高速公路優化解決方案

楊金素　高博文　徐永軍

通過選取高速公路典型案例，對高速公路進行無線信號傳播分析及道路沿線無線環境分析、典型場景覆蓋現狀分析，并結合防護林對移動通信的影響分析，指出案例存在的問題。最后針對高速公路的特點，給出該場景具體優化手段：覆蓋優化、參數優化、鄰區優化、頻率/擾碼優化以及天饋調整等綜合解決方案建議。

高速公路 無線信號傳播 防護林 優化

大量高速公路的建設給移動通信帶來了很大的考驗。基于高速公路的特點，如何有針對性地完成移動通信網絡的優化覆蓋成為研究重點。本文將針對首都機場高速公路的特點，提出優化方案并給出優化解決建議。

1 典型場景概述

首都機場高速的主要路線為北京三元橋至首都機場，這條高速公路與三、四和五環路互相連接。與三條環路的交匯點分別是三元橋、四元橋、五元橋（南皋），另在三元橋和北皋與101國道連接。

機場高速路劃分為三條“行車道”和一條“應急車道”。其中，最左側行車道標注“小客車專用”，最高時速為120km、最低時速為100km；中間行車道最高時速為100km、最低時速為80km；右側行車道最高時速為100km、最低時速為60km。

采用道路實測方式了解網絡現狀，測試的路線起點為東直門，途經三元橋、四元橋、五元橋直達T2航站樓全程為20km，具體路線如圖1所示：

圖1 首都機場高速測試路線示意圖

2 高速公路特性分析

2.1 高速移動時的無線信號傳播分析

高速移動帶來最明顯的問題是快衰落。以GSM

900MHz為例，首都機場高速最高時速為120km，當汽車以120km的時速行駛時，衰落速率為358次/秒，根據理論推導，其衰落深度嚴重時達10～20dB，因此接收的平均信號強度比自由空間或者平地面傳播時小得多，可見高速公路的高速運動所產生的高頻次深度衰弱嚴重影響正常通信。

快速的移動性對鄰區信號測試的準確性、手機切換的及時性均提出了較高要求，手機必須在重疊區域內及時切換，一旦切換失敗后能及時進行第二次切換。

2.2 道路沿線無線環境分析

高速經過的無線環境相對復雜，有城區、郊區、高架橋以及部分路段的防護林等，在空曠的地方信號雜亂，有建筑物阻擋時信號衰減大。

對于防護林阻擋問題，為了能更好地確定防護林的穿透損耗，針對高速進行了實地測試，并根據防護林類型進行抽樣分析，從而得出切合實際的防護林穿透損耗參數。具體如表1所示：

表1 防護林穿透損耗取值

類型 5m寬樹林損耗（含車體）/dB 20m寬樹林損耗（含車體）/dB 50m寬樹林損耗（含車體）/dB 100m寬樹林損耗（含車體）/dB

GSM1800MHz 8 24 29 27

WCDMA 10 26 31 39

注：設定站點高度高于防護林15m。

對應不同厚度的防護林，其穿透損耗分布如圖2所示：

圖2 不同厚度的防護林對應穿透損耗分布圖

根據實測結果分析，5m防護林的穿透損耗（含車體）僅為8～10dB，高速沿線主覆蓋小區可保障信號覆蓋質量；無線信號在20m寬樹林的損耗會急劇上升，WCDMA頻段損耗甚至達到26dB，此時若覆蓋高速基站距離較遠，則很容易產生弱覆蓋；防護林寬度達到50m時，WCDMA網無線損耗值已經達到31dB，超過了高鐵車廂損耗值。

通過鏈路預算，結合COST231-Hata模型分析，考慮CS64K業務連續覆蓋，高速基站在不同場景及指標門限覆蓋半徑如表2所示。

由表2可知，根據不同門限的覆蓋要求得出不同場景下的覆蓋半徑，在乘以2的情況下即可得出不同場景下的站間距規劃要求，可以有效指導站點規劃。

3 首都機場高速現網

情況分析

3.1 首都機場高速沿線主控小區統計

通過對沿線DT測試及基站信息表整理統計，目前機場高速沿線WCDMA覆蓋站點有45個，具體覆蓋小區有74個，平均站間距為578m。

機場高速沿線GSM覆蓋站點有36個，具體覆蓋小區有61個。

3.2 首都機場高速沿線防護林統計分析

首都機場高速防護林分布信息如表3所示。

目前首都機場高速防護林寬度20m以上所占比例達到65%，隨著季節變換，防護林會對高速公路網絡覆蓋率有不同程度的影響，在后續網絡規劃建設中要多加注意，進行綜合考慮。

