郑西高铁陕西境内移动GSM公网覆盖设计

2011-10-27宁伟

中国科技信息 2011年22期

关键词：信号强度铁塔西安

宁伟

中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043

郑西高铁陕西境内移动GSM公网覆盖设计

宁伟

中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043

我国高速铁路普遍采用CRH动车组来输送旅客。由于CRH车体密封性好、损耗高、速度快且郑州至西安客运专线设计时速达350Km/h，从其他高速铁路经验来看，高速对现有网络关键性能指标KPI性能产生严重影响，车厢内公用移动通信质量明显下降。为保证乘客的通信畅通和通信质量，本文制定设计方案对郑西高铁陕西境内部分进行移动专网覆盖。

高速；铁路；GSM；覆盖；设计

现网的铁路覆盖大多采用城乡基站兼顾铁路覆盖的形式，在低速情况下可以满足覆盖要求，但提速后往往不能满足要求。高速对现有网络KPI性能影响主要体现在以下几个方面：多普勒频移现象强烈，信道解码性能降低；列车车体损耗加剧，车厢内场强弱，小区重叠覆盖区域缩短；切换频繁，质量变差，导致掉话率高、接通率较低；重选频繁，影响数据业务的使用；位置更新频繁，信令负荷大。

1.郑西高铁及沿线陕西移动现网概况

郑西高铁陕西段以桥梁为主，其余为隧道和平原，其中桥梁约占整条线路长度的70%左右，隧道4个，长13.798km。目前全线建有一套GSM-R系统，其组网方式为单网交织。

郑西高铁陕西境内沿线有西安移动和渭南移动，两家移动现网设备厂家不同，西安移动为北电和阿朗设备，渭南移动为华为设备。

2.覆盖强度理论分析

2.1 手机在单小区内的最低信号强度需求

根据理论计算，为了手机能发起和建立呼叫，需要的最低信号强度为：

SSreq=MSsens+RFmarg+IFmarg+BL

其中：

MS s en s：手机接收机灵敏度、为-104dBm

RFmarg ：瑞利衰落（快衰落）余量，与“正常”移动的手机相比，快速衰落对高速移动的手机的影响很小，假设为0dB

IFmarg：干扰余量2dB

BL：人体损耗5dB

因此，SSreq =-97dBm

2.2 考虑切换的最低信号强度

随着列车的运行、手机逐渐远离基站，服务小区的信号强度也在衰落。为了保证呼叫建立或者持续通话，手机要在接收的信号强度低于SSreq 前切换到新的小区。也就是说，车内的覆盖目标为：

SSdesire= SSreq+ HOVmargin

其中：

SSreq：-97dBm

HOVmargin：切换时间内的信号衰减余量，手机远离基站而产生的慢衰落。

HOVmargin＝8dB（计算略）；

因此，列车内SSdesire= -97+8=-89dBm。

而车外的信号强度设计目标SSdesign为：

SSdesign= SSdesire +LNFmargin(o+i)+TPL

其中：

LNFmargin(o+i)：正态衰落余量，在市区、室内环境下取值，为13.1dB

TPL：Train Penetration Loss, 火车厢穿透损耗，取24dB

则SSdesign＝-52dBm。

2.3 相邻小区的重叠区域

覆盖重叠长度与列车运行速度、切换时间密切相关，为了提高切换成功率，切换时间按照能完成两次越区切换考虑，即按10s考虑，以适应各种切换情况。列车以350Km/h速度运行，换算每秒行驶距离约为97m，则相邻小区重叠区域为970米。

3.网络设计

3.1 设计要求

在原网覆盖的基础上进行改造，形成链型小区覆盖；

满足切换带的大小要求；

尽量扩大单小区覆盖范围，减少切换次数；

满足列车内的覆盖概率，以及对高速频偏的补偿；

控制越区覆盖，减少干扰；

尽量保证基站和铁路间的距离，减少频偏残留；

尽量利用铁路设施，例如铁塔等，以减少投资。

3.2 覆盖方案选定

从整条铁路状况来分析，郑西客专以桥梁为主，故新建基站的难度较高，投资较大，从节约成本及工程建设的角度考虑，设计中考虑利用铁路铁塔、电力及沟槽等设施。鉴于客观实际情况，并兼顾将来3G覆盖，决定采用布网灵活、设备体积小，省电、易安装的分布式基站解决方案（BBU+RRU）。分布式基站采用射频模块拉远技术，将射频拉远单元(RRU)安装在天线端，通过光纤连接到BBU（基带处理单元）。分布式基站组网如图1所示。

图1 分布式基站组网示意图

3.3 分布式基站方案优点

基站体积小型化，分为基带部分和射频部分，可实现无机房建站；

射频部分靠近天线端，馈缆损耗小，网络性能更优；

配套设施要求低，交流市电供电，配套设施要求低；

施工方便，便于进行网络调整与优化；运行费用低廉，节能减排；

向3G过渡简单方便，只需增加相关板卡。

3.4 规划设计

整条铁路的主覆盖小区形成链条状（即BBU+RRU覆盖区域），用以保证高速铁路用户的正常通信。

根据既有沿线设备情况，西安、渭南每个本地网设置一个BSC（基站控制器）。渭南B S C管理豫陕省界至渭南段的BBU+RRU，西安BSC管理渭南至西安段的BBU+RRU；新设的BSC接入到当地本地网的MSC（交换机），LAC（位置区编码）区相同。BSC和原网BSC之间为跨BSC的正常切换，对现网网络质量影响非常小。以上设计方案BBU都是放置在不同机房，如果出现2个BBU共机房的情况，预留的光纤至少为24芯，留有一定的冗余度。

天馈系统采用两小区、高增益天线方案，采用较小前后比的天线，保证基站下方切换带的要求，天馈高度距铁轨平面25米。

隧道内采用RRU+ LCX（漏泄同轴电缆）进行覆盖。RRU放入GSM-R系统直放站洞室，电源由铁路电力专业供电。LCX采用宽频带LCX，为将来3G覆盖预留条件。

车站由于话务量大，采用宏基站覆盖。由于郑西客专两跨渭河行洪区，行洪区宽度最宽达到4.9Km，为避让行洪区，行洪区采用宏基站覆盖。

铁路GSM-R基站间距约为3.5km，在充分利用铁路基站铁塔的同时，根据地形情况，在两铁塔之间增建一座或二座铁塔，保证RRU间距范围为1～1.6Km，为将来3G覆盖预留条件。工程实际中共享铁路站点 47处，其中共享铁塔36处，隧道内洞室11处。设RRU53套，宏基站9套。

BBU按20个载频配置，每个BBU带5个RRU，每个RRU配置4个载频。全线设备数量如表1所示。