高鐵移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)方案分析

溫福高鐵福建段移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)方案2009.04*1溫福高鐵概況11/23/20233

目前正在施工建設(shè)中的溫福高速鐵路，北起浙江省溫州南站，南至福州，是全國(guó)鐵路網(wǎng)中沿海鐵路通道的一部分，設(shè)計(jì)時(shí)速為200公里，并預(yù)留時(shí)速250公里的提速條件。

鐵路全長(zhǎng)298公里，其中福建省境內(nèi)229公里，寧德境內(nèi)146公里、福州境

內(nèi)83公里，是我國(guó)目前已開工建設(shè)的鐵路項(xiàng)目中建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最高的鐵路之一，又是地質(zhì)條件最復(fù)雜、施工難度最大的鐵路之一。

溫福鐵路福建段中，橋隧占線路總長(zhǎng)的78.84％,橋隧比重居全國(guó)現(xiàn)有及在建鐵路之最，其中高鐵隧道共有45段，隧道總長(zhǎng)131.2公里，最長(zhǎng)隧道為13.1公里。溫福鐵路客專建成后，將會(huì)吸引大量高端的客流。高速列車對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的影響產(chǎn)生多普勒頻移穿透損耗更大，覆蓋信號(hào)強(qiáng)度要求更強(qiáng)相鄰小區(qū)的重疊區(qū)域要求更大位置更新失敗率高，接通率下降，掉話率上升切換頻繁，切換成功率下降語(yǔ)音質(zhì)量差，吞吐量降低甚至掉線指標(biāo)情況京滬高速滬杭高速京石高速津京高速高速平均普通列車撥打次數(shù)468639855171174話音質(zhì)量（誤碼率）0.851.310.651.120.980.55清晰無(wú)雜音比79.59%70.96%74.91%73.46%74.73%84.06%接入嘗試失敗比例1.07%6.35%3.06%1.82%3.08%1.30%呼叫擁塞比0.21%1.59%1.02%1.82%1.16%0%切換失敗比例3.20%3.17%3%3.63%3.20%0.30%掉話比例1.71%1.60%2%1.81%1.75%0%用戶投訴大幅上升對(duì)品牌影響大話務(wù)量低，收益低11/23/20234高鐵覆蓋設(shè)計(jì)思路11/23/20235規(guī)劃的總體思路和原則：

按照福建聯(lián)通對(duì)本次規(guī)劃的指導(dǎo)意見和基于對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的分析，選擇專網(wǎng)方式進(jìn)行高鐵覆蓋，充分利用專網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量上有保證和提升的優(yōu)點(diǎn)；

在進(jìn)行各種地形和場(chǎng)景的覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)，提供相應(yīng)的解決方案并進(jìn)行對(duì)比分析，選擇合適的覆蓋方案；

考慮到高鐵沿線地形復(fù)雜、建設(shè)困難、維護(hù)難度大、成本高等特點(diǎn)，在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，充分選擇穩(wěn)定、建設(shè)容易的設(shè)備；

從加快建設(shè)進(jìn)度和降低建設(shè)成本角度出發(fā)，在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮對(duì)現(xiàn)有資源的利用；

根據(jù)福建聯(lián)通的覆蓋規(guī)劃要求，本次高速鐵路的覆蓋按照CRH2型車體設(shè)計(jì)，車體損耗為16dBm；高鐵平均時(shí)速為200公里，最高可達(dá)250公里，預(yù)計(jì)再次提速后時(shí)速可達(dá)300公里。因此本次規(guī)劃選擇以時(shí)速300公里作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，避免后續(xù)提速影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。高鐵覆蓋設(shè)計(jì)思路11/23/20236現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)資源利用原則：站點(diǎn)密集區(qū)域（市區(qū)或車站）

基站與鐵路間距在100米以內(nèi)，利用其站點(diǎn)和天饋資源，新建第四小區(qū)形成專網(wǎng)來(lái)專門進(jìn)行高鐵覆蓋；使用的天線為窄波瓣（33度）高增益天線，天線波束方向沿鐵路方向。超過100米的站點(diǎn)盡量不考慮。站點(diǎn)非密集區(qū)域（農(nóng)村或開闊地形）

