高速铁路覆盖技术方案

1哈大、长吉城际铁路吉林段专网覆盖技术方案中国移动通信集团吉林有限公司2009年12月2目录二•专网建设的必要性分析三•分布式基站建设方案四•BSC设置方案五六•城际铁路建设背景一•技术原理及解决方案•难点分析七•投资估算3一城际铁路建设背景全国铁路发展概况吉林省高速铁路概况高铁对无线网络影响4城际铁路建设背景之2007年4月18日中国铁路第六次大提速——最高时速由160公里提高至250公里，2008年８月1日开通的京津城际铁路最高时速更是高达350公里！主要路段：京哈线（北京-哈尔滨）京广线（北京-广州）京沪线（北京-上海）京九线（北京-深圳）陇海线（连云港-兰州）浙赣线（杭州-株洲）兰新线（兰州-乌鲁木齐）广深线（广州-深圳）胶济线（济南-青岛）武九线（武汉-庐山）宣杭线（宣城-杭州）成渝线（成都-重庆）第六次铁路大提速后，京沪、京广、陇海、浙赣、广深等干线时速达200公里，京哈、京广、京沪、胶济线部分区段时速达到250公里。至此我国铁路时速120公里及以上线路延展里程达到2.2万公里，比第五次大提速增加6000公里。其中，CRH高速铁路延展里程达到6003公里。08年底，全国铁路有480列CRH列车运行，覆盖全国17个省、直辖市。这意味着中国铁路将以此为起点，将进入全新的高速列车时代。全国铁路发展概况5城际铁路建设背景之吉林省高速铁路概况长吉城际铁路，于2007年5月13日开工建设，计划于2010年通车，通车之后，长春到吉林之间乘坐火车仅需30分钟。由长春站始发，终点站为吉林站，正线全长109公里，共设7个车站,包括长春、龙嘉机场、新吉林站、吉林站4个车站，预留空港新城、西营城子、新梯厂3个车站，其中约32%为高架线路，设计时速200公里，预留250公里，总投资86亿元。这条铁路建成后，将极大地缩短两市之间的时空距离，使长春至吉林之间乘火车的时间由两小时左右压缩至３０分钟左右。目前长吉城际铁路桥墩全部浇筑完成，已经从桥梁基础施工转入上部结构施工。6城际铁路建设背景之吉林省高速铁路概况哈大铁路客运专线是国家“十一五”规划的重点建设工程项目之一。2007年8月23日正式开工建设，预计2013年完全竣工，部分路段可能于2010年左右完工并投入使用。客运专线全长904公里，总投资额约为980亿元。最高时速可达350公里以上，开通平均时速200公里。途径东北3省4个副省级城市和6个地级市23个站点。我省境内277.28公里，投资约244.64亿元。省内共新建新扶余、新德惠、新长春、新公主岭、新四平等5个站点。其中高架桥达2/3以上，平均高度4.2m,最高22m，专线宽度18m。目前，高架桥建设工程已完成70%，铁路架设工程完成60%，新车站正在建设之中。7城际铁路建设背景之高铁对无线网络影响目前，国内运行在高速铁路上的列车类型主要有动车组列车、庞巴迪列车。下表为国内运营的四种动车组列车基本概况，其中CRH1型动车组为庞巴迪列车。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/h670213m不锈钢CRH2200km/h250km/h610201m中空铝合金车体CRH3330km/h380km/h557200m轻型铝合金CRH5200km/h250km/h604205m中空铝合金车体不同型号动车组列车基本概况:根据测试统计，庞巴递列车穿透损耗为20～30dB（典型值为24dB），其他型号动车组及普通快客列车穿透损耗为5～10dB。由于庞巴迪列车穿透损耗最大，因此在制定覆盖方案进行链路预算时，以庞巴迪列车24dB的穿透损耗为基础进行计算，因为满足庞巴迪列车的覆盖要求，必然可以满足其他类型列车的覆盖要求。8城际铁路建设背景之高铁对无线网络影响城际铁路吉林段运行的列车主要以CRH列车为主，由于列车的高速移动以及列车的车体损耗大，对现有无线网络造成以下一些问题：列车内场强弱，小区间重叠覆盖区域缩短；用户通话接通率低，质量差；切换频繁，掉话率高；GPRS/E-GPRS重选频繁，影响数据业务的使用；位置更新频繁，信令负荷大。