GSM 高鐵兩種不同場景下的覆蓋規(guī)劃方法培訓資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GSM 高鐵兩種不同場景下的覆蓋規(guī)劃方法GSM高鐵覆蓋規(guī)劃目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc3535435521概述PAGEREF_Toc353543552h3HYPERLINKl_Toc3535435532鐵路無線網(wǎng)路設計原則PAGEREF_Toc353543553h3HYPERLINKl_Toc3535435542.1站址規(guī)劃原則PAGEREF_Toc353543554h3HYPERLINKl_Toc3535435552.2基站高度設計原則PAGEREF_Toc353543555h

2、3HYPERLINKl_Toc3535435562.3基站與鐵軌垂直距離設計原則PAGEREF_Toc353543556h3HYPERLINKl_Toc3535435572.4重疊覆蓋區(qū)規(guī)劃原則PAGEREF_Toc353543557h6HYPERLINKl_Toc3535435582.4.1小區(qū)重選對重疊覆蓋區(qū)的要求PAGEREF_Toc353543558h6HYPERLINKl_Toc3535435592.4.2切換對重疊覆蓋區(qū)的要求PAGEREF_Toc353543559h7HYPERLINKl_Toc3535435603高鐵分場景覆蓋規(guī)劃PAGEREF_Toc353543560h7HY

3、PERLINKl_Toc3535435613.1地面行車場景PAGEREF_Toc353543561h7HYPERLINKl_Toc3535435623.1.1覆蓋策略PAGEREF_Toc353543562h7HYPERLINKl_Toc3535435633.1.2覆蓋規(guī)劃PAGEREF_Toc353543563h8HYPERLINKl_Toc3535435643.2隧道場景PAGEREF_Toc353543564h11HYPERLINKl_Toc3535435653.2.1覆蓋策略PAGEREF_Toc353543565h11HYPERLINKl_Toc3535435663.2.2覆蓋規(guī)劃

4、PAGEREF_Toc353543566h11HYPERLINKl_Toc3535435673.2.3鏈路預算PAGEREF_Toc353543567h14HYPERLINKl_Toc3535435684附錄PAGEREF_Toc353543568h16HYPERLINKl_Toc3535435694.1高鐵列車規(guī)格PAGEREF_Toc353543569h16HYPERLINKl_Toc3535435704.2天線選擇建議PAGEREF_Toc353543570h20概述高速鐵路系統(tǒng)的覆蓋和傳統(tǒng)的室外和微蜂窩系統(tǒng)覆蓋有著顯著的差別，主要體現(xiàn)在獨特的傳播環(huán)境、多普勒頻移、鏈路預算、容量規(guī)劃、切

5、換的考慮、移動性管理等多個方面，本文將針對上面提到的覆蓋相關的因素進行討論，給出高鐵覆蓋的解決方案。鐵路無線網(wǎng)路設計原則鐵路系統(tǒng)大部分是鏈狀結構，只有在鐵路的交匯處才會形成網(wǎng)狀結構，所以高速鐵路特殊的移動環(huán)境和高鐵特殊的業(yè)務需求都應在無線規(guī)劃中考慮到。站址規(guī)劃原則通過新增站址和基站在現(xiàn)網(wǎng)基礎上建設一層高鐵專網(wǎng)，針對高鐵鐵路運行特性采用相應的規(guī)劃，通過網(wǎng)路結構的設置和參數(shù)的調整，使車內(nèi)用戶由專網(wǎng)覆蓋，這樣在滿足通話需求的同時可以提供可靠的通話質量、系統(tǒng)指標，降低和其它基站之間的切換、重選、位置區(qū)/路由區(qū)更新?；靖叨仍O計原則為了提高基站的覆蓋效率，建議新建基站的天線高度高于軌道30m?；九c鐵軌

