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1、高铁优化培训材料,网络部 2011.11,目录,高铁覆盖特点,1,高铁规划原则,2,高铁优化方法,3,车型对信号的影响,多普勒频移对覆盖的影响,快、慢衰落对覆盖的影响,高速场景切换重选分析,高架高层干扰的影响,铁路资源利用率分析,高铁覆盖特点,铁路覆盖的特点,覆盖特点带来的技术难点,屏蔽高 车体对无线信号高屏蔽 CRH1/3/5车型20-24db衰耗,需求高 瞬间容量需求大 高铁覆盖基站需要配置6-8载频,车厢对无线信号屏蔽高，严重影响覆盖能力,铁路覆盖基站瞬间容量需求大，但整体利用率较低,1,6,速度高 城际高铁 350km/h （7.23事故后，高铁时速略有下 降，最高时速在300以内）,
2、高速度产生多普勒频移，对基站接收解码产生影响,高速度产生信道快衰落，对信号覆盖质量产生影响较大,高速度导致切换重选多，对语音和数据业务质量影响大,2,3,4,底噪抬升，给基站建设及网络优化均带来了很大挑战,5,干扰高 全程高架（如京沪高铁）,车型屏蔽信号特性,普通铁路主要运行T/K/Z普通列车； 动车线路主要运行CRH1/2/5车型； 高速铁路主要运行CRH3车型。,车型屏蔽信号特性,针对不同车型覆盖，站点规划存在差异 针对一条铁路规划应考虑满足最高衰减车型覆盖需求,不同车型穿透损耗差异较大 CRH1/3/5型车穿透损耗最大，CRH2最小,专网,CRH2型车,CRH1型车,多普勒频移对覆盖的影
3、响,Page 6,频移大小和运动速度成正比，运动速度越快频偏越大；频偏越大，数据误码率越高 MS靠近和远离基站，合成频率会在中心频率上下偏移 当MS驶向基站方向时，频率增加，波长变短，频偏减小 当MS远离基站方向时，频率降低，波长变长，频偏增大 高速载体上的MS频繁改变与基站之间的距离，频移现象非常严重,多普勒频移：接收到的信号波长因为信号源和接收机的相对运动而产生的附加频移，称为多普勒频移,Page 7,多普勒频移的存在，导致基站和手机相干解调性能降低：350km/h运动速度下900M频段终端等效衰落约1dB，2000M频段等效衰落约4dB 因为对于手机是一倍的多普勒频移，而对基站是二倍的频
4、移。故多普勒频移对手机的影响小于对基站的影响。,1800M比900M频偏大一倍，对基站解调能力影响更大，铁路覆盖建议采用900M频段,铁路网络设备：针对高铁覆盖，基站设备在抗多普勒频移方面需要进一步改善提升。,无线链路若要有效抵抗多普勒频移，无线链路数据速率远超过由多普勒引起信道衰落速率，使无线信道呈现慢衰落特性。GSM理论上能抵抗的多普勒频偏极限为1.3KHZ 根据理论分析和仿真测试，GSM能支持的理论最大时速为600公里,多普勒频移对覆盖的影响,快慢衰落对覆盖的影响,移动通信中信号随接受机与发射机之间的距离快速、不断变化，曲线的瞬时值呈快速变化，称快衰落 根据理论推导，无线信号快衰落最大衰
5、落次数： Ln=2v/ （次/秒）（v为移动速度， 为信号波长），严重衰落时深度达2040dB，这将严重影响信号传播质量,移动速度越快、信号频率越高，无线信号快衰落的次数越多，经历衰落谷底的时间越长，信号质量越差。 如左表为900M频率和1800M频率下，不同车速对应的快衰落的平均速率 快衰落对高铁的影响最严重,Page 9,无线通信通常采取快速功控（功控频率应高于快衰落频率）、RAKE、扩频和加大衰落储备等技术对抗快衰落。,CDMA、WCDMA均能较好对抗快衰落，GSM及TD较差 GSM由于功控频率远低于快衰落的频率，且快衰落速率和列车运行速度成正比，故GSM铁路覆盖小区须关闭功控，尤其是高