中国铁路的快速发展，对铁路的GSM网络覆盖提出了更高的要求！9目录二•专网建设的必要性分析三•分布式基站建设方案四•BSC设置方案五六•城际铁路建设背景一•技术原理及规划方案•难点分析七•投资估算10一技术原理及规划方案AFC算法高速频偏切换算法网络辅助小区重选（NACC）算法规划方案AFC算法•AFC（AutomaticFrequencyControl）技术是一种针对快速移动场景设计的基站自动频率校正技术，该算法采用先进的自动频率校正技术，根据高速移动的特点，通过快速测算基站和终端无线链路的比特流，自动校正两者的频率偏差，从而补偿高速移动下产生的多普勒频移。•AFC算法以帧为单位，进行频偏计算和补偿，在高速场景下能够有效改善上行接收质量，提升用户感受。•AFC在上海磁悬浮列车的测试结果。由上图可以看出：在高速场景中，AFC算法能够有效改善上行接收质量。高速频偏切换算法1.利用多普勒效应判断移动台的移动方向和移动速度。2.根据终端移动速度判断是否发起快速频偏切换。3.取消初始切换时间的限制，减少判决时间，加快切换速度。4.引入α指数滤波，更好的反映变化趋势。网络辅助的小区重选NACC•手机在决定进行小区重选之前，会向BSC发送PACKETCELLCHANGENOTIFICATION消息，其中携带有目标小区的ARFCN和BSIC信息。如果服务小区支持NACC，BSC收到PACKETCELLCHANGENOTIFICATION消息后，将判断目标小区是否支持NACC，如果目标小区支持NACC，则向手机下发目标小区的系统消息SI1，SI3，SI13。•NACC算法在邢台高铁试验局测试结果：重选时间由2390ms缩短到290ms。14一规划方案邻区表配置和频率规划原则切换位置及位置区边界设置容量预算高铁小区覆盖方案站间距设计塔高设计铁塔距轨道距离规划方案之邻区表配置和频率规划原则•在可满足与周围大网切换需求的前提下，公网改造方案应尽量简化BA2表，以便减少需要监听的邻区BCCH数量，缩短监听周期。监听周期过长将造成小区重选、切换的滞后，严重影响网络性能•高铁覆盖的频率规划需要结合大网进行统一规划，尽量使用备用频点或其他专用频点，为降低铁路沿线的频率复用度，减少干扰，可以考虑铁路沿线两侧的其他站点适当清频，改用1800MHz的频点进行覆盖。•考虑铁路部门日后对E频段的使用，为了减小干扰，建议铁路附近的基站尽量不要使用E频段附近的频点。规划方案之切换位置规划•当列车停在相邻小区的边界处时，有可能会发生“乒乓”切换，也就是说，由于无线信号衰落的变化，在两个小区间会发生多次切换。因此，切换区域应该远离车站等列车经常停靠的地方或是无线信号衰落极为严重的地区规划方案之位置区边界规划•位置区边界设置在话务量很少的地区。•位置区边界小区应尽量多配置SDCCH信道，满足列车通过时大量的位置更新对SDCCH信道的需求。•配置动态SDCCH信道，满足信令信道的应急需求。规划方案之容量预算列车类型高速列车（单组）列车满员数量557手机持有率100%运营商市场占有率70%人均忙时话务量（Erl）0.015最大话务量（Erl）27．721%呼损信道数量38PDCH信道数量4载频数量（TRX）6建议采用O6的小区配置规划方案之高铁小区覆盖方案•单小区双方向是铁路覆盖的最优方案（如下图）。这样，不但采用高增益天线增加了覆盖范围，又减少了切换次数，虽然每个方向上额外增加了3.5dB的功分器衰减，但总覆盖距离增加了约50%。规划方案之站间距规划•在甬台温高铁进行900MHz信号传播模型矫正测试，得到车外电磁波传播模型：Loss=31+28.92*log（d）-0.42*log(d)*log(h)d：基站与机车台的距离（m）h：基站天线高度（取20m）在此模型基础上增加25dB车体损耗，得到京沪高铁的车内传播模型：Loss=56+28.37*log（d）规划方案之站间距规划•切换时间主要由切换统计时间组成，切换过程为200～300ms，切换统计时间一般设置为2s，切换重叠区宽度按照6秒进行设计。