6、垂直距離設計原則傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡所支持的移動速度一般為200Kmh，隨著鐵路運營速度的大幅提升，對GSM網(wǎng)絡性能帶來了較大影響，最直接的就是高速導致的頻偏效應，即多普勒頻移。多普勒頻移簡而言之就是接收機靠近信號發(fā)射源時，接收到的信號頻率變高；遠離信號發(fā)射源時，接收到的信號頻率變低。設發(fā)射機發(fā)出的信號頻率為（f發(fā)），接收機接收到的信號頻率為（f收），發(fā)射機與接收機之間的相對運動速度為V。公式：f收（cv)/f發(fā)fd。其中c為電磁波在自由空間的傳播速度：3108米秒。fd即為多普勒頻移，fd的大小取決于信號波長及相對運動速度V。由fdv/得出：當接收機與發(fā)射機之間以每秒一個波長的速度作相對運動時，

7、所產(chǎn)生的多普勒頻移即為1Hz。接收基靠近基站，f收變大；接收機遠離基站，f收變小。圖2-1多普勒頻移下圖是在不同車速下900M/1800M的頻偏測試結果：車速（km/h）頻偏（Hz）200250300350400450500550600900M頻段1672082502923333754174585001800M頻段3334175005836677508339161000考慮入射因子（900M）118147177206235265295324354考慮入射因子（1800M）235295354412472530589648707表2-1不同頻段在同速度下頻偏測試結果入射因子為假設入射信號與車體呈4

8、5度角，實際高鐵運行中，移動臺和發(fā)射機之間必然存在角度，因此需要考慮入射角對頻偏的影響。根據(jù)下圖可以看出，因為，中的存在，運行在小區(qū)邊緣的火車頻偏最大，變化較慢；而在經(jīng)過基站近段0點時頻偏最小，但頻偏變化最大。下面為一組典型參數(shù)：=1000m，=900MHz，=600km/h。以及分別給出了在100m、80m、60m、40m、20m時的仿真曲線。圖表22高鐵模型的頻偏曲線（900MHz，600km/h）為了減少多普勒頻移對網(wǎng)絡性能的影響，在沒有AFC（自動頻率校正）算法保證的前提下，應遠離鐵路建站，且盡量避免天線覆蓋方向和鐵路平行。在移動臺和發(fā)射機存在直射徑的場景，需要分析值和殘留頻偏的影響。

9、仿真結果如下：圖表23不同高鐵速度下1階環(huán)AFC殘留頻偏圖（900MHz，F(xiàn)cut=2Hz)根據(jù)以上的理論推算結果得出，如果城區(qū)的目標時速為300km/h，在30米以上就可以保證頻偏殘留在0.1ppm的范圍內(nèi)。如果目標時速為450km/h，在70米以上就可以保證頻偏殘留在0.1ppm的范圍內(nèi)。在現(xiàn)實中，由于AFC的頻偏殘留會降低信道解調性能。但是，頻偏的時變區(qū)都停留在基站的盡端，電平信號強度較好，完全可以對抗一定頻偏的影響。時速（km/h）150300450600最短距離（m）104050100表格22基站和鐵路間的距離規(guī)劃表重疊覆蓋區(qū)規(guī)劃原則因為列車在高速運行過程中，預留給用戶做切換和重選的

10、時間很短，所以為了保障用戶在高速過程中的切換和重選能順利進行，必須要求兩個小區(qū)之間有足夠的重疊覆蓋區(qū)域，信號檢測時間、測量值平均時間、切換/重選執(zhí)行時間、安全余量等都必須考慮在內(nèi)，這也是我們在站址選擇、覆蓋規(guī)劃前必須要考慮的原則之一。小區(qū)重選對重疊覆蓋區(qū)的要求小區(qū)重選規(guī)則中，當手機測量到鄰小區(qū)C2高于服務小區(qū)C2值且維持5秒鐘，手機將發(fā)起小區(qū)重選。在跨位置區(qū)處，則鄰小區(qū)C2必須高于服務小區(qū)C2與CRH設置值的和且維持5秒鐘，手機發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。所以，手機會在兩個相鄰小區(qū)重疊覆蓋區(qū)的中間開始計時，最少要超過5秒鐘后，開始小區(qū)重選。即小區(qū)的重疊覆蓋區(qū)最少要滿足10秒的火車運行時間。時速（k