6、速铁路覆盖小区。,高铁专网小区必须关闭功控,快慢衰落对覆盖的影响,由于障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但场强中值随地理改变变化缓慢，称慢衰落，又称为阴影衰落 信号强度随时间的变化服从对数正态分布,实际铁路网络规划建设中，应尽量避免基站覆盖方向被障碍物遮挡，保证可视传播 在链路预算过程中,应考虑一定的阴影衰落余量，其取值与扇区边缘通信概率、阴影衰落标准差相关,快慢衰落对覆盖的影响,高速度对重选、切换的影响,一般小区重选需要5秒以上时间，而切换一般3-5秒内可以完成，所以满足重选需求的交叠区可满足切换需求。 重叠覆盖区至少需要满足列车10秒的运行距离，速度越快，所需满足重叠覆盖距离越长。
7、,高速场景下，重选、切换对重叠覆盖距离要求高,重叠覆盖区,10秒,重叠覆盖距离固定的情况下，速度越快越容易产生切换不及时掉话，重选不及时脱网的问题。,左图：因重选不及时导致脱网，手机处于无服务状态 右图：因车速过快，当邻小区电平满足切换条件时，服务小区话音质量已严重恶化，达到7级，导致无法切出而掉话,高速场景下，重选、切换不及时案例,高速情况下出现切换不及时掉话,服务小区电平衰落至-86dBm，有满足切换条件的邻区，但服务小区质量已恶化至7级，无法切出导致掉话,高速度对重选、切换的影响,假设单小区有效覆盖距离为1公里，不同列车时速，穿越单个小区所需要时间如右表。 速度越快，穿越单个小区所需时间
8、越短。当时速达到300Km，每10秒即发生一次服务小区变更。,高速场景下，重选/切换十分频繁,为有效减少重选、切换频次，需增大单小区覆盖率距离，即采用多小区合并技术。,频繁重选/切换造成电平质量波动，导致数据业务下载速率低等问题，影响客户感知；,高速度对重选、切换的影响,7月初京沪高铁开通伊始，大网覆盖下某路段测试指标如下表：,从上表可看出，测试指标与切换/重选间隔相对应：切换重选间隔越长，即切换/重选频次越低，对应的测试指标相对越好 A市、B市测试指标相对C市、D市略好,高速场景下，频繁重选/切换对指标的影响,高速度对重选、切换的影响,解决途径,高架高层干扰的影响,目前高铁大多全程高架，如京
9、沪高铁南京段八成为全封闭高架，高架覆盖无线环境接近于自由空间模型，过覆盖干扰现场严重； 市区高层干扰问题解决依靠选用1800M频点，对于高速铁路并不适合。,专网小区BCCH和TCH频点单独规划，即清出一段专用频点。,铁路专网：容量需求大，利用率低,铁路专网小区容量配置必须满足列车经过时的峰值业务需求，瞬间容量需求较大。 列车经过后，专网小区资源处于相对空闲状态。,高铁小区瞬间高容量需求与资源利用率低矛盾突出,单小区覆盖距离越大，无线资源利用率越高，拉远小区组网方式的无线资源利用率明显高于宏基站组网方式。 发车间隔越小，即单位时间通过的列车数量越多，无线资源利用率越高。 列车平均车速越快，经过单
10、小区时间越短，无线资源利用率越低。,铁路资源利用率分析,以高速列车每10分钟发一列、车速200km/h计算，车辆间距在30公里以上 合并后单小区覆盖距离在8公里左右，小区内列车数量不增加，对小区信道的需求基本没有增加。,根据上述分析，影响铁路小区资源利用率的发车间隔及车速我们无法控制，但可通过增大单小区覆盖距离平衡高资源需求和低无线利用率之间的矛盾。 目前主要通过光线拉远方式将多个站点合并为1个小区来增大单小区覆盖距离,铁路专网：利用率提升手段,铁路资源利用率分析,增大单小区覆盖距离后，铁路覆盖所需总的载频数量会显著下降，从而有效提升无线资源利用率。,某地市京沪老铁路-宏站专网覆盖,铁路专网总
11、体无线利用率相对较低，但仍存在一定拥塞 宏站专网无线利用率低于光纤拉远专网,某地市沪宁城际高铁-光纤拉远专网覆盖,铁路专网：宏站专网、光纤拉远专网资源利用率案例,铁路资源利用率分析,目录,高铁覆盖特点,1,高铁规划原则,2,覆盖设计,频率设计,容量设计,结构设计,参数设计,高铁优化方法,3,覆盖方式分析,高铁覆盖方式分析,使用专网方案,目前全国的高速铁路均采用或正在建设专网,宏基站专网、光纤拉远专网覆盖方式比较,从对比看光纤拉远专网较宏基站专网更有优势，高铁专网应优先选用分布式基站专网,两种专网组网方式特点对比,铁路专网主要类型：宏基站专网、光纤拉远专网（GRRU专网、分布式基站专网）,高铁覆
