高铁场景多网协同覆盖方案研究

朱　毅

(江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210019)



高铁场景多网协同覆盖方案研究

朱毅

(江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210019)

摘要:文中通过分析高铁场景覆盖要点，进而对多网协同覆盖方案进行研究，探讨了GSM、TD-SCDMA、TD-LTE网络在高铁场景的性能指标及特点，为高铁场景协同组网覆盖方案提供参考。

关键词：高铁；协同覆盖； TD-LTE

近年来，通过几次大幅度地提速以及高铁在全国各地的大规模建设，我国已成为世界上高铁投产运营里程最长、在建规模最大的国家，铁路的运营速度得到了整体提升。同时LTE技术已成为发展速度最快的移动通信技术，中国移动于2013年底获得TD-LTE牌照后已开始大规模4G商用网建设，加上已规模化的2G、3G网络，形成了多网共存的局面。

1　高铁场景覆盖要点分析

高铁场景列车的快速运行和列车车体的穿透损耗较大等给车体内的无线覆盖带来较大困难，也给网络覆盖带来了巨大挑战。

1.1　车体穿透损耗大

高铁列车采用全封闭车厢结构，车箱体为不锈钢或铝合金等金属材料，车窗玻璃为较厚的玻璃材料，室外无线信号在高速列车内的穿透损耗较大。CRH列车包括多种车型，各车型采用不同的材质结构，车体穿透损耗有所差别，一般都在20～30 dB。在覆盖规划中宜以最大穿透损耗车型作为规划的目标，同时需注意到穿透损耗在电波的入射夹角小于10°时会显著增加。

1.2　高速带来的多普勒效应

列车高速运行时由于多普勒效应，对于射频信号的中心频率产生频率偏差，频移的大小和中心频率、运动速度及运动方向相关。速度越快频偏越大，当车辆动行方向与电磁波传播方向一致时，多普勒效应最为明显。

随着技术的进步，目前各主流设备厂商在基站侧均提出了相应的基站频偏估计和校正算法，相对于静止状态，高速状态下频偏值为1 500 Hz时可改善至只有0.2 dB的性能损失,多普勒效应对网络性能的影响已经降到很低的程度。

1.3　高速带来的频繁切换

列车高速移动将在短时间内穿越多个小区的覆盖范围。高铁列车穿透损耗高，单个物理站点的覆盖距离无法太远，小区的重选切换将更为频繁。在无多RRU小区合并的情况下，列车每10 s左右将进行一次小区间切换。普遍采用RRU共小区技术将单个小区覆盖半径增加为传统方式的数倍，但仍将每几十秒进行一次小区间切换，频繁的小区重选切换将极大降低网络的性能，易产生掉话及寻呼问题。

2　高铁场景多网协同覆盖方案

2.1　专网建设方案及频率设置

传统公网建设方式难以针对高铁的特殊场景进行覆盖、容量、优化配置，沿线性能较差。高铁覆盖一般采用专网方式，保证专网信号在沿线的主导地位。在高铁低速运行且专网建设质量难以保证的区域可以局部采用公网建设方式。

考虑到高铁较大的穿透损耗和随频率升高而影响增大的多普勒频偏，GSM系统优先考虑选取覆盖能力较强的900 M频段，对于无线干扰较严重的城区环境可考虑选用1 800 M； TD-LTE目前仍处于发展初期，现阶段可暂采用F频段开通，后期视业务发展考虑是否增上D频段。TD-SCDMA网络一般作为一种补充的覆盖方式。

2.2　覆盖协同规划

无线网络的覆盖情况主要根据链路预算结果进行规划，链路预算结果取决于发射功率、衰落储备、天线增益、天线挂高、穿透损耗等参数。在典型情况下(GSM：每载波发射功率43 dBm，天线增益20 dBi，终端接收电平要求-90 dBm等；TD：子载波功率12.2 dBm，天线增益18 dBi，终端接收电平要求-110 dBm等)各系统的单向覆盖距离测算情况详见表1。