11、m/h）200250300350400450500550600對應的重疊覆蓋區(qū)大?。╩）55669483397211111250138915281667表2-3滿足重選要求覆蓋重疊區(qū)列表切換對重疊覆蓋區(qū)的要求首先是快速切換算法觸發(fā)時間估算如下：（下面描述時間根據(jù)門限缺省設定值）測量報告濾波時間2秒，P/N準則觸發(fā)切換時間2秒，切換倒回時間12秒，二次切換時間2秒（與一次切換時間相同）。一次切換時間為：測量報告濾波時間P/N準則觸發(fā)切換時間224秒；二次切換時間為：測量報告濾波時間P/N準則觸發(fā)切換時間切換倒回時間二次切換時間2222=8秒；以上為理論分析值，實際情況需要增加一些保護時間，因此完

12、成2次快速切換的時間為810秒。例如：考慮二次切換時間為8秒，那么在車速為350km/h時，切換的大小為：350000*8/3600=778米。根據(jù)不同的車速計算出的切換要求的重疊覆蓋區(qū)如下：時速（km/h）2002503003504004505005506008S對應的重疊覆蓋區(qū)大?。╩）444556667778889100011111222133310S對應的重疊覆蓋區(qū)大?。╩）55669483397211111250138915281667綜上所述，考慮MS切換和重選對切換帶的要求，在覆蓋規(guī)劃中以10s為標準進行重疊覆蓋區(qū)規(guī)劃。如果我們短期以450km/h為高速覆蓋目標，那么兩個小區(qū)間的

13、切換帶要達到1250米。一般切換判決會從重疊區(qū)開始，兩個平行鐵路覆蓋的基站間間距要減少1250米。高鐵分場景覆蓋規(guī)劃地面行車場景覆蓋策略地面行車場景又包括普通行車路段和車站，在這種場景下，由于高鐵列車車體損耗較大，傳統(tǒng)覆蓋在鐵路上的覆蓋電平不足，嚴重影響用戶的通話質量和數(shù)據(jù)業(yè)務由于未來高鐵速度較高，一般不建議兼顧公網(wǎng)用戶，而是建設高鐵專網(wǎng)進行專項覆蓋，基于以上的分析，建議采用RRU共小區(qū)配合低矮建站+功分天線進行建設。覆蓋規(guī)劃覆蓋規(guī)劃同時考慮鏈路預算、容量規(guī)劃、產(chǎn)品級聯(lián)能力、頻率規(guī)劃、公網(wǎng)話務滲透、優(yōu)化難度。RRU可以采用單RRU+功分天線雙方向覆蓋，又稱為復合小區(qū)，或者單RRU+單天線單方向

14、覆蓋，如下圖：一般建議在城區(qū)場景下單個RRU共小區(qū)長度小于3公里、郊區(qū)RRU共小區(qū)長度小于5公里、農(nóng)村RRU共小區(qū)長度小于7公里。一般建議在鐵路兩邊30100米，新建1530米抱桿形成專網(wǎng)覆蓋層。天線下傾角計算公式其中：下傾角；：天線垂直半功率角；H：天線高度（m）；D：覆蓋半徑（m）。由于周邊公網(wǎng)用戶可能滲入高鐵專網(wǎng)，建議盡量避免過覆蓋。下傾角=arctan（站高/覆蓋距離）+天線垂直半功率角/2。天線增益=10log（32400/（水平半功率角度垂直半功率角度）一般站高15米、覆蓋距離700米、天線增益21度、水平半功率角30度，可以大致得到下傾角5度。鏈路預算：假設采用RRU每載波功率4

15、1dBm（13W），采用21dBi高增益天線功分天線，站高15m，車體損耗24dB，區(qū)域覆蓋概率95%的條件進行計算。LinkBudegtULDLSectortype2SectorMax.transmitpower(dBm)3341.1CablelossTx(dB)-1AntennagainTx(dBi)021EIRP(dBm)33.057.6ExternalCombinerLoss(dB)3.5AntennagainRx(dBi)21.00.0AntennadiversitygainRx(dB)3.00.0CablelossRx(dB)1-Receiversensitivity(dBm)-1

16、13.0-104.0Min.requiredRXlevel(dBm)-85.0Penetrationloss(dB)24.0Slowfadingstandarddeviation(dB)6Areacoverageprobability95.0%Edgecoverageprobability83.13%Slowfadingmargin(dB)5.76Allowedmaxpathloss(dB)116.74112.84MSantennaheight(m)2BTSantennaheight(m)15Frequencyband(MHz)900PropagationmodelusedOkumuru-Ha