4 防護林對機場高速影響評估

4.1 實測對比

按照聯通集團覆蓋率對比（DT測試覆蓋率標準GSM為：RxLevel Sub≥-85dBm的比例為90%，WCDMA要求為：RSCP≥-90dBm，Ec/Io≥-12dB的采樣點比例為90%），具體如表4所示。

4.2 首都機場高速防護林問題評估總結

通過對首都機場高速聯通WCDMA、GSM網絡進行測試發現前后指標相差較少，GSM網絡覆蓋率相差1.45%，WCDMA網絡覆蓋率相差0.16%。通過對比分析，目前首都機場高速沿線防護林對高速覆蓋整體影響不大，但是后續還要長期保持關注。

4.3 防護林問題優化建設思路

（1）防護欄阻擋

通過上文的深度分析以及對防護林的實地調研，結合DT測試問題分析與鏈路預算，針對防護欄阻擋問題后續網絡規劃建設思路如下：

◆規劃新站點加強覆蓋

通過規劃新站點來解決防護林阻擋問題引起的弱覆蓋，且站距建議參考3G網絡鏈路預算半徑進行規劃和建設。

◆站點改造或搬遷

對于防護林高度即將超過基站天線高度的站點，可以根據實際情況抬高天線掛高或者站點搬遷來解決。

◆站址盡可能靠近高速公路

建議站址與公路垂直距離為0～80m，同時結合防護林、站距實際情況，站高控制在30～45m。站址選擇應盡可能靠近高速公路，在條件允許的情況下，可以將站址建在防護林內側，緊貼高速公路，復雜情況下可以充分利用公路廣告牌、路標指示牌等。

◆采用多種技術手段加強覆蓋

對于站間距大于2.5km的防護林阻擋弱覆蓋問題，可考慮選用高增益天線、拉遠、大功率等綜合技術手段加以解決，以節省規劃站點的建設投資。

（2）季節性因素影響

通過分析可知，防護林季節性因素對網絡覆蓋特別是3G網絡覆蓋影響巨大，針對季節性變化建議在以下方面做好應對措施：

◆優先建設夏、冬兩季測試過程中均表現為弱覆蓋的區域。

◆通過調整功率、天饋等優化手段（4月至10月加強覆蓋，11月至3月恢復之前調整，避免過覆蓋），保證夏季正常覆蓋。

5 高速公路場景解決方案總結

（1）覆蓋優化

覆蓋優化主要是通過調整天線的下傾角、方位角、天線高度等增強高速公路上的覆蓋，在調整無效時可以采用遷移天饋位置、基站搬遷、RRU拉遠共小區或者新增站址方式實現。覆蓋優化可以解決弱覆蓋、越區覆蓋、信號雜亂頻繁切換等問題。

通過對機場高速聯通GSM、WCDMA網絡進行測試可知，越區覆蓋是影響網絡覆蓋的主要因素。

（2）參數優化

參數優化主要是對空閑態參數、切換參數、功控參數進行優化設置，使參數設置適合高速公路的復雜情況。

汽車在經過不同覆蓋半徑的小區時，需要在邊界處及時地重選或者切換到更好小區，否則駐留的小區信號會變差引起接入失敗、位置更新失敗等問題，不切換則會引發掉話、質量差等問題。為了同時兼顧到小區中慢速移動的用戶的通話質量，減少不必要的切換，盡量通過RF手段來解決高速公路上的問題。對于RF不能解決的，可以通過調整參數設置來解決。

（3）鄰區優化

高速公路上手機移動的速度較快，鄰區要求至少配2層以上鄰區，鄰區不宜配置過多，否則會影響測量報告準確性。若測量報告準確性差，則有可能使手機切換到信號波動的遠距離小區上，引發質量差、切換失敗、掉話等問題。

鄰區優化可從以下方面入手：

◆過少鄰區核查；

◆冗余鄰區核查；

◆漏配鄰區核查；

◆單項鄰區核查；

◆外部鄰區數據準確性核查；

◆鄰區相關參數設置正確性核查。

（4）頻率、擾碼優化

通過對機場高速進行測試，梳理主控小區，發現GSM覆蓋機場高速主要為GSM1800MHz頻段，該頻段頻點相對較多，出現干擾的幾率相對GSM900MHz頻段少。對于出現頻點、擾碼干擾的小區，可以通過調整頻點、擾碼或者調整天饋控制覆蓋來減少干擾。

