高鐵場景多網協同覆蓋方案研究

朱　毅

(江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，江蘇 南京 210019)

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高鐵場景多網協同覆蓋方案研究

朱毅

(江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，江蘇 南京 210019)

摘要:文中通過分析高鐵場景覆蓋要點，進而對多網協同覆蓋方案進行研究，探討了GSM、TD-SCDMA、TD-LTE網絡在高鐵場景的性能指標及特點，為高鐵場景協同組網覆蓋方案提供參考。

關鍵詞：高鐵；協同覆蓋； TD-LTE

近年來，通過幾次大幅度地提速以及高鐵在全國各地的大規模建設，我國已成為世界上高鐵投產運營里程最長、在建規模最大的國家，鐵路的運營速度得到了整體提升。同時LTE技術已成為發展速度最快的移動通信技術，中國移動于2013年底獲得TD-LTE牌照后已開始大規模4G商用網建設，加上已規模化的2G、3G網絡，形成了多網共存的局面。

1　高鐵場景覆蓋要點分析

高鐵場景列車的快速運行和列車車體的穿透損耗較大等給車體內的無線覆蓋帶來較大困難，也給網絡覆蓋帶來了巨大挑戰。

1.1　車體穿透損耗大

高鐵列車采用全封閉車廂結構，車箱體為不銹鋼或鋁合金等金屬材料，車窗玻璃為較厚的玻璃材料，室外無線信號在高速列車內的穿透損耗較大。CRH列車包括多種車型，各車型采用不同的材質結構，車體穿透損耗有所差別，一般都在20～30 dB。在覆蓋規劃中宜以最大穿透損耗車型作為規劃的目標，同時需注意到穿透損耗在電波的入射夾角小于10°時會顯著增加。

1.2　高速帶來的多普勒效應

列車高速運行時由于多普勒效應，對于射頻信號的中心頻率產生頻率偏差，頻移的大小和中心頻率、運動速度及運動方向相關。速度越快頻偏越大，當車輛動行方向與電磁波傳播方向一致時，多普勒效應最為明顯。

隨著技術的進步，目前各主流設備廠商在基站側均提出了相應的基站頻偏估計和校正算法，相對于靜止狀態，高速狀態下頻偏值為1 500 Hz時可改善至只有0.2 dB的性能損失,多普勒效應對網絡性能的影響已經降到很低的程度。

1.3　高速帶來的頻繁切換

列車高速移動將在短時間內穿越多個小區的覆蓋范圍。高鐵列車穿透損耗高，單個物理站點的覆蓋距離無法太遠，小區的重選切換將更為頻繁。在無多RRU小區合并的情況下，列車每10 s左右將進行一次小區間切換。普遍采用RRU共小區技術將單個小區覆蓋半徑增加為傳統方式的數倍，但仍將每幾十秒進行一次小區間切換，頻繁的小區重選切換將極大降低網絡的性能，易產生掉話及尋呼問題。

2　高鐵場景多網協同覆蓋方案

2.1　專網建設方案及頻率設置

傳統公網建設方式難以針對高鐵的特殊場景進行覆蓋、容量、優化配置，沿線性能較差。高鐵覆蓋一般采用專網方式，保證專網信號在沿線的主導地位。在高鐵低速運行且專網建設質量難以保證的區域可以局部采用公網建設方式。

考慮到高鐵較大的穿透損耗和隨頻率升高而影響增大的多普勒頻偏，GSM系統優先考慮選取覆蓋能力較強的900 M頻段，對于無線干擾較嚴重的城區環境可考慮選用1 800 M； TD-LTE目前仍處于發展初期，現階段可暫采用F頻段開通，后期視業務發展考慮是否增上D頻段。TD-SCDMA網絡一般作為一種補充的覆蓋方式。