17、taCellradius(km)0.750.59表格STYLEREF1s4SEQ表格*ARABICs11900MH在RRU功分天線鏈路預算如果采用功分天線（每載波13W輸出），則理論覆蓋半徑590米。如果采用單方向單位置組（每載波13W輸出），則理論覆蓋半徑740米。城區(qū)場景高架鐵路接收到周邊較多信號干擾，一般建議采用1800MHz頻段組網(wǎng)。LinkBudegtULDLSectortype2SectorMax.transmitpower(dBm)3040CablelossTx(dB)-1AntennagainTx(dBi)021EIRP(dBm)30.056.5ExternalCombiner

18、Loss(dB)3.5AntennagainRx(dBi)21.00.0AntennadiversitygainRx(dB)3.00.0CablelossRx(dB)1-Receiversensitivity(dBm)-113.0-102.0Min.requiredRXlevel(dBm)-90.0Penetrationloss(dB)25.0Slowfadingstandarddeviation(dB)6Areacoverageprobability95.0%Edgecoverageprobability83.13%Slowfadingmargin(dB)5.76Allowedmaxpath

19、loss(dB)119.74115.74MSantennaheight(m)2BTSantennaheight(m)15Frequencyband(MHz)1800PropagationmodelusedCost231-HataCellradius(km)0.500.39表格STYLEREF1s4SEQ表格*ARABICs121800MH在RRU功分天線鏈路預算如果采用功分天線（每載波10W輸出），則理論覆蓋半徑390米。如果采用單方向單位置組（每載波10W輸出），則理論覆蓋半徑490米。注意此處前提條件是1800MHz采用專用頻點，考慮頻段干擾較小，保證車內(nèi)-90dBm的最低下行接收電平。注

20、意：RRU型號、載波數(shù)目、天線增益、站高、覆蓋概率、車體損耗不同，預算結果不同。不同車型的穿透損耗如下：隧道場景覆蓋策略由于高鐵列車車體損耗較大，在隧道內(nèi)高速運行產(chǎn)生巨大氣流，不適合采用分布式天饋的安裝，而且傳播模型存在列車時的傳播模型尚不清楚。一般采用泄漏電纜進行覆蓋，天饋安裝高度一般在車窗上方位置的隧道墻壁。采用RRU共小區(qū)配合泄漏電纜成為隧道覆蓋主要方式，切換區(qū)域控制在隧道外。覆蓋規(guī)劃如果隧道長度較短（1個共小區(qū)覆蓋長度以內(nèi)）且隧道內(nèi)與隧道外站點存在光纖路由，建議隧道出口的基站和隧道內(nèi)組成一個共小區(qū)，使小區(qū)間切換在隧道外及早完成，避免高鐵列車快速進入隧道可能導致的掉話或切換失敗。若隧道長

21、度無法滿足兩個隧道口外基站和隧道內(nèi)成為一個小區(qū)，盡量選擇一側隧道外基站進行共小區(qū)組合，示意圖如下所示。圖表1短隧道覆蓋示意圖隧道長度在一個RRU共小區(qū)覆蓋長度以內(nèi)，則小區(qū)間切換需在兩個隧道口外完成，隧道口外墻安裝板狀天線進行覆蓋，示意圖如下所示。圖表2中等隧道覆蓋示意圖隧道長度大于一個RRU共小區(qū)覆蓋長度，則需要多個RRU共小區(qū)在隧道內(nèi)進行覆蓋，當前一個BBU下僅支持一個RRU共小區(qū)，示意圖如下所示。圖表3長隧道覆蓋示意圖若存在施工條件，可以將上圖中隧道出/入口外兩側的基站同隧道出/入口的RRU合并成一個小區(qū)，可以降低高鐵列車進出隧道的掉話風險。連續(xù)短隧道組成的隧道群，若隧道間距較小，建議采用

