高速公路优化解决方案

杨金素　高博文　徐永军

通过选取高速公路典型案例，对高速公路进行无线信号传播分析及道路沿线无线环境分析、典型场景覆盖现状分析，并结合防护林对移动通信的影响分析，指出案例存在的问题。最后针对高速公路的特点，给出该场景具体优化手段：覆盖优化、参数优化、邻区优化、频率/扰码优化以及天馈调整等综合解决方案建议。

高速公路 无线信号传播 防护林 优化

大量高速公路的建设给移动通信带来了很大的考验。基于高速公路的特点，如何有针对性地完成移动通信网络的优化覆盖成为研究重点。本文将针对首都机场高速公路的特点，提出优化方案并给出优化解决建议。

1 典型场景概述

首都机场高速的主要路线为北京三元桥至首都机场，这条高速公路与三、四和五环路互相连接。与三条环路的交汇点分别是三元桥、四元桥、五元桥（南皋），另在三元桥和北皋与101国道连接。

机场高速路划分为三条“行车道”和一条“应急车道”。其中，最左侧行车道标注“小客车专用”，最高时速为120km、最低时速为100km；中间行车道最高时速为100km、最低时速为80km；右侧行车道最高时速为100km、最低时速为60km。

采用道路实测方式了解网络现状，测试的路线起点为东直门，途经三元桥、四元桥、五元桥直达T2航站楼全程为20km，具体路线如图1所示：

图1 首都机场高速测试路线示意图

2 高速公路特性分析

2.1 高速移动时的无线信号传播分析

高速移动带来最明显的问题是快衰落。以GSM

900MHz为例，首都机场高速最高时速为120km，当汽车以120km的时速行驶时，衰落速率为358次/秒，根据理论推导，其衰落深度严重时达10～20dB，因此接收的平均信号强度比自由空间或者平地面传播时小得多，可见高速公路的高速运动所产生的高频次深度衰弱严重影响正常通信。

快速的移动性对邻区信号测试的准确性、手机切换的及时性均提出了较高要求，手机必须在重叠区域内及时切换，一旦切换失败后能及时进行第二次切换。

2.2 道路沿线无线环境分析

高速经过的无线环境相对复杂，有城区、郊区、高架桥以及部分路段的防护林等，在空旷的地方信号杂乱，有建筑物阻挡时信号衰减大。

对于防护林阻挡问题，为了能更好地确定防护林的穿透损耗，针对高速进行了实地测试，并根据防护林类型进行抽样分析，从而得出切合实际的防护林穿透损耗参数。具体如表1所示：

表1 防护林穿透损耗取值

类型 5m宽树林损耗（含车体）/dB 20m宽树林损耗（含车体）/dB 50m宽树林损耗（含车体）/dB 100m宽树林损耗（含车体）/dB

GSM1800MHz 8 24 29 27

WCDMA 10 26 31 39

注：设定站点高度高于防护林15m。

对应不同厚度的防护林，其穿透损耗分布如图2所示：

图2 不同厚度的防护林对应穿透损耗分布图

根据实测结果分析，5m防护林的穿透损耗（含车体）仅为8～10dB，高速沿线主覆盖小区可保障信号覆盖质量；无线信号在20m宽树林的损耗会急剧上升，WCDMA频段损耗甚至达到26dB，此时若覆盖高速基站距离较远，则很容易产生弱覆盖；防护林宽度达到50m时，WCDMA网无线损耗值已经达到31dB，超过了高铁车厢损耗值。

通过链路预算，结合COST231-Hata模型分析，考虑CS64K业务连续覆盖，高速基站在不同场景及指标门限覆盖半径如表2所示。

由表2可知，根据不同门限的覆盖要求得出不同场景下的覆盖半径，在乘以2的情况下即可得出不同场景下的站间距规划要求，可以有效指导站点规划。

3 首都机场高速现网

情况分析

3.1 首都机场高速沿线主控小区统计

通过对沿线DT测试及基站信息表整理统计，目前机场高速沿线WCDMA覆盖站点有45个，具体覆盖小区有74个，平均站间距为578m。

机场高速沿线GSM覆盖站点有36个，具体覆盖小区有61个。

3.2 首都机场高速沿线防护林统计分析

首都机场高速防护林分布信息如表3所示。

目前首都机场高速防护林宽度20m以上所占比例达到65%，随着季节变换，防护林会对高速公路网络覆盖率有不同程度的影响，在后续网络规划建设中要多加注意，进行综合考虑。

