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1、高速铁路专网设计与优化中国移动通信集团上海有限公司目录一、摘要4关健字：4二、课题研究背景42.1 铁路提速42.2 CRH简介4三、高铁专网设计方案53.1专网设计目标53.2列车穿透损耗测试53.2.1 T型列车测试53.2.2 K型列车测试63.2.3庞巴迪列车测试73.2.4 CRH2测试73.2.5测试小结83.3重叠覆盖距离估算83.3.1 手机重选与切换83.3.2列车时速与重叠覆盖距离93.4传播模型采用93.4.1传播模型简介103.4.2传播模型校正原理及方法103.4.2.1 SPM校正原则103.4.2.2 SPM校正流程113.4.3传播模型应用133.5话务模型分析
2、173.5.1列车话音业务估算方法173.5.2列车数据业务估算方法193.6天线选择233.7站台与大网的衔接24四、高铁专网组网方案244.1专网小区组成244.1.1已建宏站采用方案244.1.2 新增宏基站建设方案254.1.3直放站方案254.2专网吸收周围大网话务预估274.3各厂商BSC承载能力274.4 BSC归属和LAC设置原则284.5切换关系设置原则30五、高铁专网优化方案315.1专网频率规划原则315.2专网信道配置原则315.3小区参数设置原则325.4切换参数设置原则33六、技术方案总结33一、 摘要铁路大提速后，为保证乘客的通信畅通和通信质量，特制定高速铁路专网
3、建设与优化技术方案。本方案立足于铁路专网设计总体目标，重点解决铁路提速后手机用户通信时发生的切换混乱、接通率低和掉话等现象，为此提出了高速铁路组网方案，包括位置区划分、基站配置和BSC归属等，并结合实际情况制定了相应的优化方案，包括专网频率规划和专网小区无线参数设置原则等。方案特别关注铁路提速后引入的动车组列车，对各种列车的穿透损耗进行了测试与分析，通过引入标准传播模型以及对地貌因子的校正，为基站位置和天线放置位置的正确选择提供了依据；同时通过建立行驶列车中乘客的话务模型和数据业务模型，提出了各专网小区的载频配置原则。方案所提及关键技术和指导原则均在沪宁铁路（上海段）专网覆盖建设中得到应用，效
4、果明显，表明此方案对于铁路专网建设具有指导性、实用性和有效性。关健字：高速铁路、穿透损耗、传播模型、话务模型、网络规划、网络优化二、 课题研究背景2.1 铁路提速随着城市经济的发展，铁路运输系统承担起越来越多的客流运送任务。自2007年4月18日起，中国铁道部将进行第6次列车提速。届时，列车时速将提升至200公里，而京哈、京沪、京广、胶济等提速干线部分区段可达到时速250公里。2.2 CRH简介在本次铁路提速的同时，铁道部引入了CRH这一新型列车，该列车全称为“中国高速铁路列车”，CRH是（ChinaRailwayHigh-speed）英文字母的缩写。该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和C
5、RH5这4个种类，其中，CRH1、2、5均为200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h）。 CRH3为300公里级别（营运速度330KM/h，最高速度380KM/h）。而CRH2具有提升至300KM级别的能力。表1：CRH列车基本信息表列车类型运营速度最高速度载客人数列车长度列车材质CRH1200KM/h250KM/h670213.5M不锈钢CRH2200KM/h250KM/h610201.3M中空铝合金车体CRH3330KM/h380KM/h暂无200.0M暂无CRH5200KM/h250KM/h604205.2M中空铝合金车体三、 高铁专网设计方案3.1专网设计目标列车
6、中的用手机用户进行通信时，由于受到高速移动过程中的快衰弱影响，列车材质对无线信号衰减的影响，往往会发生切换混乱，无法接通，掉话等现象。另外，由于组网过种中涉及的位置区过多，在LAC边界处又会由于大量位置更新而造成SDCCH溢出。因此，铁路专网设计的目的就是在克服上述影响的情况下，提高通信质量，从而提高用户感知度。因此，本次专网设计的目标值为列车内电平强度达到(-85dBm-80dBm)，DT指标尽量达到集团要求的城市DT测试标准。3.2列车穿透损耗测试高铁专网设计中，首先要对各列车类型做相关的穿透损耗测试，以穿透损耗最大的车种作为设计基础，来确保用户在各种车型中都可以获得正常的通话电平值。为此
7、，我们对铁路上海段行驶的T型列车、K型列车、庞巴迪列车和子弹头CRH2型列车逐一做了相关测试工作。其中测试发信工具采用爱立信发设设备、定向天线支架和衰减器，该设备安装在列车外空地上；测试收信设备采用SAGEM OT290，该设备将在车厢外及车厢内多点处进行接收采样，从而比较出车厢内外的电平值差异。3.2.1 T型列车测试图1：T型列车测试平面图表2：T型列车测试结果车厢类型位置接收电平(dBm)衰耗值(dB)硬座车厢a点-600a1点-7515b点-600b1点-611b2点-7212c点-610c1点-610c2点-7413T型列车车窗比较大，车窗玻璃衰耗很小，衰耗约为 2dBm；车内综合衰
