GSM 高鐵兩種不同場(chǎng)景下的覆蓋規(guī)劃方法培訓(xùn)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GSM 高鐵兩種不同場(chǎng)景下的覆蓋規(guī)劃方法GSM高鐵覆蓋規(guī)劃目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc3535435521概述PAGEREF_Toc353543552h3HYPERLINKl_Toc3535435532鐵路無(wú)線網(wǎng)路設(shè)計(jì)原則PAGEREF_Toc353543553h3HYPERLINKl_Toc3535435542.1站址規(guī)劃原則PAGEREF_Toc353543554h3HYPERLINKl_Toc3535435552.2基站高度設(shè)計(jì)原則PAGEREF_Toc353543555h

2、3HYPERLINKl_Toc3535435562.3基站與鐵軌垂直距離設(shè)計(jì)原則PAGEREF_Toc353543556h3HYPERLINKl_Toc3535435572.4重疊覆蓋區(qū)規(guī)劃原則PAGEREF_Toc353543557h6HYPERLINKl_Toc3535435582.4.1小區(qū)重選對(duì)重疊覆蓋區(qū)的要求PAGEREF_Toc353543558h6HYPERLINKl_Toc3535435592.4.2切換對(duì)重疊覆蓋區(qū)的要求PAGEREF_Toc353543559h7HYPERLINKl_Toc3535435603高鐵分場(chǎng)景覆蓋規(guī)劃PAGEREF_Toc353543560h7HY

3、PERLINKl_Toc3535435613.1地面行車場(chǎng)景PAGEREF_Toc353543561h7HYPERLINKl_Toc3535435623.1.1覆蓋策略PAGEREF_Toc353543562h7HYPERLINKl_Toc3535435633.1.2覆蓋規(guī)劃PAGEREF_Toc353543563h8HYPERLINKl_Toc3535435643.2隧道場(chǎng)景PAGEREF_Toc353543564h11HYPERLINKl_Toc3535435653.2.1覆蓋策略PAGEREF_Toc353543565h11HYPERLINKl_Toc3535435663.2.2覆蓋規(guī)劃

4、PAGEREF_Toc353543566h11HYPERLINKl_Toc3535435673.2.3鏈路預(yù)算PAGEREF_Toc353543567h14HYPERLINKl_Toc3535435684附錄PAGEREF_Toc353543568h16HYPERLINKl_Toc3535435694.1高鐵列車規(guī)格PAGEREF_Toc353543569h16HYPERLINKl_Toc3535435704.2天線選擇建議PAGEREF_Toc353543570h20概述高速鐵路系統(tǒng)的覆蓋和傳統(tǒng)的室外和微蜂窩系統(tǒng)覆蓋有著顯著的差別，主要體現(xiàn)在獨(dú)特的傳播環(huán)境、多普勒頻移、鏈路預(yù)算、容量規(guī)劃、切

5、換的考慮、移動(dòng)性管理等多個(gè)方面，本文將針對(duì)上面提到的覆蓋相關(guān)的因素進(jìn)行討論，給出高鐵覆蓋的解決方案。鐵路無(wú)線網(wǎng)路設(shè)計(jì)原則鐵路系統(tǒng)大部分是鏈狀結(jié)構(gòu)，只有在鐵路的交匯處才會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以高速鐵路特殊的移動(dòng)環(huán)境和高鐵特殊的業(yè)務(wù)需求都應(yīng)在無(wú)線規(guī)劃中考慮到。站址規(guī)劃原則通過(guò)新增站址和基站在現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上建設(shè)一層高鐵專網(wǎng)，針對(duì)高鐵鐵路運(yùn)行特性采用相應(yīng)的規(guī)劃，通過(guò)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)的設(shè)置和參數(shù)的調(diào)整，使車內(nèi)用戶由專網(wǎng)覆蓋，這樣在滿足通話需求的同時(shí)可以提供可靠的通話質(zhì)量、系統(tǒng)指標(biāo)，降低和其它基站之間的切換、重選、位置區(qū)/路由區(qū)更新?；靖叨仍O(shè)計(jì)原則為了提高基站的覆蓋效率，建議新建基站的天線高度高于軌道30m?；九c鐵軌

