高鐵環(huán)境下CDMA通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案研究

1、高鐵環(huán)境下CDMA通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案研究1、概述 動(dòng)車組列車具有密封性能好、車體穿透損耗高、運(yùn)營速度快（最高運(yùn)營時(shí)速350km）等特點(diǎn)，對(duì)列車內(nèi)的移動(dòng)通信質(zhì)量影響較大。如何在高速移動(dòng)條件下，提供良好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量成為當(dāng)前鐵路沿線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文從列車穿透損耗、多普勒效應(yīng)、高速移動(dòng)對(duì)切換帶來影響等方面討論高速鐵路移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃及建設(shè)方案。2、高速鐵路對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)影響分析 動(dòng)車組列車（CRH）由于車體結(jié)構(gòu)變化及速度提升，對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）多普勒頻移和快衰落現(xiàn)象對(duì)CRH列車影響較普通列車嚴(yán)重；（2）車體密封性能好，穿透損耗大，列車內(nèi)場

2、強(qiáng)較普通列車弱；（3）終端移動(dòng)速度快，發(fā)生小區(qū)切換和重選而要求小區(qū)間重疊覆蓋距離增大，現(xiàn)有小區(qū)重疊覆蓋距離難以滿足需求；（4）在高速環(huán)境下，基站間正常切換重選演變?yōu)轭l繁切換重選、影響了語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用。2.1 多普勒頻移由于波源或觀察者相對(duì)于傳播介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)而使觀察者接收到波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。通過計(jì)算，可以得到移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和相對(duì)頻率變化的關(guān)系，如下表所示：     以CDMA 800MHz系統(tǒng)為例，分析多普勒頻移對(duì)通信系統(tǒng)的影響。     （1）對(duì)于CDMA 1X系統(tǒng)，采用高通CSM5000和C

3、SM6700芯片。CSM5000芯片，工作頻率為800MHz，頻移的最大允許值為960Hz；CSM6700芯片，工作頻率為800MHz，頻移的最大允許值為1440Hz。     （2）對(duì)于EVDO Rev A系統(tǒng)，采用高通CSM6800芯片，工作頻率為800MHz，頻移的最大允許值為960Hz。     國內(nèi)規(guī)劃中的高速鐵路最高設(shè)計(jì)時(shí)速為350km，根據(jù)計(jì)算，此時(shí)多普勒頻移為519Hz，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)芯片的頻偏允許值，因此說多普勒頻移對(duì)CDMA系統(tǒng)有一定影響，但影響并不嚴(yán)重，系統(tǒng)仍可以正常工作。  

4、   2.2 快衰落     國內(nèi)建設(shè)的高速鐵路，最高時(shí)速為350km/h，工作于CDMA 800MHz時(shí)，其快衰落速率約為518Hz，衰落深度嚴(yán)重時(shí)可達(dá)2040dB。     在高鐵覆蓋場景下，移動(dòng)終端和基站間一般存在直射路徑，故接收端信號(hào)電平主要受路徑損耗影響較大，而受由多徑效應(yīng)產(chǎn)生的快衰落影響較小，故可以得出結(jié)論：快衰落不是影響高鐵性能的主要因素。     2.3 車體穿透損耗     國內(nèi)運(yùn)行的列車類型主要有

5、動(dòng)車組列車、龐巴迪列車、其它類型的空調(diào)快車以及普通慢車。下表為國內(nèi)運(yùn)營的四種動(dòng)車組列車基本概況，其中CRH1型動(dòng)車組為龐巴迪列車。     根據(jù)測試統(tǒng)計(jì)，龐巴遞列車穿透損耗為2030dB（典型值為24dB），其它型號(hào)動(dòng)車組及普通快客列車穿透損耗為1015dB。由于龐巴迪列車穿透損耗最大，因此在制定覆蓋方案進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)，以龐巴迪列車24dB的穿透損耗為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，一旦滿足龐巴迪列車的覆蓋要求，必然可以滿足其它類型列車的覆蓋要求。      2.4 切換與重選     以CD