4 防护林对机场高速影响评估

4.1 实测对比

按照联通集团覆盖率对比（DT测试覆盖率标准GSM为：RxLevel Sub≥-85dBm的比例为90%，WCDMA要求为：RSCP≥-90dBm，Ec/Io≥-12dB的采样点比例为90%），具体如表4所示。

4.2 首都机场高速防护林问题评估总结

通过对首都机场高速联通WCDMA、GSM网络进行测试发现前后指标相差较少，GSM网络覆盖率相差1.45%，WCDMA网络覆盖率相差0.16%。通过对比分析，目前首都机场高速沿线防护林对高速覆盖整体影响不大，但是后续还要长期保持关注。

4.3 防护林问题优化建设思路

（1）防护栏阻挡

通过上文的深度分析以及对防护林的实地调研，结合DT测试问题分析与链路预算，针对防护栏阻挡问题后续网络规划建设思路如下：

◆规划新站点加强覆盖

通过规划新站点来解决防护林阻挡问题引起的弱覆盖，且站距建议参考3G网络链路预算半径进行规划和建设。

◆站点改造或搬迁

对于防护林高度即将超过基站天线高度的站点，可以根据实际情况抬高天线挂高或者站点搬迁来解决。

◆站址尽可能靠近高速公路

建议站址与公路垂直距离为0～80m，同时结合防护林、站距实际情况，站高控制在30～45m。站址选择应尽可能靠近高速公路，在条件允许的情况下，可以将站址建在防护林内侧，紧贴高速公路，复杂情况下可以充分利用公路广告牌、路标指示牌等。

◆采用多种技术手段加强覆盖

对于站间距大于2.5km的防护林阻挡弱覆盖问题，可考虑选用高增益天线、拉远、大功率等综合技术手段加以解决，以节省规划站点的建设投资。

（2）季节性因素影响

通过分析可知，防护林季节性因素对网络覆盖特别是3G网络覆盖影响巨大，针对季节性变化建议在以下方面做好应对措施：

◆优先建设夏、冬两季测试过程中均表现为弱覆盖的区域。

◆通过调整功率、天馈等优化手段（4月至10月加强覆盖，11月至3月恢复之前调整，避免过覆盖），保证夏季正常覆盖。

5 高速公路场景解决方案总结

（1）覆盖优化

覆盖优化主要是通过调整天线的下倾角、方位角、天线高度等增强高速公路上的覆盖，在调整无效时可以采用迁移天馈位置、基站搬迁、RRU拉远共小区或者新增站址方式实现。覆盖优化可以解决弱覆盖、越区覆盖、信号杂乱频繁切换等问题。

通过对机场高速联通GSM、WCDMA网络进行测试可知，越区覆盖是影响网络覆盖的主要因素。

（2）参数优化

参数优化主要是对空闲态参数、切换参数、功控参数进行优化设置，使参数设置适合高速公路的复杂情况。

汽车在经过不同覆盖半径的小区时，需要在边界处及时地重选或者切换到更好小区，否则驻留的小区信号会变差引起接入失败、位置更新失败等问题，不切换则会引发掉话、质量差等问题。为了同时兼顾到小区中慢速移动的用户的通话质量，减少不必要的切换，尽量通过RF手段来解决高速公路上的问题。对于RF不能解决的，可以通过调整参数设置来解决。

（3）邻区优化

高速公路上手机移动的速度较快，邻区要求至少配2层以上邻区，邻区不宜配置过多，否则会影响测量报告准确性。若测量报告准确性差，则有可能使手机切换到信号波动的远距离小区上，引发质量差、切换失败、掉话等问题。