6、垂直距離設(shè)計(jì)原則傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)所支持的移動(dòng)速度一般為200Kmh，隨著鐵路運(yùn)營(yíng)速度的大幅提升，對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)性能帶來(lái)了較大影響，最直接的就是高速導(dǎo)致的頻偏效應(yīng)，即多普勒頻移。多普勒頻移簡(jiǎn)而言之就是接收機(jī)靠近信號(hào)發(fā)射源時(shí)，接收到的信號(hào)頻率變高；遠(yuǎn)離信號(hào)發(fā)射源時(shí)，接收到的信號(hào)頻率變低。設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)頻率為（f發(fā)），接收機(jī)接收到的信號(hào)頻率為（f收），發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為V。公式：f收（cv)/f發(fā)fd。其中c為電磁波在自由空間的傳播速度：3108米秒。fd即為多普勒頻移，fd的大小取決于信號(hào)波長(zhǎng)及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V。由fdv/得出：當(dāng)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間以每秒一個(gè)波長(zhǎng)的速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

7、所產(chǎn)生的多普勒頻移即為1Hz。接收基靠近基站，f收變大；接收機(jī)遠(yuǎn)離基站，f收變小。圖2-1多普勒頻移下圖是在不同車速下900M/1800M的頻偏測(cè)試結(jié)果：車速（km/h）頻偏（Hz）200250300350400450500550600900M頻段1672082502923333754174585001800M頻段3334175005836677508339161000考慮入射因子（900M）118147177206235265295324354考慮入射因子（1800M）235295354412472530589648707表2-1不同頻段在同速度下頻偏測(cè)試結(jié)果入射因子為假設(shè)入射信號(hào)與車體呈4

8、5度角，實(shí)際高鐵運(yùn)行中，移動(dòng)臺(tái)和發(fā)射機(jī)之間必然存在角度，因此需要考慮入射角對(duì)頻偏的影響。根據(jù)下圖可以看出，因?yàn)?，中的存在，運(yùn)行在小區(qū)邊緣的火車頻偏最大，變化較慢；而在經(jīng)過(guò)基站近段0點(diǎn)時(shí)頻偏最小，但頻偏變化最大。下面為一組典型參數(shù)：=1000m，=900MHz，=600km/h。以及分別給出了在100m、80m、60m、40m、20m時(shí)的仿真曲線。圖表22高鐵模型的頻偏曲線（900MHz，600km/h）為了減少多普勒頻移對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，在沒(méi)有AFC（自動(dòng)頻率校正）算法保證的前提下，應(yīng)遠(yuǎn)離鐵路建站，且盡量避免天線覆蓋方向和鐵路平行。在移動(dòng)臺(tái)和發(fā)射機(jī)存在直射徑的場(chǎng)景，需要分析值和殘留頻偏的影響。

9、仿真結(jié)果如下：圖表23不同高鐵速度下1階環(huán)AFC殘留頻偏圖（900MHz，F(xiàn)cut=2Hz)根據(jù)以上的理論推算結(jié)果得出，如果城區(qū)的目標(biāo)時(shí)速為300km/h，在30米以上就可以保證頻偏殘留在0.1ppm的范圍內(nèi)。如果目標(biāo)時(shí)速為450km/h，在70米以上就可以保證頻偏殘留在0.1ppm的范圍內(nèi)。在現(xiàn)實(shí)中，由于AFC的頻偏殘留會(huì)降低信道解調(diào)性能。但是，頻偏的時(shí)變區(qū)都停留在基站的盡端，電平信號(hào)強(qiáng)度較好，完全可以對(duì)抗一定頻偏的影響。時(shí)速（km/h）150300450600最短距離（m）104050100表格22基站和鐵路間的距離規(guī)劃表重疊覆蓋區(qū)規(guī)劃原則因?yàn)榱熊囋诟咚龠\(yùn)行過(guò)程中，預(yù)留給用戶做切換和重選的