2.2　覆蓋協同規劃

無線網絡的覆蓋情況主要根據鏈路預算結果進行規劃，鏈路預算結果取決于發射功率、衰落儲備、天線增益、天線掛高、穿透損耗等參數。在典型情況下(GSM：每載波發射功率43 dBm，天線增益20 dBi，終端接收電平要求-90 dBm等；TD：子載波功率12.2 dBm，天線增益18 dBi，終端接收電平要求-110 dBm等)各系統的單向覆蓋距離測算情況詳見表1。

表1　典型場景不同天線掛高單向覆蓋距離

2.3　容量協同規劃

若采用專網方式，按普通16節客車雙向列車會車的情況估計總客流量約2 228人，對于GSM系統的容量估算以滿足語音業務的需求為主。在典型情況下單小區一般至少配置6載波以滿足話務需求。

對于TD-LTE系統的容量估算以滿足中、高速數據業務的需求為主，分為網絡初期及后期兩種情況。LTE網絡初期，可采用單載波進行初始容量配置，而在后期容量需求較大，需配合載波聚合等方式進行解決。TD-SCDMA一般作為GSM、TD-LTE系統的補充，根據業務需求和其它系統的配置情況合理進行容量規劃。

2.4　業務承載切換策略

如何利用中國移動現有的無線網絡為用戶提供良好的業務質量和客戶感知是高鐵網絡建設的一個關鍵性問題。以下探討各業務承載網絡選擇及切換策略。

(1)基本語音業務切換策略

話音業務屬于通信基礎業務，直接影響到客戶的感知。GSM系統可以完全支持語音業務，TD-SCDMA系統雖然從技術層面優于GSM系統，但高鐵場景TD-SCDMA的性能指標與GSM相比有較大劣勢，TD-LTE系統目前不支持語音業務。主要的基本語音業務仍需在GSM系統上承載，TD-SCDMA網絡作為補充。

(2)高、中速率數據業務切換策略

高鐵場景的乘客一般為高端商務用戶， 由于GSM系統只能支持低速的業務，對于高、中速率數據業務優先在TD-LTE系統上承載，系統負荷較高時采用TD-SCDMA系統作為補充，盡量避免對GSM網絡的占用情況。

(3)低速率數據業務切換策略

根據GSM容量規劃結果可以知道GSM的信道資源非常有限。因此對于較低速率的數據業務，優先仍在TD-LTE及TD-SCDMA系統承載，在GSM系統負荷較小的情況下，可承載一些小速率業務。

2.5　共建共享策略

共建共享是指各單位共同建設和共用通信基礎設施，實現資源的合理利用。共建共享的范圍包括通信桿塔、機房、電源、光纜資源等，由于三家運營商均有自身的高鐵專網覆蓋需求，需統籌各家需求合理配置桿塔、機房、電源、光纜等可共用的通信基礎設施，對于長隧道內的光纜資源等稀缺資源更應共同做好規劃，保證多網的共同建設。

3　結束語

在高鐵的迅速發展以及TD-LTE 網絡的加快建設背景下，高鐵場景的多網協同覆蓋尤為重要。本文從高鐵場景覆蓋要點入手，在分析高鐵覆蓋的特殊性基礎上給出了多網協同覆蓋建議，對于高鐵場景多網協同覆蓋有一定的指導意義。

參考文獻：

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[4]陳偉杰.高速鐵路場景TD-LTE 組網的關鍵問題探討[J]. 信息通信,2013,(5):164-165.

研制開發

Scheme Study of Cooperative Coverage of Various Networks in High-Speed Railway Situation

ZHU Yi

(Jiangsu Post & Telecommunication Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

Abstract:In this article, key issues in coverage of networks in high-speed railway situation are firstly analyzed. Cooperative coverage scheme of various networks is then studied. Performance criteria and features of GSM, TD-SCDMA and TD-LTE in high-speed railway situation are discussed, which will provide some reference for scheme design of cooperative network coverage in high-speed railway situation.

Key words:high-speed railway; cooperative coverage; TD-LTE

中圖分類號：TN914

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0040-02

作者簡介：朱毅(1983-)，男，江西吉安人，碩士，工程師，主要從事無線網絡規劃與設計方向研究。

收稿日期：2014-12-5