基站與鐵路間距在300米以內(nèi)，通過新建第四小區(qū)的方式提供高鐵覆蓋，所使用的天線為窄波瓣（33度）高增益天線，天線波束方向沿鐵路方向；

基站與鐵路間距在300～500米范圍內(nèi)，一般這個(gè)距離的站點(diǎn)不建議使用。除非特殊情況（比如：在合適范圍內(nèi)無(wú)法提供電源、傳輸?shù)龋?，新建第四小區(qū)覆蓋高鐵；所使用的天線為寬波瓣（65度）高增益天線；

基站與鐵路間距在500m～1000m范圍，可利用現(xiàn)有機(jī)房使用光纖拉遠(yuǎn)將射頻單元放置在距離鐵路較近的區(qū)域，或者直接在距離鐵路較近的合適地點(diǎn)建新站點(diǎn)；基站與鐵路間距在1000m以上的，不列入規(guī)劃考慮范圍。高鐵覆蓋設(shè)計(jì)思路室外覆蓋設(shè)計(jì)思路：

對(duì)于室外的鐵路覆蓋，使用窄波瓣高增益天線前后對(duì)打覆蓋，盡量減少小區(qū)數(shù)目和擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍，從而減少小區(qū)重選次數(shù)和切換次數(shù)。如下圖所示：11/23/20237高鐵覆蓋設(shè)計(jì)思路11/23/20238隧道覆蓋設(shè)計(jì)思路：

隧道的覆蓋建議使用泄露電纜。如果在洞口使用天線對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行覆蓋或者是在長(zhǎng)隧道中使用天線，當(dāng)車體進(jìn)入隧道時(shí)會(huì)導(dǎo)致通話質(zhì)量差、掉話、接通率低等問題；

放置在隧道洞口提供隧道外覆蓋天線的增益需要根據(jù)覆蓋距離和切換重疊區(qū)域的要求進(jìn)行選擇；

本次設(shè)計(jì)的要求是250km/h，但是考慮到將來(lái)可能會(huì)提速到300km/h，并且泄漏電纜設(shè)計(jì)、安裝好后再進(jìn)行改動(dòng)比較困難，所以在進(jìn)行隧道內(nèi)覆蓋重疊區(qū)域計(jì)算時(shí)以300km/h計(jì)算，需要的GSM小區(qū)重疊區(qū)域?yàn)?33

米，考慮到末端保護(hù)余量，隧道內(nèi)漏纜小區(qū)重疊長(zhǎng)度建議為900米；對(duì)于超長(zhǎng)隧道建議把它分割成幾個(gè)獨(dú)立的長(zhǎng)隧道來(lái)進(jìn)行覆蓋。高鐵覆蓋設(shè)計(jì)思路車站及站臺(tái)覆蓋設(shè)計(jì)思路：

按照專網(wǎng)設(shè)計(jì)原則，車站是用戶專外網(wǎng)進(jìn)行配合的地方。這樣外網(wǎng)小區(qū)和站臺(tái)小區(qū)及鐵路專網(wǎng)小區(qū)不做鄰區(qū)關(guān)系。正常情況下外網(wǎng)小區(qū)與此兩組小區(qū)完全隔離，只能通過候車室室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)出入。用戶從候車室到站臺(tái)時(shí)將會(huì)進(jìn)行位置更新，進(jìn)入鐵路專網(wǎng)。而用戶從站臺(tái)進(jìn)入車體后，將會(huì)從站臺(tái)小區(qū)切換或重選到鐵路專網(wǎng)小區(qū)并停留在專網(wǎng)小區(qū)里，直到到達(dá)目的站點(diǎn)。對(duì)于到站的用戶，首先將會(huì)從鐵路專網(wǎng)小區(qū)切換或重選到站臺(tái)小區(qū)，再進(jìn)入室內(nèi)分布系統(tǒng)，進(jìn)行位置更新，從專網(wǎng)進(jìn)入外網(wǎng)。