10、時(shí)間很短，所以為了保障用戶在高速過(guò)程中的切換和重選能順利進(jìn)行，必須要求兩個(gè)小區(qū)之間有足夠的重疊覆蓋區(qū)域，信號(hào)檢測(cè)時(shí)間、測(cè)量值平均時(shí)間、切換/重選執(zhí)行時(shí)間、安全余量等都必須考慮在內(nèi)，這也是我們?cè)谡局愤x擇、覆蓋規(guī)劃前必須要考慮的原則之一。小區(qū)重選對(duì)重疊覆蓋區(qū)的要求小區(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)C2值且維持5秒鐘，手機(jī)將發(fā)起小區(qū)重選。在跨位置區(qū)處，則鄰小區(qū)C2必須高于服務(wù)小區(qū)C2與CRH設(shè)置值的和且維持5秒鐘，手機(jī)發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。所以，手機(jī)會(huì)在兩個(gè)相鄰小區(qū)重疊覆蓋區(qū)的中間開(kāi)始計(jì)時(shí)，最少要超過(guò)5秒鐘后，開(kāi)始小區(qū)重選。即小區(qū)的重疊覆蓋區(qū)最少要滿足10秒的火車運(yùn)行時(shí)間。時(shí)速（k

11、m/h）200250300350400450500550600對(duì)應(yīng)的重疊覆蓋區(qū)大?。╩）55669483397211111250138915281667表2-3滿足重選要求覆蓋重疊區(qū)列表切換對(duì)重疊覆蓋區(qū)的要求首先是快速切換算法觸發(fā)時(shí)間估算如下：（下面描述時(shí)間根據(jù)門限缺省設(shè)定值）測(cè)量報(bào)告濾波時(shí)間2秒，P/N準(zhǔn)則觸發(fā)切換時(shí)間2秒，切換倒回時(shí)間12秒，二次切換時(shí)間2秒（與一次切換時(shí)間相同）。一次切換時(shí)間為：測(cè)量報(bào)告濾波時(shí)間P/N準(zhǔn)則觸發(fā)切換時(shí)間224秒；二次切換時(shí)間為：測(cè)量報(bào)告濾波時(shí)間P/N準(zhǔn)則觸發(fā)切換時(shí)間切換倒回時(shí)間二次切換時(shí)間2222=8秒；以上為理論分析值，實(shí)際情況需要增加一些保護(hù)時(shí)間，因此完

12、成2次快速切換的時(shí)間為810秒。例如：考慮二次切換時(shí)間為8秒，那么在車速為350km/h時(shí)，切換的大小為：350000*8/3600=778米。根據(jù)不同的車速計(jì)算出的切換要求的重疊覆蓋區(qū)如下：時(shí)速（km/h）2002503003504004505005506008S對(duì)應(yīng)的重疊覆蓋區(qū)大小（m）444556667778889100011111222133310S對(duì)應(yīng)的重疊覆蓋區(qū)大?。╩）55669483397211111250138915281667綜上所述，考慮MS切換和重選對(duì)切換帶的要求，在覆蓋規(guī)劃中以10s為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重疊覆蓋區(qū)規(guī)劃。如果我們短期以450km/h為高速覆蓋目標(biāo)，那么兩個(gè)小區(qū)間的

13、切換帶要達(dá)到1250米。一般切換判決會(huì)從重疊區(qū)開(kāi)始，兩個(gè)平行鐵路覆蓋的基站間間距要減少1250米。高鐵分場(chǎng)景覆蓋規(guī)劃地面行車場(chǎng)景覆蓋策略地面行車場(chǎng)景又包括普通行車路段和車站，在這種場(chǎng)景下，由于高鐵列車車體損耗較大，傳統(tǒng)覆蓋在鐵路上的覆蓋電平不足，嚴(yán)重影響用戶的通話質(zhì)量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)由于未來(lái)高鐵速度較高，一般不建議兼顧公網(wǎng)用戶，而是建設(shè)高鐵專網(wǎng)進(jìn)行專項(xiàng)覆蓋，基于以上的分析，建議采用RRU共小區(qū)配合低矮建站+功分天線進(jìn)行建設(shè)。覆蓋規(guī)劃覆蓋規(guī)劃同時(shí)考慮鏈路預(yù)算、容量規(guī)劃、產(chǎn)品級(jí)聯(lián)能力、頻率規(guī)劃、公網(wǎng)話務(wù)滲透、優(yōu)化難度。RRU可以采用單RRU+功分天線雙方向覆蓋，又稱為復(fù)合小區(qū)，或者單RRU+單天線單方向

