高鐵沿線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)原則及方案探討

1、高鐵沿線挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)原那么及方案討論高鐵沿線挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)原那么及方案討論近年來我國(guó)高速鐵路建立事業(yè)飛速開展，多條城際快速鐵路和高速客運(yùn)專線開通運(yùn)營(yíng)，還有多條客運(yùn)專線正在建立或列入今后的規(guī)劃，論文聯(lián)盟可以預(yù)見，將來幾年高速鐵路將成為我國(guó)地面鐵路客運(yùn)的主流。隨著3G挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的建成和日益普及，高速鐵路旅客對(duì)旅行途中的話音和高速上網(wǎng)需求非常迫切，因此，改善高鐵覆蓋質(zhì)量，對(duì)于進(jìn)步客戶滿意度、提升運(yùn)營(yíng)商品牌形象至關(guān)重要。高鐵挪動(dòng)通信具有終端挪動(dòng)速度快、車體密封性能好、地形地貌復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，面臨的技術(shù)難題遠(yuǎn)比普通場(chǎng)景復(fù)雜。事實(shí)上，高鐵場(chǎng)景下的挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量與普通場(chǎng)景相比，也確實(shí)存在著不小的差距。1高鐵

2、覆蓋面臨的問題高速列車車體密封性能好，運(yùn)行速度快，車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較差，高速列車網(wǎng)絡(luò)覆蓋具有以下的特點(diǎn)：1列車高速運(yùn)行中，多普勒頻移影響明顯。如圖1所示，多普勒頻移原理公式可寫為：式中：多普勒頻移V：列車速率：光速：載波頻率頻移大小和運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)，速度越快頻偏越大。因信號(hào)入射角度關(guān)系，頻移具有時(shí)變特性，合成頻率在中心頻率上下偏移。當(dāng)列出駛向基站時(shí)，頻偏為正，當(dāng)列出駛離基站時(shí)，頻偏為負(fù)。另外，終端以下行頻率為基準(zhǔn)發(fā)送上行信號(hào)，因此基站接收機(jī)將承受2倍于終端的多普勒頻移。以350k/h的時(shí)速為例，在GS900hz頻段，多普勒頻移可以到達(dá)近300hz；在DA2000hz頻段，多普勒頻移最高可以

3、到達(dá)650hz。2高速列車穿透損耗大，車體損耗最大到達(dá)24dB左右各種高鐵車型穿透損耗參考值如表1所示。為了保證車內(nèi)覆蓋信號(hào)強(qiáng)度到達(dá)-95dB，車體外信號(hào)至少需要到達(dá)-65-70dB左右。注：以上數(shù)據(jù)供參考，實(shí)際值與入射角、多徑等多種因素有關(guān)。3高速列車運(yùn)行速度快，按照現(xiàn)行RH3車型最高時(shí)速380k/h計(jì)算上海磁懸浮列車最高運(yùn)行速度更是高達(dá)432k/h，每秒列車運(yùn)行約105.6米。以DA制式為例，根據(jù)切換算法時(shí)間的估算，完成2次快速切換的時(shí)間為56秒，設(shè)計(jì)考慮為78秒。為了保證切換的順利完成，需要足夠大的小區(qū)重疊覆蓋間隔 切換帶。表2列出了各種速率下對(duì)重疊覆蓋間隔 的需求。4高鐵線路上經(jīng)過的橋

4、梁隧道等特殊場(chǎng)景較多，沿線及周邊的穿插覆蓋導(dǎo)致組網(wǎng)復(fù)雜，特別是車站、市區(qū)等地方公網(wǎng)與專網(wǎng)交織覆蓋導(dǎo)致接入困難。2高鐵覆蓋難題的解決方案1多普勒頻移。根據(jù)第三代挪動(dòng)通信系統(tǒng)的要求，挪動(dòng)終端應(yīng)具有從靜止環(huán)境到500k/h挪動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)才能。挪動(dòng)通信信道通常為多徑時(shí)變衰落信道，也就是說，接收信號(hào)的幅度和相位會(huì)隨時(shí)間發(fā)生隨機(jī)變化。一般情況下，接收機(jī)都是通過接收導(dǎo)頻pilt信號(hào)，估計(jì)出多徑信號(hào)的幅度和相位信息，并最終實(shí)現(xiàn)所需的相干接收。多普勒頻移的估計(jì)方法主要包括基于信道相關(guān)特性的估計(jì)、基于電平通過率LR的估計(jì)和基于開關(guān)分集的估計(jì)等。在實(shí)際應(yīng)用中，這些方法的估計(jì)誤差受信噪比和車速影響較大，因此可以利用信