外網(wǎng)小區(qū)，車站室內(nèi)分布系統(tǒng)小區(qū)，站臺(tái)小區(qū)以及鐵路小區(qū)的切換和小區(qū)重選關(guān)系可以通過如右圖的設(shè)計(jì)建設(shè)，需要確保的是外網(wǎng)小區(qū)的信號(hào)在站臺(tái)處不能過強(qiáng)，不然室內(nèi)分布小區(qū)將會(huì)切換到外網(wǎng)，而無(wú)法返回鐵路專線小區(qū)。同樣站臺(tái)小區(qū)的信號(hào)不能越區(qū)覆蓋到車站外，避免用戶在出站時(shí)從室內(nèi)分布小區(qū)誤切入站臺(tái)小區(qū)而無(wú)法回到外網(wǎng)小區(qū)，最終導(dǎo)致脫網(wǎng)后才能重選入外網(wǎng)小區(qū)。11/23/20239系統(tǒng)參數(shù)

結(jié)合本期溫福高鐵的實(shí)際環(huán)境，本次鏈路預(yù)算隧道外采用經(jīng)典的COST－231

Hata模型：L(dB)=46.3+33.9*log(f)

-

13.82*log(Hb)

-

a(Hm)+

[44.9

-

6.55*log(Hb)]*log(dC；基站接收機(jī)采用21dbi增益的天線；人體穿透損耗取3dB，CS64k業(yè)務(wù)不計(jì)取；快衰落余量8dB，慢衰落余量6.41db；（WCDMA）漏纜耦合損耗71dB（GSM900）、66dB（WCDMA）；漏纜每百米損耗2.25dB（GSM900）、4.06（WCDMA）；

鐵路部門提供的數(shù)據(jù)：溫福高鐵采用CRH2列車，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h,車體損耗16db；11/23/202310無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算GSM小區(qū)重選

在GSM通信事件中，小區(qū)重選與小區(qū)切換需要一定的時(shí)間來(lái)完成接續(xù)工作。其中小區(qū)重選規(guī)則中，當(dāng)手機(jī)測(cè)量到鄰小區(qū)C2高于服務(wù)小區(qū)A2值且維持5秒鐘，手機(jī)將發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。因此在高鐵覆蓋中，若要滿足兩相鄰小區(qū)實(shí)現(xiàn)切換，必須要保證兩相鄰小區(qū)一定長(zhǎng)度重疊覆蓋區(qū)，根據(jù)列車的時(shí)速和切換的時(shí)間可計(jì)算相鄰小區(qū)重疊區(qū)的長(zhǎng)度，如下表所示：11/23/202311序號(hào)車速車速小區(qū)重選/切換需要最小時(shí)間（秒）重疊覆蓋區(qū)域（米）(km/h）（米/秒）1200565556225069569433008358334350975972

依據(jù)CRH2列車的最高時(shí)速（300km/h）,GSM900的重疊覆蓋距離應(yīng)為833米，才能完成小區(qū)的切換無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算隧道內(nèi)無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算11/23/202312項(xiàng)目單位取值備注GSM900(1)機(jī)頂輸出功率PindBm43機(jī)頂輸出功率按照20W計(jì)算(2)合路損耗HdB1.5多系統(tǒng)合路損耗(3)二功分損耗FdB3二功分器損耗(4)要求覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)PdB-90接收信號(hào)電平(5)漏纜耦合損耗L1dB71漏纜指標(biāo)(6)人體衰耗L2dB3(7)寬度因子L3dB13.5L3=20lg(d/2),d為手機(jī)距離漏纜的距離(單洞雙軌，d＝9.5m)(8)衰減余量L4dB(9)車體損耗L5dB16與車型有關(guān)，CRH2車體損耗取16dB(10)線損及無(wú)源器件損耗L6dB3(11)每百米漏纜損耗SdB2.25漏纜指標(biāo)(12)漏纜的覆蓋距離Dm976.3D=(Pin-H-F-P-L1-L2-L3-L4-L5-L6-L7)/S在隧道內(nèi)，滿足手機(jī)接收電平要求的前提下，GSM900在漏纜內(nèi)的覆蓋距離為976.3米無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算隧道內(nèi)無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算11/23/202313敏度度的的8米項(xiàng)目單位取值備注CS64WCDMA(1)手機(jī)發(fā)射功率PindB21(2)基站接收靈敏度PdB-118.2(3)漏纜耦合損耗L1dB66漏纜指標(biāo)(4)合路損耗HdB2.5多系統(tǒng)合路損耗(5)二功分損耗FdB3二功分器損耗(6)人體衰耗L2dBCS64業(yè)務(wù)不考慮人體損耗(7)寬度因子L3dB13.5L3=20lg(d/2),d為手機(jī)距離漏纜的距離(單洞雙軌，d＝9.5m)(8)衰減余量L4dB14.41(9)車體損耗L5dB16與車型有關(guān)，CRH2車體損耗取16dB(10)線損及無(wú)源器件損耗L6dB2(11)干擾余量L7dB1.5按照50%負(fù)載計(jì)算(12)軟切換增益L8dB3(13)每百米漏纜損耗SdB4.06漏纜指標(biāo)在(在14隧)漏道纜內(nèi)的內(nèi)覆，蓋滿距足離足D基站接收m靈572.8前提下D，=，(PWinC-DPM-MLA1在-H-漏F-L纜2-內(nèi)L3-的L4-覆L5蓋-L6距-L7離+L為8)/5S72.隧道內(nèi)重疊覆蓋距離RRU設(shè)置方式11/23/202314GSM900重疊覆蓋WCDMA重疊覆蓋長(zhǎng)度（米） 長(zhǎng)度（米）鏈路預(yù)算覆蓋距離（米）GSM