邻区优化可从以下方面入手：

◆过少邻区核查；

◆冗余邻区核查；

◆漏配邻区核查；

◆单项邻区核查；

◆外部邻区数据准确性核查；

◆邻区相关参数设置正确性核查。

（4）频率、扰码优化

通过对机场高速进行测试，梳理主控小区，发现GSM覆盖机场高速主要为GSM1800MHz频段，该频段频点相对较多，出现干扰的几率相对GSM900MHz频段少。对于出现频点、扰码干扰的小区，可以通过调整频点、扰码或者调整天馈控制覆盖来减少干扰。

（5）天线调整

随着无线环境变化，网络站点密度增加，单纯地依靠调整机械下倾角的天线来控制覆盖的方式已无法满足目前无线网络优化需求。机械下倾角最佳下倾角度为1°～5°，当下倾角度在5°～10°变化时，天线波束稍有变形但变化不大；当下倾角度超过10°以后，天线波束形状改变很大。如图3所示：

（a）正常机械下倾角地面辐射图 （b）10°以上机械下倾角地

面辐射图（明显失真）

图3 天线覆盖示意图

由图3可见，天线波束变化明显，整个天线波束不在本基站扇区内，容易造成覆盖区域不均匀，严重影响基站覆盖，加剧系统内干扰，影响网络质量。

因此，建议在后续网络建设中优先选择带有电子倾角的电调天线，天馈优化调整中优先调整电子下倾角，为防止波瓣畸变，对机械倾角过大的小区要进行整治。

6 与高铁覆盖优化之间的

比较

在道路类型的优化解决方案中，高速公路与高铁都属于“线性”覆盖，且都依靠穿透车体来实现覆盖，但两者之间由于车速差异、穿透介质差异，在优化解决方面也会存在一定的差异，具体如表5所示。

7 结束语

高速公路是移动通信覆盖的重点及难点，随着高数据业务的需求日益增多，如何完善高速公路场景的覆盖将更加突出。本文通过对首都机场高速公路的案例进行分析，对比夏、冬季节防护林对网络的影响，综合提出了优化解决方案。由于不同高速公路特点不一致，在实际推广应用中，还需要结合具体情况采取灵活多样的优化手段因地制宜地制定方案。

参考文献：

[1] 张长钢，孙保红，李猛，等. WCDMA无线网络规划原理与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2005.

[2] 王有为，徐志宇，夏国忠. WCDMA特殊场景覆盖规划与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

[3] 苏华鸿，孙孺石，薛锋章，等. 蜂窝移动通信射频工程[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.

[4] 李蔷薇. 移动通信技术[M]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2005.

[5] 张传福，彭灿，苑闻京，等. WCDMA通信网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.★

◆站址尽可能靠近高速公路

建议站址与公路垂直距离为0～80m，同时结合防护林、站距实际情况，站高控制在30～45m。站址选择应尽可能靠近高速公路，在条件允许的情况下，可以将站址建在防护林内侧，紧贴高速公路，复杂情况下可以充分利用公路广告牌、路标指示牌等。

◆采用多种技术手段加强覆盖

对于站间距大于2.5km的防护林阻挡弱覆盖问题，可考虑选用高增益天线、拉远、大功率等综合技术手段加以解决，以节省规划站点的建设投资。

（2）季节性因素影响

通过分析可知，防护林季节性因素对网络覆盖特别是3G网络覆盖影响巨大，针对季节性变化建议在以下方面做好应对措施：

◆优先建设夏、冬两季测试过程中均表现为弱覆盖的区域。

◆通过调整功率、天馈等优化手段（4月至10月加强覆盖，11月至3月恢复之前调整，避免过覆盖），保证夏季正常覆盖。

5 高速公路场景解决方案总结

（1）覆盖优化

覆盖优化主要是通过调整天线的下倾角、方位角、天线高度等增强高速公路上的覆盖，在调整无效时可以采用迁移天馈位置、基站搬迁、RRU拉远共小区或者新增站址方式实现。覆盖优化可以解决弱覆盖、越区覆盖、信号杂乱频繁切换等问题。

通过对机场高速联通GSM、WCDMA网络进行测试可知，越区覆盖是影响网络覆盖的主要因素。

（2）参数优化

参数优化主要是对空闲态参数、切换参数、功控参数进行优化设置，使参数设置适合高速公路的复杂情况。

汽车在经过不同覆盖半径的小区时，需要在边界处及时地重选或者切换到更好小区，否则驻留的小区信号会变差引起接入失败、位置更新失败等问题，不切换则会引发掉话、质量差等问题。为了同时兼顾到小区中慢速移动的用户的通话质量，减少不必要的切换，尽量通过RF手段来解决高速公路上的问题。对于RF不能解决的，可以通过调整参数设置来解决。

