用现有公网覆盖铁路利用现有公网覆盖铁路利用现有站址建设专网利用现有站址建设专网市区覆盖方案市区覆盖方案之之利用铁路围墙和铁路周边建筑物作为利用铁路围墙和铁路周边建筑物作为天然屏障，建立矮塔或在墙上设置抱天然屏障，建立矮塔或在墙上设置抱杆建设专网。杆建设专网。专网和公网重叠区很小，两者不作邻专网和公网重叠区很小，两者不作邻区关系。区关系。在火车站处建设室分系统，组网和室在火车站处建设室分系统，组网和室分系

24、统建立邻区关系。分系统建立邻区关系。市区覆盖方案市区覆盖方案之之对现有公网进行功分小区设置，简化邻区关系，优化频率，覆盖铁路用户对现有公网进行功分小区设置，简化邻区关系，优化频率，覆盖铁路用户。适合既有铁路，站址协调困难，当地用户多的场景。适合既有铁路，站址协调困难，当地用户多的场景。市区覆盖方案市区覆盖方案之之专网站址采用现有基站铁塔，对原小区进行适当专网站址采用现有基站铁塔，对原小区进行适当RF调整。调整。专网信号和公网信号重叠严重，切换秩序很难保证。专网信号和公网信号重叠严重，切换秩序很难保证。在新建火车站，周边开阔切用户较少的地区可以使用。在新建火车站，周边开阔切用户较少的地区可以使用

25、。分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之考虑到容量受限的问题考虑到容量受限的问题在野外可使用在野外可使用6个位置组共小区个位置组共小区在市区建议使用在市区建议使用34个位置组共小区个位置组共小区分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之CPRIBBUBBURRURRUAPM30华为华为GSM 分布式基站系分布式基站系统统DBS3900 由以下子系由以下子系统组统组成：成：电源系统，一般是电源系统，一般是APM30，内置，内置AC/DC以及提供蓄电池以及提供蓄电池备电；无备电场景，备电；无备电场景，BBU模块，内置主控传输模块模块，内置主控传输模块GTMU，可以提供，可以提供6个个CPRI光口，

26、支持光口，支持RRU拉远，每个拉远，每个CPRI端口支持端口支持3级级RRU级联级联；CPRI速率速率1.2288Ghz，容量大，可以支持新特性开发，容量大，可以支持新特性开发RRU，射频拉远模块。，射频拉远模块。分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之铁塔选型铁塔选型u铁塔选型：铁塔选型：由于高速铁路建设工程是国家十一五重点形象工程，所以在铁塔选型方面也应由于高速铁路建设工程是国家十一五重点形象工程，所以在铁塔选型方面也应该考虑实用、美观等因素，建议以单管美化铁塔为主。该考虑实用、美观等因素，建议以单管美化铁塔为主。但各路段轨面高度不同，限于美化塔的高

27、度问题，及综合考虑共建共享的需求，但各路段轨面高度不同，限于美化塔的高度问题，及综合考虑共建共享的需求，本期工程推荐以单管美化塔为主，辅助以四角角钢塔的建设方式。本期工程推荐以单管美化塔为主，辅助以四角角钢塔的建设方式。具体要求见下表：具体要求见下表：序号铁塔高度铁塔类型1大于50米四角角钢塔2小于等于50米单管美化塔分布式基站建设方案分布式基站建设方案之之天线选型天线选型u位置区边界基站兼顾到铁路周边的覆盖功能，建议采用普通位置区边界基站兼顾到铁路周边的覆盖功能，建议采用普通65186518天线。天线。u除位置区边界外，为了减少专网对周边公网的影响，建议采用窄波瓣高增益天除位置区边界外，为了减少专网对周边公网的影响，