WCDMA間隔1500m

976.3

555.6

452.6 -388.8由上表間可隔以5看00出m

，每50907米6.設(shè)3

置1個(gè)R5R5U5時(shí).6，GSM900重50疊0

覆蓋長(zhǎng)度只有50500米，不能滿足GSM小區(qū)切換，故采用每1000米設(shè)置1個(gè)GSM

RRU的設(shè)置方式。采用每間10隔0100米00設(shè)m

置1個(gè)9W7C6D.M3A

RRU的5設(shè)72置.8方式時(shí)，W9C5D2M.A6重疊覆蓋長(zhǎng)1度45為.6145.6無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算米，WCDMA小區(qū)切換時(shí)間為1.75秒。無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算項(xiàng)目單位天線掛高8米天線掛高10米天線掛高15米天線掛高20米天線掛高25米天線掛高30米天線掛高35米天線掛高40米天線掛高45米(1)使用頻率

fMHz960960960960960960960960960(2)基站天線高度hb米81015202530354045(3)手機(jī)高度hm米222222222(4)最大允許路徑損耗LdB124.8124.8124.8124.8124.8124.8124.8124.8124.8(a)最大基站覆蓋半徑m594639732811881944100310591111隧道外無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算GSM天線掛高對(duì)應(yīng)覆蓋半徑(RRU15W)項(xiàng)目單位天線掛高8米天線掛高10米天線掛高15米天線掛高20米天線掛高25米天線掛高30米天線掛高35米天線掛高40米天線掛高45米(1)使用頻率

fMHz960960960960960960960960960(2)基站天線高度hb米81015202530354045(3)手機(jī)高度hm米222222222(4)最大允許路徑損耗LdB127.8127.8127.8127.8127.8127.8127.8127.8126(a)最大基站覆蓋半徑m7107658829811069114912241294136111/23/202315GSM天線掛高對(duì)應(yīng)覆蓋半徑(宏基站30W)無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算隧道外無(wú)線覆蓋鏈路預(yù)算WCDMA天線掛高對(duì)應(yīng)覆蓋半徑11/23/202316項(xiàng)目單位天線掛高8米天線掛高10米天線掛高15米天線掛高20米天線掛高25米天線掛高30米天線掛高35米天線掛高40米天線掛高45米(1)使用頻率