（3）邻区优化

高速公路上手机移动的速度较快，邻区要求至少配2层以上邻区，邻区不宜配置过多，否则会影响测量报告准确性。若测量报告准确性差，则有可能使手机切换到信号波动的远距离小区上，引发质量差、切换失败、掉话等问题。

邻区优化可从以下方面入手：

◆过少邻区核查；

◆冗余邻区核查；

◆漏配邻区核查；

◆单项邻区核查；

◆外部邻区数据准确性核查；

◆邻区相关参数设置正确性核查。

（4）频率、扰码优化

通过对机场高速进行测试，梳理主控小区，发现GSM覆盖机场高速主要为GSM1800MHz频段，该频段频点相对较多，出现干扰的几率相对GSM900MHz频段少。对于出现频点、扰码干扰的小区，可以通过调整频点、扰码或者调整天馈控制覆盖来减少干扰。

（5）天线调整

随着无线环境变化，网络站点密度增加，单纯地依靠调整机械下倾角的天线来控制覆盖的方式已无法满足目前无线网络优化需求。机械下倾角最佳下倾角度为1°～5°，当下倾角度在5°～10°变化时，天线波束稍有变形但变化不大；当下倾角度超过10°以后，天线波束形状改变很大。如图3所示：

（a）正常机械下倾角地面辐射图 （b）10°以上机械下倾角地

面辐射图（明显失真）

图3 天线覆盖示意图

由图3可见，天线波束变化明显，整个天线波束不在本基站扇区内，容易造成覆盖区域不均匀，严重影响基站覆盖，加剧系统内干扰，影响网络质量。

因此，建议在后续网络建设中优先选择带有电子倾角的电调天线，天馈优化调整中优先调整电子下倾角，为防止波瓣畸变，对机械倾角过大的小区要进行整治。

6 与高铁覆盖优化之间的

比较

在道路类型的优化解决方案中，高速公路与高铁都属于“线性”覆盖，且都依靠穿透车体来实现覆盖，但两者之间由于车速差异、穿透介质差异，在优化解决方面也会存在一定的差异，具体如表5所示。

7 结束语

高速公路是移动通信覆盖的重点及难点，随着高数据业务的需求日益增多，如何完善高速公路场景的覆盖将更加突出。本文通过对首都机场高速公路的案例进行分析，对比夏、冬季节防护林对网络的影响，综合提出了优化解决方案。由于不同高速公路特点不一致，在实际推广应用中，还需要结合具体情况采取灵活多样的优化手段因地制宜地制定方案。

参考文献：

[1] 张长钢，孙保红，李猛，等. WCDMA无线网络规划原理与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2005.

[2] 王有为，徐志宇，夏国忠. WCDMA特殊场景覆盖规划与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

[3] 苏华鸿，孙孺石，薛锋章，等. 蜂窝移动通信射频工程[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.

[4] 李蔷薇. 移动通信技术[M]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2005.

[5] 张传福，彭灿，苑闻京，等. WCDMA通信网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.★

◆站址尽可能靠近高速公路

建议站址与公路垂直距离为0～80m，同时结合防护林、站距实际情况，站高控制在30～45m。站址选择应尽可能靠近高速公路，在条件允许的情况下，可以将站址建在防护林内侧，紧贴高速公路，复杂情况下可以充分利用公路广告牌、路标指示牌等。

◆采用多种技术手段加强覆盖

对于站间距大于2.5km的防护林阻挡弱覆盖问题，可考虑选用高增益天线、拉远、大功率等综合技术手段加以解决，以节省规划站点的建设投资。

（2）季节性因素影响

通过分析可知，防护林季节性因素对网络覆盖特别是3G网络覆盖影响巨大，针对季节性变化建议在以下方面做好应对措施：

◆优先建设夏、冬两季测试过程中均表现为弱覆盖的区域。

◆通过调整功率、天馈等优化手段（4月至10月加强覆盖，11月至3月恢复之前调整，避免过覆盖），保证夏季正常覆盖。

5 高速公路场景解决方案总结

（1）覆盖优化

覆盖优化主要是通过调整天线的下倾角、方位角、天线高度等增强高速公路上的覆盖，在调整无效时可以采用迁移天馈位置、基站搬迁、RRU拉远共小区或者新增站址方式实现。覆盖优化可以解决弱覆盖、越区覆盖、信号杂乱频繁切换等问题。