（5）天線調整

隨著無線環境變化，網絡站點密度增加，單純地依靠調整機械下傾角的天線來控制覆蓋的方式已無法滿足目前無線網絡優化需求。機械下傾角最佳下傾角度為1°～5°，當下傾角度在5°～10°變化時，天線波束稍有變形但變化不大；當下傾角度超過10°以后，天線波束形狀改變很大。如圖3所示：

（a）正常機械下傾角地面輻射圖 （b）10°以上機械下傾角地

面輻射圖（明顯失真）

圖3 天線覆蓋示意圖

由圖3可見，天線波束變化明顯，整個天線波束不在本基站扇區內，容易造成覆蓋區域不均勻，嚴重影響基站覆蓋，加劇系統內干擾，影響網絡質量。

因此，建議在后續網絡建設中優先選擇帶有電子傾角的電調天線，天饋優化調整中優先調整電子下傾角，為防止波瓣畸變，對機械傾角過大的小區要進行整治。

6 與高鐵覆蓋優化之間的

比較

在道路類型的優化解決方案中，高速公路與高鐵都屬于“線性”覆蓋，且都依靠穿透車體來實現覆蓋，但兩者之間由于車速差異、穿透介質差異，在優化解決方面也會存在一定的差異，具體如表5所示。

7 結束語

高速公路是移動通信覆蓋的重點及難點，隨著高數據業務的需求日益增多，如何完善高速公路場景的覆蓋將更加突出。本文通過對首都機場高速公路的案例進行分析，對比夏、冬季節防護林對網絡的影響，綜合提出了優化解決方案。由于不同高速公路特點不一致，在實際推廣應用中，還需要結合具體情況采取靈活多樣的優化手段因地制宜地制定方案。

參考文獻：

[1] 張長鋼，孫保紅，李猛，等. WCDMA無線網絡規劃原理與實踐[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2005.

[2] 王有為，徐志宇，夏國忠. WCDMA特殊場景覆蓋規劃與優化[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2011.

[3] 蘇華鴻，孫孺石，薛鋒章，等. 蜂窩移動通信射頻工程[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2007.

[4] 李薔薇. 移動通信技術[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2005.

[5] 張傳福，彭燦，苑聞京，等. WCDMA通信網絡規劃與設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2007.★

◆站址盡可能靠近高速公路

建議站址與公路垂直距離為0～80m，同時結合防護林、站距實際情況，站高控制在30～45m。站址選擇應盡可能靠近高速公路，在條件允許的情況下，可以將站址建在防護林內側，緊貼高速公路，復雜情況下可以充分利用公路廣告牌、路標指示牌等。

◆采用多種技術手段加強覆蓋

對于站間距大于2.5km的防護林阻擋弱覆蓋問題，可考慮選用高增益天線、拉遠、大功率等綜合技術手段加以解決，以節省規劃站點的建設投資。

（2）季節性因素影響

通過分析可知，防護林季節性因素對網絡覆蓋特別是3G網絡覆蓋影響巨大，針對季節性變化建議在以下方面做好應對措施：

◆優先建設夏、冬兩季測試過程中均表現為弱覆蓋的區域。

◆通過調整功率、天饋等優化手段（4月至10月加強覆蓋，11月至3月恢復之前調整，避免過覆蓋），保證夏季正常覆蓋。

5 高速公路場景解決方案總結

（1）覆蓋優化

覆蓋優化主要是通過調整天線的下傾角、方位角、天線高度等增強高速公路上的覆蓋，在調整無效時可以采用遷移天饋位置、基站搬遷、RRU拉遠共小區或者新增站址方式實現。覆蓋優化可以解決弱覆蓋、越區覆蓋、信號雜亂頻繁切換等問題。

通過對機場高速聯通GSM、WCDMA網絡進行測試可知，越區覆蓋是影響網絡覆蓋的主要因素。

（2）參數優化

參數優化主要是對空閑態參數、切換參數、功控參數進行優化設置，使參數設置適合高速公路的復雜情況。

汽車在經過不同覆蓋半徑的小區時，需要在邊界處及時地重選或者切換到更好小區，否則駐留的小區信號會變差引起接入失敗、位置更新失敗等問題，不切換則會引發掉話、質量差等問題。為了同時兼顧到小區中慢速移動的用戶的通話質量，減少不必要的切換，盡量通過RF手段來解決高速公路上的問題。對于RF不能解決的，可以通過調整參數設置來解決。