14、覆蓋，如下圖：一般建議在城區(qū)場(chǎng)景下單個(gè)RRU共小區(qū)長(zhǎng)度小于3公里、郊區(qū)RRU共小區(qū)長(zhǎng)度小于5公里、農(nóng)村RRU共小區(qū)長(zhǎng)度小于7公里。一般建議在鐵路兩邊30100米，新建1530米抱桿形成專網(wǎng)覆蓋層。天線下傾角計(jì)算公式其中：下傾角；：天線垂直半功率角；H：天線高度（m）；D：覆蓋半徑（m）。由于周邊公網(wǎng)用戶可能滲入高鐵專網(wǎng)，建議盡量避免過(guò)覆蓋。下傾角=arctan（站高/覆蓋距離）+天線垂直半功率角/2。天線增益=10log（32400/（水平半功率角度垂直半功率角度）一般站高15米、覆蓋距離700米、天線增益21度、水平半功率角30度，可以大致得到下傾角5度。鏈路預(yù)算：假設(shè)采用RRU每載波功率4

15、1dBm（13W），采用21dBi高增益天線功分天線，站高15m，車體損耗24dB，區(qū)域覆蓋概率95%的條件進(jìn)行計(jì)算。LinkBudegtULDLSectortype2SectorMax.transmitpower(dBm)3341.1CablelossTx(dB)-1AntennagainTx(dBi)021EIRP(dBm)33.057.6ExternalCombinerLoss(dB)3.5AntennagainRx(dBi)21.00.0AntennadiversitygainRx(dB)3.00.0CablelossRx(dB)1-Receiversensitivity(dBm)-1

16、13.0-104.0Min.requiredRXlevel(dBm)-85.0Penetrationloss(dB)24.0Slowfadingstandarddeviation(dB)6Areacoverageprobability95.0%Edgecoverageprobability83.13%Slowfadingmargin(dB)5.76Allowedmaxpathloss(dB)116.74112.84MSantennaheight(m)2BTSantennaheight(m)15Frequencyband(MHz)900PropagationmodelusedOkumuru-Ha

17、taCellradius(km)0.750.59表格STYLEREF1s4SEQ表格*ARABICs11900MH在RRU功分天線鏈路預(yù)算如果采用功分天線（每載波13W輸出），則理論覆蓋半徑590米。如果采用單方向單位置組（每載波13W輸出），則理論覆蓋半徑740米。城區(qū)場(chǎng)景高架鐵路接收到周邊較多信號(hào)干擾，一般建議采用1800MHz頻段組網(wǎng)。LinkBudegtULDLSectortype2SectorMax.transmitpower(dBm)3040CablelossTx(dB)-1AntennagainTx(dBi)021EIRP(dBm)30.056.5ExternalCombiner

18、Loss(dB)3.5AntennagainRx(dBi)21.00.0AntennadiversitygainRx(dB)3.00.0CablelossRx(dB)1-Receiversensitivity(dBm)-113.0-102.0Min.requiredRXlevel(dBm)-90.0Penetrationloss(dB)25.0Slowfadingstandarddeviation(dB)6Areacoverageprobability95.0%Edgecoverageprobability83.13%Slowfadingmargin(dB)5.76Allowedmaxpath