通过对机场高速联通GSM、WCDMA网络进行测试可知，越区覆盖是影响网络覆盖的主要因素。

（2）参数优化

参数优化主要是对空闲态参数、切换参数、功控参数进行优化设置，使参数设置适合高速公路的复杂情况。

汽车在经过不同覆盖半径的小区时，需要在边界处及时地重选或者切换到更好小区，否则驻留的小区信号会变差引起接入失败、位置更新失败等问题，不切换则会引发掉话、质量差等问题。为了同时兼顾到小区中慢速移动的用户的通话质量，减少不必要的切换，尽量通过RF手段来解决高速公路上的问题。对于RF不能解决的，可以通过调整参数设置来解决。

（3）邻区优化

高速公路上手机移动的速度较快，邻区要求至少配2层以上邻区，邻区不宜配置过多，否则会影响测量报告准确性。若测量报告准确性差，则有可能使手机切换到信号波动的远距离小区上，引发质量差、切换失败、掉话等问题。

邻区优化可从以下方面入手：

◆过少邻区核查；

◆冗余邻区核查；

◆漏配邻区核查；

◆单项邻区核查；

◆外部邻区数据准确性核查；

◆邻区相关参数设置正确性核查。

（4）频率、扰码优化

通过对机场高速进行测试，梳理主控小区，发现GSM覆盖机场高速主要为GSM1800MHz频段，该频段频点相对较多，出现干扰的几率相对GSM900MHz频段少。对于出现频点、扰码干扰的小区，可以通过调整频点、扰码或者调整天馈控制覆盖来减少干扰。

（5）天线调整

随着无线环境变化，网络站点密度增加，单纯地依靠调整机械下倾角的天线来控制覆盖的方式已无法满足目前无线网络优化需求。机械下倾角最佳下倾角度为1°～5°，当下倾角度在5°～10°变化时，天线波束稍有变形但变化不大；当下倾角度超过10°以后，天线波束形状改变很大。如图3所示：

（a）正常机械下倾角地面辐射图 （b）10°以上机械下倾角地

面辐射图（明显失真）

图3 天线覆盖示意图

由图3可见，天线波束变化明显，整个天线波束不在本基站扇区内，容易造成覆盖区域不均匀，严重影响基站覆盖，加剧系统内干扰，影响网络质量。

因此，建议在后续网络建设中优先选择带有电子倾角的电调天线，天馈优化调整中优先调整电子下倾角，为防止波瓣畸变，对机械倾角过大的小区要进行整治。

6 与高铁覆盖优化之间的

比较

在道路类型的优化解决方案中，高速公路与高铁都属于“线性”覆盖，且都依靠穿透车体来实现覆盖，但两者之间由于车速差异、穿透介质差异，在优化解决方面也会存在一定的差异，具体如表5所示。

7 结束语

高速公路是移动通信覆盖的重点及难点，随着高数据业务的需求日益增多，如何完善高速公路场景的覆盖将更加突出。本文通过对首都机场高速公路的案例进行分析，对比夏、冬季节防护林对网络的影响，综合提出了优化解决方案。由于不同高速公路特点不一致，在实际推广应用中，还需要结合具体情况采取灵活多样的优化手段因地制宜地制定方案。

参考文献：

[1] 张长钢，孙保红，李猛，等. WCDMA无线网络规划原理与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2005.

[2] 王有为，徐志宇，夏国忠. WCDMA特殊场景覆盖规划与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

[3] 苏华鸿，孙孺石，薛锋章，等. 蜂窝移动通信射频工程[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.

[4] 李蔷薇. 移动通信技术[M]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2005.

[5] 张传福，彭灿，苑闻京，等. WCDMA通信网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.★