6、MA系統(tǒng)為例，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及理論分析，完成一次軟切換的時(shí)間為1s，完成一次跨交換機(jī)硬切換時(shí)間為5s。故完成一次切換，兩個(gè)基站重疊覆蓋區(qū)域長度應(yīng)該大于2*V*T/3600（km），其中V（km/h）為終端移動(dòng)速度，T為切換所需時(shí)間。     3、高速鐵路覆蓋解決方案      3.1 方案選擇     根據(jù)前面理論分析、動(dòng)車組列車無線覆蓋面臨的諸多問題主要是由于移動(dòng)臺(tái)高速移動(dòng)帶來的終端在不同小區(qū)間頻繁切換，車體穿透損耗增大，多普勒效應(yīng)等原因引起。針對(duì)上述問題，主要有兩種覆蓋解決

7、方案：現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化與虛擬專網(wǎng)方案。     （1）現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化方案：進(jìn)行必要的沿線基站調(diào)整或新建，以最少的基站主力覆蓋鐵路，盡量減少切換次數(shù)，以此解決切換不及時(shí)造成的掉話、話音質(zhì)量差等問題。     （2）虛擬專網(wǎng)方案：新增加站點(diǎn)和小區(qū)。采取合理的專網(wǎng)覆蓋方式，可以減少切換次數(shù)，控制切換距離，提供可靠的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。     （3）結(jié)論     通過對(duì)現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化和虛擬專網(wǎng)高鐵覆蓋方案簡要分析來看，虛擬專網(wǎng)與現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化方案各自特點(diǎn)如下表所示： 

8、           對(duì)比以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于高速鐵路建議采取虛擬專網(wǎng)覆蓋解決方案。     3.2 虛擬專網(wǎng)方案關(guān)鍵技術(shù)     （1）鐵路覆蓋帶狀虛擬專網(wǎng)     列車行使過程中發(fā)生頻繁切換，會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。為減少移動(dòng)終端在列車行駛過程中的切換頻度，需要在鐵路沿線建設(shè)以覆蓋鐵路為目的的帶狀虛擬專網(wǎng)。     關(guān)于鐵路覆蓋帶狀虛擬專網(wǎng)基站建設(shè)方式

9、主要有：宏站、宏站直放站以及BBURRU三種方式，建議采用BBURRU方式，其特點(diǎn)如下：     （a）BBU和RRU設(shè)備體積小、重量輕，易于運(yùn)輸和工程安裝；     （b）有效擴(kuò)大了基站的覆蓋距離，同一BBU下不同RRU在邏輯上是一個(gè)小區(qū)，從而減少切換次數(shù)；     （c）支持BBU和RRU分布式組網(wǎng)，組網(wǎng)方式靈活；     （d）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃簡單，RRU可以與其它相鄰基站統(tǒng)一進(jìn)行PN碼規(guī)劃；    

10、; （e）RRU同時(shí)支持CDMA 1X和EVDO。     （2）多普勒頻移抑制方法     多普勒頻移可以通過拉大站址和軌道間的距離，使列車相對(duì)基站的移動(dòng)速度降低來減小多普勒頻移的影響。但由于基站覆蓋半徑受上下行傳輸損耗限制，故基站不能離鐵路太遠(yuǎn)，以免影響基站對(duì)鐵路的覆蓋效果?；谝陨显?，在站點(diǎn)允許情況下，建議站點(diǎn)距鐵路垂直距離大于50m，小于150m。     （3）采用高增益天線，增加基站的有效覆蓋范圍     采用高增益天線，

11、可以有效提高基站的覆蓋范圍，使不同基站之間的小區(qū)覆蓋重疊區(qū)域滿足高速移動(dòng)對(duì)切換區(qū)域大小的要求，另一方面，由于高增益天線水平波瓣角小，從而可以有效控制專網(wǎng)小區(qū)信號(hào)外泄，降低對(duì)大網(wǎng)的影響。     （4）采用功分器，避免基站內(nèi)部小區(qū)間切換     根據(jù)前面分析，影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的主要原因是切換頻繁以及切換區(qū)域的設(shè)置問題。由于同一基站不同小區(qū)間重疊覆蓋區(qū)無法保證列車高速移動(dòng)對(duì)切換區(qū)域大小要求。因此引入功分器，把一個(gè)小區(qū)的功率用功分器平均分成兩部分，然后用兩幅天線輻射出去，而兩幅天線輻射的信號(hào)來自一個(gè)小區(qū)，他們之間就不存在切換