12、盖方式分析,光纤拉远专网：GRRU专网、分布式基站专网覆盖比较,数字光纤直放站专网,GRRU（光纤直放站）专网与分布式基站专网各有优劣，可根据当地主设备厂家灵活选择,高铁覆盖方式分析,专网覆盖设计-站间距,高铁车体损耗最高约为24dB。根据现网经验，车厢内设计目标电平应为-85dBm,根据链路预算和现网经验：同一信源下的站点间距需1.2公里，信源交界站间距需1公里。,高铁覆盖设计,基站距离铁轨越近： 同一点频偏越大，频率变化越快 铁塔一旦倾倒会影响铁轨 增加高铁2.75万伏高压电安全隐患 对GSM-R互调干扰越大,基站距离铁轨越远： 基站有效覆盖率降低； 与公网的覆盖交叉区增加； 链路环境变复
13、杂；,基站距离铁轨与覆盖关系表,不同基站垂直距离下铁路沿线各点频偏：,结论：为达到最佳高铁覆盖效果，基站与铁路的垂直距离通常建议控制在50m-200m之间,专网覆盖设计-垂直铁路距离,高铁覆盖设计,站间距过大导致未及时切换而掉话案例,某地市铁路专网小区辛丰魏家R与新丰车站R边缘远端距离较远（1.6KM），信号重叠覆盖区域较小，导致CRH1/3型车测试时切换重选衔接风险较高， 左图为某次铁路测试，MS占用辛丰魏家R未能及时切向新丰车站R导致拖死掉话。 铁路专网各小区覆盖范围是否合理很重要，对铁路整体指标的好坏有较大影响。,高铁覆盖设计,长度在300米以下的隧道 使用天馈在隧道两端对打覆盖,长度在
14、300米以上的隧道 在隧道内使用泄漏电缆覆盖,由于进入隧道后隧道外信号电平会迅速衰减，隧道口处信号与隧道内信号必须设置为同一小区，避免在进出隧道时发生切换、重选,专网覆盖方式-隧道覆盖,高铁覆盖设计,专网覆盖方式-车站覆盖设计,高铁覆盖设计,大的停靠站周围基站分布非常密集，要确保上车后能顺利进入专网，这些大网基站都要和覆盖火车站的专网小区做邻区关系，很容易导致专网小区拥塞，这就需要建设火车站分布系统做过渡小区。,大站设置,过渡小区仅覆盖火车站内部，作为火车站大网和专网的唯一连接，有效解决入口专网拥塞 过渡小区和覆盖火车站站前广场的大网做双向邻区 覆盖火车站的专网小区仅和过渡小区做邻区,为确保专
15、网质量，满足高速运动状态下用户通话要求，需重点做好频率规划。专网频点尽量划取一段连续的频点，便于后续管理。,高铁两侧第一层大网小区：所有扇区清除与专网同、邻频； 高铁两侧第二层大网小区：正对或斜对扇区清除与大网同、邻频，背向清除同频 ； 高铁两侧第三层大网小区：正对或斜对扇区清除与大网同、邻频，背向不要求。,专网BCCH和专网TCH分段； 专网BCCH与大网的BCCH频点不能混用，避免重选出专网； 建议专网TCH分成规律的几组，交替使用，确保频点隔离度。,为避免专网和大网之间相互干扰，根据专网频率设置对周边一定范围内大网进行清频,专网频率设计-频率规划原则,专网及周边大网频率规划,高铁频率设计
16、,专网频率设置原则： BCCH划取7个频点（ 87、88、89、90、91、92、93 ） TCH划取15个频点，分成A、B、C三个频率组 A组: 85、79、73、41、35 B组: 83、77、45、39、33 C组: 81、75、43、37、31 对载频配置超过6的借用大网频点,某地市大网频率设置原则： BCCH：48-70共23个频点 TCH：1-46、72-93共68个频点,专网频率设计-频率规划案例,高铁频率设计,虽然900M频段相较1800M频段更适合用于铁路覆盖，但在桥面等特殊环境下，由于水面反射，水面两边无线信号难以控制，900M频率干扰抑制难度较大，综合考虑针对类似场景可选用1800M频率,南京长江大桥桥上使用1800M覆盖，降低干扰,针对铁路桥面等无线信号复杂的区域，使用1800M干净频段进行覆盖,专网频率设计-桥面覆盖频段,高铁频率设计,专网容量设计-高铁沿线,CRH列车额定载客人约650人，按照移动用户渗透率70%计算，两列火车会车时某一基站突发用户为910人；公网用户占比按20%预留 假设