表1　典型场景不同天线挂高单向覆盖距离

2.3　容量协同规划

若采用专网方式，按普通16节客车双向列车会车的情况估计总客流量约2 228人，对于GSM系统的容量估算以满足语音业务的需求为主。在典型情况下单小区一般至少配置6载波以满足话务需求。

对于TD-LTE系统的容量估算以满足中、高速数据业务的需求为主，分为网络初期及后期两种情况。LTE网络初期，可采用单载波进行初始容量配置，而在后期容量需求较大，需配合载波聚合等方式进行解决。TD-SCDMA一般作为GSM、TD-LTE系统的补充，根据业务需求和其它系统的配置情况合理进行容量规划。

2.4　业务承载切换策略

如何利用中国移动现有的无线网络为用户提供良好的业务质量和客户感知是高铁网络建设的一个关键性问题。以下探讨各业务承载网络选择及切换策略。

(1)基本语音业务切换策略

话音业务属于通信基础业务，直接影响到客户的感知。GSM系统可以完全支持语音业务，TD-SCDMA系统虽然从技术层面优于GSM系统，但高铁场景TD-SCDMA的性能指标与GSM相比有较大劣势，TD-LTE系统目前不支持语音业务。主要的基本语音业务仍需在GSM系统上承载，TD-SCDMA网络作为补充。

(2)高、中速率数据业务切换策略

高铁场景的乘客一般为高端商务用户， 由于GSM系统只能支持低速的业务，对于高、中速率数据业务优先在TD-LTE系统上承载，系统负荷较高时采用TD-SCDMA系统作为补充，尽量避免对GSM网络的占用情况。

(3)低速率数据业务切换策略

根据GSM容量规划结果可以知道GSM的信道资源非常有限。因此对于较低速率的数据业务，优先仍在TD-LTE及TD-SCDMA系统承载，在GSM系统负荷较小的情况下，可承载一些小速率业务。

2.5　共建共享策略

共建共享是指各单位共同建设和共用通信基础设施，实现资源的合理利用。共建共享的范围包括通信杆塔、机房、电源、光缆资源等，由于三家运营商均有自身的高铁专网覆盖需求，需统筹各家需求合理配置杆塔、机房、电源、光缆等可共用的通信基础设施，对于长隧道内的光缆资源等稀缺资源更应共同做好规划，保证多网的共同建设。

3　结束语

在高铁的迅速发展以及TD-LTE 网络的加快建设背景下，高铁场景的多网协同覆盖尤为重要。本文从高铁场景覆盖要点入手，在分析高铁覆盖的特殊性基础上给出了多网协同覆盖建议，对于高铁场景多网协同覆盖有一定的指导意义。

参考文献：

[1]周铁建,常贺. TD-LTE高铁覆盖优化方法探讨[J].电信工程技术与标准化,2014，(1)：16-20.

[2]李丹,庄宏成.高速铁路3G及TD-LTE移动通信关键问题研究综述[J].计算机应用研究,2013,(5):1297-1302.

[3]樊磊. 基于LTE 技术的高铁无线通信覆盖分析[J]. 信息通信,2014,(3):177.

[4]陈伟杰.高速铁路场景TD-LTE 组网的关键问题探讨[J]. 信息通信,2013,(5):164-165.

研制开发

Scheme Study of Cooperative Coverage of Various Networks in High-Speed Railway Situation

ZHU Yi

(Jiangsu Post & Telecommunication Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

Abstract:In this article, key issues in coverage of networks in high-speed railway situation are firstly analyzed. Cooperative coverage scheme of various networks is then studied. Performance criteria and features of GSM, TD-SCDMA and TD-LTE in high-speed railway situation are discussed, which will provide some reference for scheme design of cooperative network coverage in high-speed railway situation.

Key words:high-speed railway; cooperative coverage; TD-LTE

中图分类号：TN914

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0040-02

作者简介：朱毅(1983-)，男，江西吉安人，硕士，工程师，主要从事无线网络规划与设计方向研究。

收稿日期：2014-12-5