19、loss(dB)119.74115.74MSantennaheight(m)2BTSantennaheight(m)15Frequencyband(MHz)1800PropagationmodelusedCost231-HataCellradius(km)0.500.39表格STYLEREF1s4SEQ表格*ARABICs121800MH在RRU功分天線鏈路預(yù)算如果采用功分天線（每載波10W輸出），則理論覆蓋半徑390米。如果采用單方向單位置組（每載波10W輸出），則理論覆蓋半徑490米。注意此處前提條件是1800MHz采用專用頻點(diǎn)，考慮頻段干擾較小，保證車內(nèi)-90dBm的最低下行接收電平。注

20、意：RRU型號(hào)、載波數(shù)目、天線增益、站高、覆蓋概率、車體損耗不同，預(yù)算結(jié)果不同。不同車型的穿透損耗如下：隧道場(chǎng)景覆蓋策略由于高鐵列車車體損耗較大，在隧道內(nèi)高速運(yùn)行產(chǎn)生巨大氣流，不適合采用分布式天饋的安裝，而且傳播模型存在列車時(shí)的傳播模型尚不清楚。一般采用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋，天饋安裝高度一般在車窗上方位置的隧道墻壁。采用RRU共小區(qū)配合泄漏電纜成為隧道覆蓋主要方式，切換區(qū)域控制在隧道外。覆蓋規(guī)劃如果隧道長(zhǎng)度較短（1個(gè)共小區(qū)覆蓋長(zhǎng)度以內(nèi)）且隧道內(nèi)與隧道外站點(diǎn)存在光纖路由，建議隧道出口的基站和隧道內(nèi)組成一個(gè)共小區(qū)，使小區(qū)間切換在隧道外及早完成，避免高鐵列車快速進(jìn)入隧道可能導(dǎo)致的掉話或切換失敗。若隧道長(zhǎng)

21、度無(wú)法滿足兩個(gè)隧道口外基站和隧道內(nèi)成為一個(gè)小區(qū)，盡量選擇一側(cè)隧道外基站進(jìn)行共小區(qū)組合，示意圖如下所示。圖表1短隧道覆蓋示意圖隧道長(zhǎng)度在一個(gè)RRU共小區(qū)覆蓋長(zhǎng)度以內(nèi)，則小區(qū)間切換需在兩個(gè)隧道口外完成，隧道口外墻安裝板狀天線進(jìn)行覆蓋，示意圖如下所示。圖表2中等隧道覆蓋示意圖隧道長(zhǎng)度大于一個(gè)RRU共小區(qū)覆蓋長(zhǎng)度，則需要多個(gè)RRU共小區(qū)在隧道內(nèi)進(jìn)行覆蓋，當(dāng)前一個(gè)BBU下僅支持一個(gè)RRU共小區(qū)，示意圖如下所示。圖表3長(zhǎng)隧道覆蓋示意圖若存在施工條件，可以將上圖中隧道出/入口外兩側(cè)的基站同隧道出/入口的RRU合并成一個(gè)小區(qū)，可以降低高鐵列車進(jìn)出隧道的掉話風(fēng)險(xiǎn)。連續(xù)短隧道組成的隧道群，若隧道間距較小，建議采用

22、泄漏電纜覆蓋隧道間空隙段（需咨詢當(dāng)?shù)厥欠窨刹捎茫?，示意圖如下所示。圖表STYLEREF1s4連續(xù)隧道覆蓋示意圖1若連續(xù)隧道間距較大，則采用隧道口安裝天線進(jìn)行覆蓋，示意圖如下所示。圖表5連續(xù)隧道覆蓋示意圖2鐵路隧道場(chǎng)景使用DC-BLOCK解決方案在鐵路隧道場(chǎng)景，通常使用泄漏電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)信號(hào)的均勻覆蓋，由于泄漏電纜與電力機(jī)車的供電電線在隧道內(nèi)平行布放，因?yàn)殚L(zhǎng)線的耦合效應(yīng)，會(huì)在泄漏電纜上產(chǎn)生很高的耦合電壓與電流，容易對(duì)基站設(shè)備造成危害。要求當(dāng)華為基站（包括所有型號(hào)）用于鐵路隧道（不包括城市軌道交通）與泄漏電纜一起使用時(shí)，必須使用DC-block器件進(jìn)行防護(hù)，否則基站存在損壞的可能。DC-BLOC

