無線引擎在高鐵上的應用

摘 要：“無線引擎”數字射頻覆蓋系統，是新一代全數字化，射頻信號覆蓋系統，開創性地將軟件無線電技術引入射頻信號放大、轉發等移動通信網絡優化產品中。克服了傳統模擬射頻放大技術帶來的噪聲及信號失真等一系列問題，將無線射頻處理技術推向新的技術高度。本文通過在京廣線X段高鐵應用“無線引擎”技術說明可行性和推廣前景。

關鍵詞：無線引擎；高鐵；軟件無線電；噪聲；信號失真

1 概況

XX高鐵位于京廣鐵路線，由于該鐵路段距離覆蓋基站較遠，到達鐵路的電平值較低，鐵路沿線經常是切換頻繁、易發生掉話。

經實地測試，覆蓋區內基站密集，不存在弱覆蓋問題，重點是列車中的手機用戶進行通信時，由于受動車組列車高速移動過程中產生的多普勒效應以及列車材質對無線信號快衰減的影響，往往會發生切換混亂，無法接通，掉話等現象。

2 設計思路及專題分析

根據運營商要求，結合現場勘測，決定采用G網XX村基站第三扇區作為信號源。選用高性能數字直放站覆蓋系統方式來加強鐵路沿線的信號覆蓋。天線采用的是增益為17dBi、波瓣寬度為25°短背射天線4副。

2.1 下行覆蓋預測分析

在現今的無線網絡下行覆蓋預測分析中采用ALCATEL A9155 V6的標準傳播模型（SPM模型）以COST231-Hata經驗模型為基礎，可用于150-2000MHz的無線電波傳播損耗預測。

2.2 SPM傳播模型

SPM模型的數學表達形式是：

2.3 SPM模型各系統含義

SPM模型默認值參見表1

根據相關測試發現，高速列車車體損耗約為20dBm左右，因此為了保證移動用戶的正常使用，在列車窗外信號應大于-60dBm。

通過以上計算，有效覆蓋區邊緣場強不低于-80dBm，我們的設計設想是合理的，能夠滿足設計指標的要求。

2.4 下行增益的確定

系統近端機輸出功率5dBm，2.5公里的光纖傳輸損耗為4dB（相當于電損耗8dB），器件損耗6.4dB，相關饋線接頭損耗為2dB，則：

遠端機接收信號電平=近端機輸出信號電平-光纖傳輸損耗-器件損耗-饋線接頭損耗

=5-8-6.4-2

=-11.4dBm

遠端機理想工作增益=遠端機額定輸出電平–遠端機接收信號電平

=43-（-11.4）

=54.4dB

初設增益=MIN（理想工作增益-（1～3）dB）

=51dB

2.5 系統上行噪聲電平分析

遠端機到施主基站的傳輸損耗=基站輸出功率–遠端機接收信號電平

=43dBm -（-11.4dBm）

=54.4dB

技術指標要求施主基站端口的噪聲電平≤-120dBm

所以遠端機上行輸出噪聲電平≤-120dBm+54.4dB=- 65.6dBm

由：遠端機上行噪聲電平=-120dBm+遠端機上行噪聲系數+遠端機上行增益

得出：遠端機上行增益=遠端機上行噪聲電平+120dBm–遠端機上行噪聲系數

=-65.6dBm+120dBm-5dB

=49.4dB

2.6 系統與周邊基站的切換分析

在該段專網覆蓋區信號采用的是不同小區的信號，故高速列車在通過該段區域時就會存在相關切換，為了保證切換的正常完成，在系統設計時就要考慮足夠的切換區域。

2.7 遠近分析

直放站發射功率為40W，本工程覆蓋區域內手機最強接收電平為-45dBm，則此時鏈路損耗為46-（-45）=91dB，達到基站理想上行電平為-123dBm，此時需要手機發射功率為-123+91=-32dBm。

2.8 時延分析

本方案中從施主基站到最遠的光纖直放站距離假定為5Km（實際更小），光纖的時延為5μS/Km，高性能數字直放站時延為5μS。為消除手機MS到BTS的傳播時延，GSM系統采用MS提前一定時間來補償時延，時間提前量的取值范圍是0～233μS，即GSM系統中最大允許時延為TMAX=233μS。由于信號一來一回是雙向的，所以單向最大時延為233μS/2=116.5μS。

2.9 信源選取

根據本次鐵路覆蓋的地形、地勢及周邊基站分布圖，擬采用XX基站第二扇區為信源。

3 話務統計與分析

3.1 話務量估計

CRH的標準配置為8節車廂，額定載客人數為600人次，但目前也有加長型CRH配置，即由2列CRH合并組成16節車廂，這樣用戶人數就達到1200人。按照目前移動客戶滲透率65%計算，則這樣一班CRH的移動用戶為780人。以每用戶0.02ERL計算，則將帶來15.6ERL話務，查ERL B表（1%呼損）可得需要25個TCH，考慮到GPRS業務，專網小區至少配置4TRX。

設系統在呼損率B=0.02；

系統建設成功后，原有網絡如何調整

系統建設成功后建議對信源基站的信源小區TA進行設置，同時做好引入該小區的相鄰切換關系、兩基站扇區之間的優先級等設置，充分利用資源。

4 結論

從路測回放和分析結果看，手機接收電平大致在-40dBm～-60dBm之間，動車組內CQT手機測試切換正常，并且手機接收電平、手機發射功率和話音質量都正常。數據業務測試為鄭州至漯河整段數據統計：LLC下行數據吞吐率最高時達170kbit/s，RLC下行數據吞吐率最高時達190kbit/s，平均下行數據吞吐率50kbit/s，與下載文件包大小及開啟時隙有很大的關系。

XX高鐵開通后覆蓋的信號完全達到了預期的覆蓋目的（從覆蓋場強、通話質量、手機發射功率、時延等指標），遠遠超出傳統光纖直放站設備的覆蓋效果，同時系統開通后信源小區沒有出現指標惡化、下降等問題。這將對我們今后在諸如風景區的覆蓋、長途隧道群、高鐵專網、高速公路或省道的鏈式覆蓋、農村的深度覆蓋等網絡規劃、網絡優化等提供了新的思路和解決方案。

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