（3）鄰區優化

高速公路上手機移動的速度較快，鄰區要求至少配2層以上鄰區，鄰區不宜配置過多，否則會影響測量報告準確性。若測量報告準確性差，則有可能使手機切換到信號波動的遠距離小區上，引發質量差、切換失敗、掉話等問題。

鄰區優化可從以下方面入手：

◆過少鄰區核查；

◆冗余鄰區核查；

◆漏配鄰區核查；

◆單項鄰區核查；

◆外部鄰區數據準確性核查；

◆鄰區相關參數設置正確性核查。

（4）頻率、擾碼優化

通過對機場高速進行測試，梳理主控小區，發現GSM覆蓋機場高速主要為GSM1800MHz頻段，該頻段頻點相對較多，出現干擾的幾率相對GSM900MHz頻段少。對于出現頻點、擾碼干擾的小區，可以通過調整頻點、擾碼或者調整天饋控制覆蓋來減少干擾。

（5）天線調整

隨著無線環境變化，網絡站點密度增加，單純地依靠調整機械下傾角的天線來控制覆蓋的方式已無法滿足目前無線網絡優化需求。機械下傾角最佳下傾角度為1°～5°，當下傾角度在5°～10°變化時，天線波束稍有變形但變化不大；當下傾角度超過10°以后，天線波束形狀改變很大。如圖3所示：

（a）正常機械下傾角地面輻射圖 （b）10°以上機械下傾角地

面輻射圖（明顯失真）

圖3 天線覆蓋示意圖

由圖3可見，天線波束變化明顯，整個天線波束不在本基站扇區內，容易造成覆蓋區域不均勻，嚴重影響基站覆蓋，加劇系統內干擾，影響網絡質量。

因此，建議在后續網絡建設中優先選擇帶有電子傾角的電調天線，天饋優化調整中優先調整電子下傾角，為防止波瓣畸變，對機械傾角過大的小區要進行整治。

6 與高鐵覆蓋優化之間的

比較

在道路類型的優化解決方案中，高速公路與高鐵都屬于“線性”覆蓋，且都依靠穿透車體來實現覆蓋，但兩者之間由于車速差異、穿透介質差異，在優化解決方面也會存在一定的差異，具體如表5所示。

7 結束語

高速公路是移動通信覆蓋的重點及難點，隨著高數據業務的需求日益增多，如何完善高速公路場景的覆蓋將更加突出。本文通過對首都機場高速公路的案例進行分析，對比夏、冬季節防護林對網絡的影響，綜合提出了優化解決方案。由于不同高速公路特點不一致，在實際推廣應用中，還需要結合具體情況采取靈活多樣的優化手段因地制宜地制定方案。

參考文獻：

[1] 張長鋼，孫保紅，李猛，等. WCDMA無線網絡規劃原理與實踐[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2005.

[2] 王有為，徐志宇，夏國忠. WCDMA特殊場景覆蓋規劃與優化[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2011.

[3] 蘇華鴻，孫孺石，薛鋒章，等. 蜂窩移動通信射頻工程[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2007.

[4] 李薔薇. 移動通信技術[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2005.

[5] 張傳福，彭燦，苑聞京，等. WCDMA通信網絡規劃與設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2007.★

◆站址盡可能靠近高速公路

建議站址與公路垂直距離為0～80m，同時結合防護林、站距實際情況，站高控制在30～45m。站址選擇應盡可能靠近高速公路，在條件允許的情況下，可以將站址建在防護林內側，緊貼高速公路，復雜情況下可以充分利用公路廣告牌、路標指示牌等。

◆采用多種技術手段加強覆蓋

對于站間距大于2.5km的防護林阻擋弱覆蓋問題，可考慮選用高增益天線、拉遠、大功率等綜合技術手段加以解決，以節省規劃站點的建設投資。

（2）季節性因素影響

通過分析可知，防護林季節性因素對網絡覆蓋特別是3G網絡覆蓋影響巨大，針對季節性變化建議在以下方面做好應對措施：

◆優先建設夏、冬兩季測試過程中均表現為弱覆蓋的區域。

◆通過調整功率、天饋等優化手段（4月至10月加強覆蓋，11月至3月恢復之前調整，避免過覆蓋），保證夏季正常覆蓋。

5 高速公路場景解決方案總結

（1）覆蓋優化

覆蓋優化主要是通過調整天線的下傾角、方位角、天線高度等增強高速公路上的覆蓋，在調整無效時可以采用遷移天饋位置、基站搬遷、RRU拉遠共小區或者新增站址方式實現。覆蓋優化可以解決弱覆蓋、越區覆蓋、信號雜亂頻繁切換等問題。