12、問題，從而解決了同一基站內(nèi)部不同小區(qū)間切換問題。     （5）調(diào)整天線方向角，以利于鐵路帶狀覆蓋     天線方向角設(shè)置以保證小區(qū)信號(hào)完全覆蓋鐵路為主。在鐵路直道處同一小區(qū)兩扇區(qū)間夾角設(shè)為160度。在鐵路彎道處，方向角的大小根據(jù)鐵路的彎道角度具體情況而定。原則是保證小區(qū)的兩個(gè)扇區(qū)信號(hào)主要覆蓋鐵路。     （6）切換方案     高速鐵路覆蓋采用虛擬專網(wǎng)覆蓋方案。其切換方案如下：     （a）

13、列車?？空菊九_(tái)附近的室內(nèi)分布系統(tǒng)或主覆蓋站臺(tái)的宏站小區(qū)與覆蓋車站的虛擬專網(wǎng)小區(qū)為大網(wǎng)與專網(wǎng)的自由切換點(diǎn)。在此處，大網(wǎng)用戶與專網(wǎng)用戶可以自由切換；     （b）除列車?？空緦＞W(wǎng)和大網(wǎng)的自有切換點(diǎn)外，其它大網(wǎng)小區(qū)與專網(wǎng)小區(qū)為不設(shè)切換關(guān)系。     （7）鏈路預(yù)算     為了確定鐵路沿線基站小區(qū)的有效覆蓋距離，本文進(jìn)行了鏈路預(yù)算。下面以CDMA系統(tǒng)為例，給出了鏈路預(yù)算結(jié)果，并確定了單小區(qū)的覆蓋半徑。       

14、60;                                                         （8）容量計(jì)算 &#

15、160;   對(duì)于虛擬專網(wǎng)覆蓋方案，在鐵路沿線，專網(wǎng)與大網(wǎng)不發(fā)生重選和切換關(guān)系，故其只吸收鐵路上的業(yè)務(wù)量，專網(wǎng)基站配置相對(duì)較小。     列車行車“自動(dòng)閉塞區(qū)間”為10公里，在20公里范圍內(nèi)，單向僅一列列車，對(duì)于復(fù)線鐵路，最多同時(shí)有2列客車運(yùn)行。     對(duì)于普通16節(jié)旅客列車，滿員人數(shù)約為1600人，考慮復(fù)線情況，則總客流量3200人。按超員20計(jì)算，則總客流量多于3840人；對(duì)于動(dòng)車組列車，以CRH1型列車為例，單組滿員670人，動(dòng)車組列車編組一般為兩組，滿員為1340人，考慮復(fù)線，則總客流

16、為2680人。     容量計(jì)算時(shí)，以CDMA網(wǎng)絡(luò)為例，并以普通列車的客流量為參考，單用戶話務(wù)量按0.02Erl計(jì)算，在列車上以手機(jī)持有率85，其中CDMA用戶占有率10來計(jì)算，則話務(wù)量計(jì)算公式及結(jié)果如下：     話務(wù)量客流量×手機(jī)持有率×CDMA用戶占有率×單用戶話務(wù)量     預(yù)測C網(wǎng)最大話務(wù)量3840×85×10×0.026.53Erl     （9）頻率及PN碼規(guī)劃     對(duì)于CDMA系統(tǒng)：專網(wǎng)基站和大網(wǎng)基站采用同頻組網(wǎng)方式，PN碼與大網(wǎng)整體規(guī)劃。     （10）BSC和LAC/RAC設(shè)置原則     高鐵優(yōu)化方案建設(shè)的目的除了加強(qiáng)鐵路沿線覆蓋強(qiáng)度外，另一個(gè)重要的目的就是優(yōu)化鐵路沿線位置區(qū)設(shè)置，合理的位置區(qū)設(shè)置可以減少位置區(qū)