8、耗(人体、座椅等)约为10dB；播音室损耗16dB。3.2.2 K型列车测试D图2：K型列车测试平面图表3：K型列车测试结果位置 接收电平(dBm)衰耗值(dB)硬座车厢A点-600A1点-7616D点-8020B点-610B1点-632B2点-7211C点-620C1点-642C2点-7412软卧车厢E点-610E1点（门开）-676普通K型列车窗玻璃衰耗约为3dB；车内综合衰耗(人体、固定物)约为10dB；值班室或播音室衰耗约为16 dB；卧铺车厢车体衰耗约为7dB，卧铺车厢门衰耗约为7dB。3.2.3庞巴迪列车测试图3：庞巴迪型列车测试平面图表4：庞巴迪型列车测试结果车厢类型位置接收电平
9、(dBm)衰耗值(dB)软卧车厢A点-530C点-7017F点(门开)-7421F点(门关)-7724B点-520D点-7220E点(门开)-7624E点(门关)-7927庞巴迪车体衰耗约为17 dB，车厢内空间衰耗约为4 dB（相比T和K型列车，车厢内的人非常少），卧铺车厢门衰耗约为3 dB。3.2.4 CRH2测试图4：CRH2型列车测试平面图表5：CRH2型列车测试结果车厢类型位置接收电平(dBm)衰耗值(dB)软座车厢A点-490C点-501E点-6011B点-530D点-552F点-629车体衰耗约为1dB，通过模拟测试发现CRH列车车体基本没有损耗。车厢内空间衰耗约为10 dB（相
10、比T和K型列车，损耗也较小）。3.2.5测试小结通过对上述4种类型的列车进行穿透损耗测试，可以发现新型CRH列车的穿透损耗未高于庞巴迪列车，因此上海段的专网设计中，假如要求车厢内提供用户通信的电平值要达到-85dBm以上，则列车车厢外的覆盖电平需达到-60dBm。表6：各车型穿透损耗总结车型普通车厢（dB）卧铺车厢（dB）播音室中间过道（dB）综合考虑的衰减值T型列车121612K型列车13141614庞巴迪列车2424CRH2列车1010专网设计采用值24注：铁路上海段目前行驶的CRH仅为CRH2型，其它类型的CRH穿透损耗需按实际情况重新测试。3.3重叠覆盖距离估算3.3.1 手机重选与切
11、换在GSM通信事件中，小区重选与小区切换需要一定的时间来完成接续工作。其中小区重选规则中，当手机测量到邻小区C2高于服务小区C2值且维持5秒钟，手机将发起小区重选，若在跨位置区处，则邻小区C2必须高于服务小区C2与CRH设置值的和且维持5秒钟，手机发起小区重选和位置更新。而在小区切换过程中，通常测量报告在经过设定的SACCH窗口值平滑后，经BSC判断，将发起小区切换，而整个切换的时间取决于SACCH的设置值，该值通常设为8。表7：小区重选与小区切换通信事件满足条件估算时长小区重选C2（邻）C2（服务）且时间达到5秒5秒位置更新C2（邻）C2（服务）CRH（服务）且时间达到5秒5秒小区切换rxl
12、ev(邻）rxlev(服务）且时间达到给定的SACCH设定值小于5秒3.3.2列车时速与重叠覆盖距离我们在研究专网小区重叠覆盖区域的同时，假定重叠区域覆盖是均匀的。在左图中，点A、C和点B、D分别是两个小区的边界，E点为两小区RxLev等值点。BC段为两小区重叠覆盖距离。取小区重选与小区切换较长的时间（5秒钟）作为计算基础，若列车由小区1行驶至小区2，则列车在EC段之内必须完成小区重选或小区切换，因此重叠覆盖距离BC段的列车行驶时间为10秒钟，按照公式：在列车在市区时的进站和出站时由于是变速行驶，我们给出的平均速率为180KM/h，折50M/s；在列车均速行驶时，按照其运营速率200KM/h，
13、折算等于55M/s；按照其最大速率250KM/h，折算等于70M/s。因此专网小区的最小重叠覆盖距离为市区内平均330M，市区按运营速率计算为550M，按最大速率计算为700M。表8：专网小区重叠覆盖距离区域市区内市区外运营速率最大速率最小重叠距离500M550M700M建议设计的重叠距离600M660M840M3.4传播模型采用在无线规划中，采用合适的传播模型可以准确地预估所需要的基站数量以及覆盖强度，而在铁路专网的设计中，我们采用的传播模型是ALCATEL A9155 V6中的标准传播模型（SPM模型）。3.4.1传播模型简介ALCATEL A9155 V6中的标准传播模型（SPM模型）以COST231-Hata经验模型为基础，可用于150-2000MHz的无线电波传播损耗预测，作为无线网络规划的传播模型工具，具有较好的准确性和实用性。SPM传播模型SPM模型的数学表达形式是： （式1）表9：SPM模型各系统含义系数说明默认值K1频率相关因子12.4K2 距离衰减因子44.9K3基站发射天线有效高度相关因子5.83K4衍射计算相关因子0K5发射天线有效高度和传播距离相关因子-6.55K6移动台接收天线有效高度相关因子0Kclutter地貌相关因
