WCDMA網(wǎng)無線高鐵隧道覆蓋策略

陶東升++孫國同

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.016

摘 要：2015年我國高速鐵路建設將進入全面收獲時期。高鐵的建立是一項利國利民的舉措，更是我國交通領域發(fā)展的新篇章，在高鐵建設過程中，涉及到高鐵無線網(wǎng)絡的覆蓋施工，但是其中的難點就是高鐵的隧道網(wǎng)絡覆蓋問題。網(wǎng)絡的全面覆蓋能夠提升乘客乘坐列車的幸福感，這也是我國通信和鐵路相結合的重要方面。只有全面覆蓋才能顯示出高鐵修建對人們出行便捷性的考慮，高鐵隧道作為一個特殊網(wǎng)絡覆蓋場景，是各移動網(wǎng)絡運營商覆蓋難點。該文從車體傳統(tǒng)損耗、最小重疊覆蓋距離、多普勒頻移、覆蓋范圍及覆蓋策略幾方面，淺析了WCDMA網(wǎng)如何覆蓋高鐵隧道。希望能夠給高鐵建設者更多的建議，使WCDMA網(wǎng)實現(xiàn)更廣度的覆蓋，繼而提升人們對交通的創(chuàng)新性認識，為交通領域新的發(fā)展添上一抹重彩。

關鍵詞：WCDMA 高速鐵路 隧道

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0016-03

Coverage Strategy of WCDMA Network Wireless High Speed Railway Tunnel

Tao Dongsheng1 Sun Guotong2

（1.Beijing Telecom Planning and Designing Institute Co. Ltd.，Guangdong Branch；2.Guangzhou Jiesai Tech Incorporated Company Communication Planning and Designing Institute， Guangzhou Guangdong，510627，China）

Abstract： High-speed railway construction in our country will enter a comprehensive 2015 harvest period. The establishment of the high-speed industriy is a move， but also a new chapter of transportation development in our country， in the process of high-speed trains， involve the high-speed wireless network coverage of the construction， but the difficulty is the problem of high-speed rail tunnel network coverage. Network of universal coverage to enhance passengers aboard a train of happiness， this is also the important aspect of communication in our country and railway combining. Only by comprehensive coverage showed high iron to build， and considering the people travel convenience， high speed rail tunnel as a special network coverage scenario， covering the difficulty is the mobile operators. This article from the traditional loss， minimum distance between overlapping coverage of the body， covering range doppler frequency shift， and policy aspects， WCDMA network is analysed how to cover the high-speed rail tunnel. Hope to be able to give high iron builders more advice， for more breadth of WCDMA network coverage， and then promote people innovative understanding of traffic， the new development in traffic field added a heavy variety.

Key Words： WCDMA； High-speed railway； Tunnel

中國正進入史無前例的高鐵建設期，3年內中國將建成42條高速鐵路客運專線，總里程1.3萬km，隧道里程將超過1 000 km。目前高鐵時速250 km以上，部分高鐵最高運行時速高達350 km，面對新型的覆蓋場景，不僅給移動通信運營商帶來新的商業(yè)契機，同時也帶來網(wǎng)絡覆蓋挑戰(zhàn)。高鐵施工建設過程中要引入WCDMA網(wǎng)，不僅僅是交通變革以及創(chuàng)新的表現(xiàn)，也能在很大程度上提升乘客出行的便捷性，是與時俱進的集中化表現(xiàn)，但是在具體的網(wǎng)絡覆蓋過程中，要考慮到覆蓋的全面性，整體性和統(tǒng)一性，因此對于高鐵隧道處的WCDMA網(wǎng)覆蓋就需要重點研究?；诖?，以下對WCDMA網(wǎng)無線高鐵隧道覆蓋策略進行分析，希望能夠促進我國高鐵網(wǎng)絡覆蓋的全面發(fā)展，也給高鐵商業(yè)帶來新的發(fā)展空間。

1 WCDMA網(wǎng)絡高鐵覆蓋方案分析

1.1 高鐵車體穿透損耗分析

CRH列車采用密閉式廂體設計，增大了車體損耗。各種類型的CRH列車具有不同的穿透損耗，表1是對各類型車廂的穿透損耗的測試結果。

在規(guī)劃中應根據(jù)不同未來不同高鐵線路最高運行時速和最大車體損耗進行網(wǎng)絡設計。

1.2 鄰小區(qū)的重疊區(qū)域計算分析

手機在移動過程中，需要在不同小區(qū)間進行切換。當手機在服務小區(qū)的信號強度衰落到一定程度，會觸發(fā)小區(qū)重選（idle模式）或者切換（Active模式）過程，必須保證在手機順利進入新小區(qū)之前，當前小區(qū)的信號不會進一步衰落到門限值以下，否則手機可能脫網(wǎng)或者掉話。因此需要控制重疊區(qū)域的大小，來保證重選或者切換的完成。重疊覆蓋區(qū)域需要足夠大，保證有足夠的時間進行小區(qū)間的切換，又需要盡量小從而擴大單小區(qū)的覆蓋范圍，減少設備數(shù)量，同時也減少小區(qū)間的切換數(shù)量。

對于WCDMA系統(tǒng)，應考慮在切換帶起呼狀態(tài)，所需時間系統(tǒng)一般不超過2.4 s（具體計算方法參考3GPP下發(fā)的WCDMA切換標準協(xié)議），建議在規(guī)劃設計按照3S取定。不同高鐵線路規(guī)劃的最高時速不同，重疊區(qū)域大小也有所不同。