23、K推薦使用RFS公司的DC-BLOCK-4-NMF。圖表5DC-BLOCK-4-NMF元器件圖表6DC-BLOCK-4-NMF元器件技術(shù)指標(biāo)鏈路預(yù)算一般泄漏電纜中僅采用某一移動(dòng)通信制式時(shí)，采用收發(fā)共纜；若多系統(tǒng)合路則需要考慮系統(tǒng)間干擾共存，現(xiàn)有多系統(tǒng)合路器無(wú)法滿足設(shè)計(jì)需求，則需要使用收發(fā)分纜建設(shè)。收發(fā)分纜和收發(fā)共纜的鏈路預(yù)算方法一致。泄漏電纜覆蓋鏈路預(yù)算計(jì)算方法如下：車內(nèi)覆蓋電平RRU機(jī)頂發(fā)射功率1/2跳線損耗電橋損耗空間耦合損耗漏纜百米損耗L/100車體損耗寬度因子錯(cuò)車余量其中：RRU機(jī)頂發(fā)射功率：按照不同的RRU、載波數(shù)決定；電橋損耗：RRU處于中間位置向兩邊連接泄漏電纜進(jìn)行覆蓋，需要電橋

24、或功分器；空間耦合損耗和泄漏電纜傳輸損耗：同具體泄漏電纜指標(biāo)相關(guān)；車體損耗：若泄漏電纜安裝于高鐵列車車窗高度，則移動(dòng)臺(tái)同泄漏電纜保持直視路徑，車體損耗較僅考慮玻璃窗即可。實(shí)際由于安裝位置可能在車窗斜上方，用戶不一定存在直射徑。寬度因子：10log（D/2)，D為接收機(jī)距離泄漏電纜垂直距離（2m）。錯(cuò)車余量：考慮兩列火車平行的錯(cuò)車的余量，該值為工程經(jīng)驗(yàn)值。其他設(shè)計(jì)余量如下表所述：場(chǎng)景高鐵列車（dB）快衰落余量1干擾余量0車體損耗（包含人體損耗）20兩車相錯(cuò)余量5表格1泄漏電纜其他設(shè)計(jì)余量其中：泄漏電纜輸入功率，RRU機(jī)頂輸出功率減去電橋及跳線損耗為泄漏電纜輸入功率：泄漏電纜饋線損耗；：泄漏電纜耦

25、合損耗；：設(shè)計(jì)目標(biāo)電平，假設(shè)移動(dòng)臺(tái)距離泄漏電纜2m處，寬度因子即為0；：各種余量總和=快衰落余量+干擾余量+車體損耗。鐵路隧道（單線），Margin=21dB其中：泄漏電纜輸入功率（dBm）單線鐵路隧道覆蓋距離（m）復(fù)線鐵路隧道覆蓋距離（m）2510007732811369093213181091351455122736.81536130938159113644117271500表格2泄漏電纜覆蓋距離注：上表的覆蓋距離是距離泄漏電纜2m處的鏈路預(yù)算。若考慮dm（d2m）處的場(chǎng)強(qiáng)，則需要加入寬度因子10log（d/2)余量；復(fù)線鐵路隧道覆蓋距離考慮了兩列列車相錯(cuò)5dB余量的情況。泄漏電纜輸入功率（dBm）單線鐵路隧道覆蓋距離（m）復(fù)線鐵路隧道覆蓋距離（m）257275002886463632104581835118295536.81264103638131810914114551227表格3泄漏電纜覆蓋距離（考慮寬度因子和錯(cuò)車因子）注：上表考慮在泄漏電纜饋線徑向8米處，10log（8/2)=6dB余量。復(fù)線鐵路隧道覆蓋距離考慮了兩列列車相錯(cuò)5dB余量的情況。附錄高鐵列車規(guī)格現(xiàn)有中國(guó)高鐵列車規(guī)格高鐵列車型號(hào)CRH1CRH2CRH3C