如下图所示•6秒的切换重叠区能够满足10秒的重选要求。•按照车内覆盖电平大于-85dBm进行设计。•站间距=单扇区覆盖距离×2－重叠区宽度＝1.5km规划方案之天线挂高设计•天线选用21dbi天线，水平波瓣宽30度•天线挂高20m，下倾角设置为5度，最远覆盖距离1.5km规划方案之铁塔距轨道距离不同d值下的sinαD30M50M100M0000300.7071070.5144960.287348500.8574930.7071070.4472141000.9578260.8944270.7071072000.9889360.9701430.8944273000.9950370.9863940.9486834000.9971990.9922780.9701435000.9982050.9950370.9805816000.9987520.9965460.9863947000.9990830.9974590.9899498000.9992980.9980530.9922789000.9994450.998460.993884•列车距离铁塔100米以内时，铁塔与铁轨的距离对频移影响明显。•铁塔距离铁路过远容易吸收公网用户•建议铁塔距离铁轨50m左右。•多普勒频移公式F频移＝v/λ*sinα•V：车速，m/s•λ：波长23目录二•专网建设的必要性分析三•技术原理及规划方案二•BSC设置方案五六•城际铁路建设背景一•难点分析七•投资估算•分布式基站建设方案四专网建设的必要性分析•高速列车迅速穿越小区，导致用户频繁切换•新型动车车厢穿透损耗很大•常规覆盖模式重叠区不足专网建设的必要性分析之频繁切换•公网小区沿铁路覆盖距离短稳定性差，手机切换（重选）到骤强小区，由于不能及时切出容易导致掉话。专网小区沿铁路覆盖距离长，信号强度高，更适合覆盖列车内的用户。•高速列车用户在常规小区中只能驻留十几秒，为保障业务的连续性，手机必须频繁切换或重选。不同车速下，手机在常规小区中驻留的时间如下表所示。列车行驶速度（km/h）穿越单个小区所用时间（s）150242001825014.43001235010.34009专网建设的必要性分析之车厢穿透损耗大新型动车组穿透损耗远大于传统列车，这也导致车内覆盖下降，重叠区不足。不但影响正常切换，而且通话质量大幅下降。专网建设的必要性分析之重叠区不足•重叠区要以重选时间要求进行设计。协议规定邻区的C2值高于服务小区的C2值连续5s触发重选•两小区重选重叠区长度应保障列车10s运行时间。•由于动车穿透损耗增大，公网的重叠宽度不能保障10s的重叠覆盖，高速用户经常出现掉话和脱网。不同车速下所需重叠覆盖区宽度如下表所示列车行驶速度（km/h）6s重叠覆盖距离（m）10s重叠覆盖距离（m）1502504172003335562504176943005008333505839724006661111•高铁用户是移动通讯覆盖的新领域。其运动速度快，覆盖强度低，用户感受差，覆盖高速铁路有利于树立良好的服务品牌。•常规基站在信号强度和切换秩序上都无法满足高速铁路的覆盖需求。•铁路专网结构简单，稳定性高，是最有利的高铁覆盖解决方案。小结29目录•专网建设的必要性分析三•分布式基站建设方案二•BSC设置方案五六•城际铁路建设背景一•难点分析七•投资估算•分布式基站建设方案四30一分布式基站建设方案高铁覆盖专有技术市区覆盖方案分析专网组网方案分布式基站简介远距离供电方案分布式基站建设方案之专有技术BBUBSCTRAINRRURRURRU1.5km1.5km1.5kmRRURRU1.5km1.5kmsubsite0subsite1subsite2subsite3subsite4subsit