1.3 多普勒頻移分析

列車高速運行時由于多普勒頻移效應，對于射頻信號的中心頻點產(chǎn)生頻率偏差，多普勒公式如下：

△ f=F×V×（cosθ）/C

F為中心頻率，單位：Hz；

V為列車運行速度，單位：m/s；

C為光速=3×108 m/s；

θ為列車動行方向與電磁波傳播方向的夾角。

當列車動行方向與電磁波傳播方向一致時，多譜勒頻移最為明顯，由此可得出對于WCDMA系統(tǒng)，不同的運行速度，產(chǎn)生最大的頻率偏差見下表。

達到350 km/h；WCDMA產(chǎn)生的最大頻偏±681 Hz，WCDMA制式標準允許的中心頻率偏差為±800 Hz。因此在時速為350 km以下，不會影響WCDMA網(wǎng)絡的正常運行。

1.4 覆蓋范圍分析

地面環(huán)境的鏈路預算已經(jīng)比較成熟，應用于高鐵場景時主要需考慮到前文所提及的更高的車體損耗。依據(jù)以下傳播模型：

L（dB）=23.8+33.9lgf-13.82lgH+（44.9-6.55lgh）lgd

取定：f=1 950 MHz；H=35 m；h=1.5 m.

可以知道單扇區(qū)可以覆蓋1.4 km左右。

對于隧道內場景鏈路預算有所不同，主要采用泄露電纜方式

泄露電纜方式模型討論：

L總耦合損耗=65 dB+20lg（6 m/2 m）+L車屏蔽=65+ 9.5 dB+15 dB=89.5 dB。要求車內WCDMA的Ec場強不小于 -90 dB，漏纜饋電點EIRP=30 dBm。L漏纜長=（EIRP+0.5 dBm）÷5.84 dB/100 m=522 m。

2 隧道覆蓋方案策略

隧道的覆蓋采用泄漏電纜單邊布放（資源充足的地方，也可以使用雙邊布放，成本將多一倍），考慮多運營商共建，通過POI合路后統(tǒng)一饋入。泄漏電纜布設于隧道側壁上，高度與列車窗口等高，距離軌面2.5 m。

需根據(jù)隧道的類型以及洞室分布情況，同時泄漏電纜的覆蓋能力及重疊覆蓋區(qū)的需求，確定信號源的數(shù)量及位置。

根據(jù)高鐵隧道的建設，一般隧道兩邊每隔250 m就建設1個避風洞，相對單邊來看每隔500 m就有1個避風洞。通信設備可以考慮放置避風洞中，沿線采用漏纜。從隧道鏈路預算分析得到WCDMA網(wǎng)1個單RRU通過工分器工分后，1個RRU工分后介入泄露電纜單邊可以覆蓋400 m以上，如果500 m設置1個信源通過工分后兩邊覆蓋，可以滿足300 m的切換帶需求。下面介紹1個某市大嶺山高鐵圖1某市大嶺山隧道覆蓋方案。

如圖1所示，隧道內利用500 m設1個避風洞的條件設置1個RRU信源，連續(xù)通過泄露電纜進行隧道覆蓋。如果考慮進一步減小切換次數(shù)的話，可以把其中的幾個RRU使用光纖直放站進行代替。

隧道口：不同的場景需要不同的設置。左邊的隧道口，使用1個外置洞口天線，連接隧道內的RRU進行較短的隧道外覆蓋，僅提供隧道內的信號進行隧道外信號的延伸保證300 m的切換距離。同理右邊的隧道口也架設1個室外天線，保證和隧道外山坡上的另外1個光纖直放站信號進行300 m信號的重疊覆蓋。

3 結語

綜上所述，該文對WCDMA網(wǎng)無線高鐵隧道覆蓋策略進行了分析和研究。高鐵隧道覆蓋作為一個特殊的移動網(wǎng)絡覆蓋場景，該文主要針對單一的WCDMA網(wǎng)進行覆蓋淺析，實際建設過程中，在國內各個運營商為了減小成本將進行聯(lián)合共建，需要同時考慮GSM、CDMA、WCDMA、LTE多網(wǎng)協(xié)同覆蓋，提升網(wǎng)絡使用的效率。多種覆蓋形式能夠極大地促進高鐵網(wǎng)絡覆蓋的全面性和安全性，并且讓我國的高鐵網(wǎng)絡有更多的建設形式，這樣不僅僅是通信行業(yè)和交通行業(yè)的整合，更代表著我國科學技術的不斷進步，希望該文的研究能夠給相關單位和工作人員一定的啟示，并且在以后的工作中不斷改進和探索，創(chuàng)新出更多更好的網(wǎng)絡覆蓋建設辦法，促進高鐵網(wǎng)絡覆蓋廣泛度的提升，解決工程中的重點和難點問題。

參考文獻

[1] 郭東亮.WCDMA規(guī)劃設計手冊[M].北京：人民郵電出版社2005：124-138.

[2] 楊大成.移動傳播環(huán)境：理論基礎、分析方法和建模技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001：91-127.

[3] Ho1ma H，Toskala A.WCDMA for UMTS[M].New york：John Wiley & Sons，2000：143-156.

[4] AIRCOM International England.3G User Reference Guide[Z].2003：163-225.

[5] 北京電信規(guī)劃設計院內部資料[Z].