5、噪比估計(jì)技術(shù)進(jìn)展修正，進(jìn)而大大擴(kuò)展這些估計(jì)方法的應(yīng)用范圍。2重疊覆蓋間隔 。挪動(dòng)臺(tái)在效勞小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度衰落到一定程度，會(huì)觸發(fā)小區(qū)重選idle形式或者切換Ative形式過程。為確保重選或者切換順利完成，我們必須保證在順利進(jìn)入新小區(qū)之前，當(dāng)前小區(qū)的信號(hào)不會(huì)衰落到門限值以下，否那么空閑的可能脫網(wǎng)NServiede、或者通話中的掉話切換失敗。因此，相鄰小區(qū)間重疊覆蓋區(qū)域的大小的設(shè)計(jì)就非常重要。系統(tǒng)在判斷是否要進(jìn)展越區(qū)切換時(shí)，可以遵循不同的準(zhǔn)那么，一般包括：接收信號(hào)強(qiáng)度、載干比、業(yè)務(wù)負(fù)載和挪動(dòng)臺(tái)間隔 等。論文聯(lián)盟實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量信號(hào)載干比有一定的困難，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載做為判決根據(jù)時(shí)其適用范圍有限，計(jì)算挪動(dòng)臺(tái)間隔

6、 也難以保證精度，因此，多數(shù)挪動(dòng)通信系統(tǒng)都以接收信號(hào)強(qiáng)度做為切換判決的根據(jù)。GS系統(tǒng)中，小區(qū)重選與小區(qū)切換需要一定的時(shí)間來完成接續(xù)工作。小區(qū)重選規(guī)那么中，當(dāng)挪動(dòng)臺(tái)測(cè)量到鄰小區(qū)2值高于效勞小區(qū)2值且維持5秒鐘，將發(fā)起小區(qū)重眩假如是跨位置區(qū)重選，那么鄰小區(qū)2值必須高于效勞小區(qū)2與RH小區(qū)重選滯后值的和且維持5秒鐘，再發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。切換那么由網(wǎng)絡(luò)和挪動(dòng)臺(tái)共同完成，在切換規(guī)那么中，當(dāng)鄰小區(qū)信號(hào)強(qiáng)于效勞小區(qū)，網(wǎng)絡(luò)即可發(fā)出切換命令，不需要額外等待5秒鐘，切換過程大約3秒內(nèi)完成。所以，工程應(yīng)用時(shí)對(duì)相鄰小區(qū)重疊覆蓋間隔 的設(shè)計(jì)要優(yōu)先滿足小區(qū)重選的時(shí)間要求，即10-12秒左右。DA系統(tǒng)中，有兩種狀態(tài)的

7、切換：通話和起呼。通話狀態(tài)的切換所需時(shí)間大約為0.7秒，起呼狀態(tài)的切換大約為2.4秒?？紤]到切換的可靠性，各廠家設(shè)備參數(shù)的異同性，及基站設(shè)置周邊的傳播環(huán)境，重疊覆蓋間隔 和切換參數(shù)的設(shè)置要根據(jù)詳細(xì)情況分析確定。3多徑快衰落及高鐵車廂穿透損耗大。快衰落變化速度與UE行進(jìn)速度、工作頻率有關(guān)衰落平均速度2v/，對(duì)于2.1GHz，350k/h的高鐵列車，快衰落變化速度約為1360Hz，變化幅度高達(dá)幾十dB。當(dāng)UE速度大于150k/h時(shí)，DA/GS功控失效，快衰落影響系統(tǒng)性能。對(duì)此，通?？刹扇〉姆椒ㄓ校夯咎炀€接收分集；進(jìn)步覆蓋設(shè)計(jì)指標(biāo)，使高鐵沿線保持較高的主效勞小區(qū)覆蓋電平，留一定余量抵抗快衰落；選用

8、可以有效克制多普勒頻移的基站設(shè)備，對(duì)下行發(fā)信頻率置一樣的偏移量，保證同的正常通信。對(duì)于高鐵車廂穿透損耗大的問題，可以采取技術(shù)手段，增強(qiáng)上下行信號(hào)，穿透車體，擴(kuò)大基站覆蓋范圍；同時(shí)在高鐵沿線的基站選址時(shí)，要考慮掠射角不能過小覆蓋邊緣10度，保證基站與鐵軌有一定間隔 ；另外，也可采用車載直放站方式，在高鐵列車頂部設(shè)置天線集中接收，通過分布系統(tǒng)覆蓋車廂內(nèi)部。3組網(wǎng)及參數(shù)優(yōu)化原那么3.1基站站址及參數(shù)設(shè)置基于上述對(duì)高鐵沿線覆蓋難題解決方案的分析，要較好地解決高鐵環(huán)境下的通信問題，在高鐵沿線基站建立及參數(shù)的設(shè)置和優(yōu)化中應(yīng)滿足三快、兩慢、兩大、一準(zhǔn)的原那么，即：接入快、重選快、切換快；鏈路刪除慢、壓縮形式