通過對機場高速聯通GSM、WCDMA網絡進行測試可知，越區覆蓋是影響網絡覆蓋的主要因素。

（2）參數優化

參數優化主要是對空閑態參數、切換參數、功控參數進行優化設置，使參數設置適合高速公路的復雜情況。

汽車在經過不同覆蓋半徑的小區時，需要在邊界處及時地重選或者切換到更好小區，否則駐留的小區信號會變差引起接入失敗、位置更新失敗等問題，不切換則會引發掉話、質量差等問題。為了同時兼顧到小區中慢速移動的用戶的通話質量，減少不必要的切換，盡量通過RF手段來解決高速公路上的問題。對于RF不能解決的，可以通過調整參數設置來解決。

（3）鄰區優化

高速公路上手機移動的速度較快，鄰區要求至少配2層以上鄰區，鄰區不宜配置過多，否則會影響測量報告準確性。若測量報告準確性差，則有可能使手機切換到信號波動的遠距離小區上，引發質量差、切換失敗、掉話等問題。

鄰區優化可從以下方面入手：

◆過少鄰區核查；

◆冗余鄰區核查；

◆漏配鄰區核查；

◆單項鄰區核查；

◆外部鄰區數據準確性核查；

◆鄰區相關參數設置正確性核查。

（4）頻率、擾碼優化

通過對機場高速進行測試，梳理主控小區，發現GSM覆蓋機場高速主要為GSM1800MHz頻段，該頻段頻點相對較多，出現干擾的幾率相對GSM900MHz頻段少。對于出現頻點、擾碼干擾的小區，可以通過調整頻點、擾碼或者調整天饋控制覆蓋來減少干擾。

（5）天線調整

隨著無線環境變化，網絡站點密度增加，單純地依靠調整機械下傾角的天線來控制覆蓋的方式已無法滿足目前無線網絡優化需求。機械下傾角最佳下傾角度為1°～5°，當下傾角度在5°～10°變化時，天線波束稍有變形但變化不大；當下傾角度超過10°以后，天線波束形狀改變很大。如圖3所示：

（a）正常機械下傾角地面輻射圖 （b）10°以上機械下傾角地

面輻射圖（明顯失真）

圖3 天線覆蓋示意圖

由圖3可見，天線波束變化明顯，整個天線波束不在本基站扇區內，容易造成覆蓋區域不均勻，嚴重影響基站覆蓋，加劇系統內干擾，影響網絡質量。

因此，建議在后續網絡建設中優先選擇帶有電子傾角的電調天線，天饋優化調整中優先調整電子下傾角，為防止波瓣畸變，對機械傾角過大的小區要進行整治。

6 與高鐵覆蓋優化之間的

比較

在道路類型的優化解決方案中，高速公路與高鐵都屬于“線性”覆蓋，且都依靠穿透車體來實現覆蓋，但兩者之間由于車速差異、穿透介質差異，在優化解決方面也會存在一定的差異，具體如表5所示。

7 結束語

高速公路是移動通信覆蓋的重點及難點，隨著高數據業務的需求日益增多，如何完善高速公路場景的覆蓋將更加突出。本文通過對首都機場高速公路的案例進行分析，對比夏、冬季節防護林對網絡的影響，綜合提出了優化解決方案。由于不同高速公路特點不一致，在實際推廣應用中，還需要結合具體情況采取靈活多樣的優化手段因地制宜地制定方案。

參考文獻：

[1] 張長鋼，孫保紅，李猛，等. WCDMA無線網絡規劃原理與實踐[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2005.

[2] 王有為，徐志宇，夏國忠. WCDMA特殊場景覆蓋規劃與優化[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2011.

[3] 蘇華鴻，孫孺石，薛鋒章，等. 蜂窩移動通信射頻工程[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2007.

[4] 李薔薇. 移動通信技術[M]. 北京： 北京郵電大學出版社， 2005.

[5] 張傳福，彭燦，苑聞京，等. WCDMA通信網絡規劃與設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2007.★