22、泄漏電纜覆蓋隧道間空隙段（需咨詢當?shù)厥欠窨刹捎茫?，示意圖如下所示。圖表STYLEREF1s4連續(xù)隧道覆蓋示意圖1若連續(xù)隧道間距較大，則采用隧道口安裝天線進行覆蓋，示意圖如下所示。圖表5連續(xù)隧道覆蓋示意圖2鐵路隧道場景使用DC-BLOCK解決方案在鐵路隧道場景，通常使用泄漏電纜來實現(xiàn)隧道內(nèi)信號的均勻覆蓋，由于泄漏電纜與電力機車的供電電線在隧道內(nèi)平行布放，因為長線的耦合效應，會在泄漏電纜上產(chǎn)生很高的耦合電壓與電流，容易對基站設備造成危害。要求當華為基站（包括所有型號）用于鐵路隧道（不包括城市軌道交通）與泄漏電纜一起使用時，必須使用DC-block器件進行防護，否則基站存在損壞的可能。DC-BLOC

23、K推薦使用RFS公司的DC-BLOCK-4-NMF。圖表5DC-BLOCK-4-NMF元器件圖表6DC-BLOCK-4-NMF元器件技術指標鏈路預算一般泄漏電纜中僅采用某一移動通信制式時，采用收發(fā)共纜；若多系統(tǒng)合路則需要考慮系統(tǒng)間干擾共存，現(xiàn)有多系統(tǒng)合路器無法滿足設計需求，則需要使用收發(fā)分纜建設。收發(fā)分纜和收發(fā)共纜的鏈路預算方法一致。泄漏電纜覆蓋鏈路預算計算方法如下：車內(nèi)覆蓋電平RRU機頂發(fā)射功率1/2跳線損耗電橋損耗空間耦合損耗漏纜百米損耗L/100車體損耗寬度因子錯車余量其中：RRU機頂發(fā)射功率：按照不同的RRU、載波數(shù)決定；電橋損耗：RRU處于中間位置向兩邊連接泄漏電纜進行覆蓋，需要電橋

24、或功分器；空間耦合損耗和泄漏電纜傳輸損耗：同具體泄漏電纜指標相關；車體損耗：若泄漏電纜安裝于高鐵列車車窗高度，則移動臺同泄漏電纜保持直視路徑，車體損耗較僅考慮玻璃窗即可。實際由于安裝位置可能在車窗斜上方，用戶不一定存在直射徑。寬度因子：10log（D/2)，D為接收機距離泄漏電纜垂直距離（2m）。錯車余量：考慮兩列火車平行的錯車的余量，該值為工程經(jīng)驗值。其他設計余量如下表所述：場景高鐵列車（dB）快衰落余量1干擾余量0車體損耗（包含人體損耗）20兩車相錯余量5表格1泄漏電纜其他設計余量其中：泄漏電纜輸入功率，RRU機頂輸出功率減去電橋及跳線損耗為泄漏電纜輸入功率：泄漏電纜饋線損耗；：泄漏電纜耦

25、合損耗；：設計目標電平，假設移動臺距離泄漏電纜2m處，寬度因子即為0；：各種余量總和=快衰落余量+干擾余量+車體損耗。鐵路隧道（單線），Margin=21dB其中：泄漏電纜輸入功率（dBm）單線鐵路隧道覆蓋距離（m）復線鐵路隧道覆蓋距離（m）2510007732811369093213181091351455122736.81536130938159113644117271500表格2泄漏電纜覆蓋距離注：上表的覆蓋距離是距離泄漏電纜2m處的鏈路預算。若考慮dm（d2m）處的場強，則需要加入寬度因子10log（d/2)余量；復線鐵路隧道覆蓋距離考慮了兩列列車相錯5dB余量的情況。泄漏電纜輸入功率（dBm）單線鐵路隧道覆蓋距離（m）復線鐵路隧道覆蓋距離（m）257275002886463632104581835118295536.81264103638131810914114551227表格3泄漏電纜覆蓋距離（考慮寬度因子和錯車因子）注：上表考慮在泄漏電纜饋線徑向8米處，10log（8/2)=6dB余量。復線鐵路隧道覆蓋距離考慮了兩列列車相錯5dB余量的情況。附錄高鐵列車規(guī)格現(xiàn)有中國高鐵列車規(guī)格高鐵列車型號CRH1CRH2CRH3C