9、啟動(dòng)慢；LA區(qū)范圍大、RA區(qū)范圍大；鄰區(qū)配置要準(zhǔn)，不可過多，也不可缺失。相關(guān)參數(shù)的調(diào)整還應(yīng)結(jié)合各廠家之間的差異性以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況如站間距等因素綜合考慮。3.2組網(wǎng)方式的選擇針對(duì)高鐵沿線的挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，目前有兩種典型的組網(wǎng)方式：公網(wǎng)方式和專網(wǎng)方式。公網(wǎng)方式是把高鐵沿線的覆蓋融入周邊大網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃和考慮，專網(wǎng)方式與公網(wǎng)方式有明顯不同，它采取的是高鐵沿線單獨(dú)組網(wǎng)的形式，因此高鐵專網(wǎng)和周邊的大網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，除高鐵車站區(qū)域外，高鐵專網(wǎng)基站和周邊大網(wǎng)基站不設(shè)鄰區(qū)關(guān)系，或者說高鐵沿線的專網(wǎng)與周邊大網(wǎng)不會(huì)發(fā)生切換。表3列出了公網(wǎng)方式和專網(wǎng)方式的比擬。工程實(shí)際中，應(yīng)該考慮高鐵所處的地理位置、地貌、容量需求、現(xiàn)網(wǎng)站址

10、等因素，因地制宜地選取組網(wǎng)方式。一般來說，在高鐵沿線用戶較多、且列車運(yùn)行速度小于200k/h的市區(qū)范圍內(nèi)，可采用公網(wǎng)方式。而在列車運(yùn)行時(shí)速較高的郊區(qū)和農(nóng)村，以專網(wǎng)方式組網(wǎng)為宜。3.3覆蓋策略高速鐵路呈狹長(zhǎng)帶狀分布，區(qū)域跨度大，沿途經(jīng)過車站、地面、高架橋、地塹、隧道和橋梁等多種地形、地貌。在明確詳細(xì)的覆蓋方案之前論文聯(lián)盟，需要結(jié)合地形場(chǎng)景、覆蓋質(zhì)量指標(biāo)、列車速度、基站與軌道間隔 ，進(jìn)展鏈路預(yù)算，確定站距要求。由于天線入射角更多的影響車體穿透損耗，車體穿透損耗與入射角的大小有關(guān)，垂直入射時(shí)損耗最小，因此盡量使基站與鐵路保持一定間隔 ，具有一定的入射角。一般來說，掠射角應(yīng)大于10度，建議基站與鐵路間

11、隔 在50米以上，最正確間距100-500米。天線掛高設(shè)置應(yīng)考慮鐵軌高度，宜高出軌面15米以上，保證天線與軌面視通。天饋選擇上，站點(diǎn)與鐵軌間隔 較近時(shí)小于100米，選用窄波束高增益天線，如33度21dBi天線；站點(diǎn)與鐵路間隔 較大時(shí)大于100米，小于500米可選用65度18dBi天線；在城區(qū)站距較近條件下，天線增益建議為16dBi，在郊區(qū)宜采用單極化雙天線，城區(qū)宜采用雙極化單天線，實(shí)現(xiàn)接收分集。假設(shè)建立鐵塔站，應(yīng)考慮鐵塔安裝位置與投資，可采用雙極化單天線。在高鐵車站，由于人流量較大，應(yīng)該確保車站內(nèi)部和站臺(tái)的良好覆蓋，大中型車站原那么上要考慮建立室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)展覆蓋，小型車站那么可根據(jù)實(shí)際情況，

12、優(yōu)先選擇室外宏基站覆蓋。在高鐵途經(jīng)的城區(qū)和站臺(tái)區(qū)域，車速較慢，一般都低于200公里/小時(shí)，按常規(guī)方式進(jìn)展覆蓋即可。在郊區(qū)和野外開闊地帶，車速較高，在確保同一物理站址的情況下，可采用雙RRU小區(qū)合并或單RRU功分方式，擴(kuò)展單小區(qū)覆蓋才能，減少切換。在直線軌道路段，相鄰站點(diǎn)宜交織分布于軌道的兩側(cè)，呈之字狀分布；在鐵路彎道路段，站點(diǎn)宜設(shè)置在彎道的內(nèi)側(cè)，進(jìn)步入射角，保證覆蓋的平衡性。在隧道場(chǎng)景中，主要采用BBU+RRU或光纖直放站方式進(jìn)展覆蓋，盡量防止切換區(qū)處于隧道口位置。短隧道可通過隧道口的天線向隧道內(nèi)定向輻射進(jìn)展覆蓋；長(zhǎng)隧道可采用泄漏電纜進(jìn)展隧道內(nèi)覆蓋，其高度一般應(yīng)保持和高鐵列車中部窗口平齊，隧道外可以采用窄波束、高增益天線應(yīng)用隧道內(nèi)信號(hào)對(duì)隧道外進(jìn)展延伸覆蓋。橋梁場(chǎng)景的覆蓋原那么等同于開闊地帶，假如橋梁長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可通過RRU拉遠(yuǎn)方式覆蓋，另外就是要根據(jù)橋梁的高度合理設(shè)置天線的掛高。4總結(jié)本文對(duì)高鐵場(chǎng)景下挪動(dòng)通信組網(wǎng)面臨的技術(shù)難題、解決方案進(jìn)展了分析，并對(duì)工程應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和參數(shù)設(shè)置原那么、組網(wǎng)方式的選擇及覆蓋策略作了進(jìn)一步討論，對(duì)高鐵沿線挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建立提供了一些參考。隨著高鐵開通里程的逐年增加以及人們需求的日益迫切，各家電信運(yùn)