fMHz195019501950195019501950195019501950(2)基站天線高度hb米81015202530354045(3)手機(jī)高度hm米222222222(4)最大允許路徑損耗LdB130.5130.5130.5130.5130.5130.5130.5130.5130.5(1)移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子a(hm)000000000(a)最大基站覆蓋半徑m415444503552596635671705737無(wú)線網(wǎng)建設(shè)方案11/23/202317GSM900設(shè)站區(qū)域宏基站設(shè)備BBU+RRU設(shè)備數(shù)量載頻BBURRU福州6241788寧德31239191合計(jì)93656279隧道內(nèi)覆蓋采用分布式基站+泄漏電纜+隧道口天線的方式隧道外覆蓋采用分布式基站+天線或宏基站+天線的方式溫福鐵路福建段2G共需設(shè)置宏站設(shè)備9套，BBU56個(gè)，RRU279個(gè)。3G基站設(shè)置方案與2G一致，共建宏站設(shè)備9套，BBU56個(gè)，RRU279個(gè)。短隧道場(chǎng)景11/23/202318分布式基站＋泄漏電纜＋天線–當(dāng)覆蓋隧道的GSM信號(hào)源是分布式基站時(shí)，若隧道里的信號(hào)與隧道口的信號(hào)屬于不同的小區(qū)，在火車進(jìn)入隧道后，外部小區(qū)的信號(hào)急劇下降，這時(shí)很可能由于不能及時(shí)地正常切換而掉話，所以隧道出口會(huì)增加洞頂天線，延伸隧道內(nèi)信號(hào)之隧道外，保證切換。短隧道場(chǎng)景11/23/202319此類解決方案的優(yōu)點(diǎn)是：隧道內(nèi)外小區(qū)為同一小區(qū)，減少切換次數(shù)；信源基站不但可提供隧道覆蓋，還可兼顧隧道外覆蓋，減少基站數(shù)量。在靠近基站側(cè)的泄漏電纜，建議其拉出隧道口

10米左右，用來(lái)使洞口電平突變時(shí)間的延長(zhǎng)，保證切換。信源基站可使用分布式基站，也可使用宏基站。長(zhǎng)隧道場(chǎng)景分布式基站＋泄漏電纜＋天線11/23/202320長(zhǎng)隧道場(chǎng)景11/23/202321此類解決方案的優(yōu)點(diǎn)是：引入隧道外基站信號(hào)，隧道內(nèi)信號(hào)和隧道外同屬一個(gè)小區(qū)，減少一個(gè)切換帶。因?yàn)樗淼揽谔帟?huì)出現(xiàn)電平突變,故在隧道出口處增加洞頂天線,讓隧道內(nèi)信號(hào)延伸至隧道外,使切換帶由隧道口移動(dòng)至隧道外,保證切換成功。隧道中單邊每隔500米會(huì)建造一個(gè)避車洞供鐵路巡檢人員躲避火車使用，這也是網(wǎng)絡(luò)在隧道內(nèi)可架設(shè)設(shè)備的

唯一地點(diǎn)，故RRU之間的距離會(huì)以500米為單位間隔架設(shè)。根據(jù)GSM和WCDMA的鏈路預(yù)算，可每隔1000米設(shè)置RRU一個(gè)，雙邊各覆蓋500米。連續(xù)隧道場(chǎng)景短隧道＋短隧道，分布式基站＋洞頂天線

此類解決方案的優(yōu)點(diǎn)是：兩隧道內(nèi)外小區(qū)為同一小區(qū)，減少切換次數(shù)；分布式基站不但可提供隧道覆蓋，還可兼顧隧道外覆蓋，減少基站數(shù)量。信源基站只能使用分布式基站。11/23/202322連續(xù)隧道場(chǎng)景短隧道＋長(zhǎng)隧道，分布式基站＋洞頂天線＋泄漏電纜

此類解決方案的優(yōu)點(diǎn)是：兩隧道內(nèi)外小區(qū)為同一小區(qū)，減少切換次數(shù)；分布式基站不但可提供隧道覆蓋，還可兼顧隧道外覆蓋，減少基站數(shù)量。信源基站只能使用分布式基站。11/23/202323相變位置對(duì)方案的影響溫福鐵道各隧道內(nèi)部?jī)蓚?cè)每隔500m有一處隧道綜合洞室，面積為20㎡。由于鐵路部門將其中部分洞室用于安裝相變?cè)O(shè)備，對(duì)應(yīng)洞室將無(wú)法安裝基站設(shè)備。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，溫福鐵路沿線隧道中，安裝相變?cè)O(shè)備27套