高速铁路优化技术方案(ZJjx)

高速铁路优化技术方案中国移动浙江公司网络部二○○七年七月目录概述网络现状与分析解决方案无线基站设计LAC优化覆盖优化参数优化频率优化一概述1.1概况•沪杭铁路是沪杭通道上主要的客运交通工具。•沪杭铁路第六次提速后，全程只需78分钟。平均时速达到145公里，最高时速可达200公里。•最忙碌的铁路线之一，最忙时相隔仅5分钟。•沪杭动车组列车增开至8对•铁路提速后日客流量达到7万人，与今年春运时相仿，五一黄金周时客流量突破10万。1.2优化的必要性•国家经济和社会发展的必然要求。•为高速铁路信息化提供强有力的保障。•提升移动网络质量在客户心中的形象。•迎接2010年的世博会作好准备工作。二、网络测试现状分析2.1车型与测试情况列车名称列车类型平均车速车厢封闭型普通列车普快80Km/小时半封闭CRHⅠ（庞巴迪）动车组120－180Km/小时不锈钢气密型CRHⅡ（子弹头）动车组120－180Km/小时大型中空型材铝合金车体2.2测试对比情况•不同屏蔽性的车型对G网的影响最为明显。•提速对移动网络影响最大的是接通率。•车体屏蔽性能是影响覆盖率的主要因素。考核项目参考项目列车车型车速测试软件/终端通话质量接通率覆盖率平均电平掉话率普通车型80TEMS6/T618*97.05%99.50%-73.7323.00%CRHⅠ（庞巴迪）160Flywireless/OT26076.03%67.62%87.76%-91.30630.91%CRHⅡ（子弹头）160Flywireless/OT26090.80%90.34%99.24%-75.3495.03%2.3原因分析•高速铁路覆盖位置区太多位置更新频繁，容易产生BLOCK现象。•深度覆盖不足庞巴迪列车屏蔽性太强，原有铁路覆盖电平不适应现有列车情况。•切换参数及邻区列表设置不当因动车组车速较快，现有参数不能满足快速行驶列车中的移动台的及时切换，容易产生信号拖尾现象和掉话三、解决方案优化手段分析对比优化思路无线覆盖预测无线基站设计方案LAC优化方案覆盖优化方案参数调整频率优化三、解决方案解决方案传输解决方式优点缺点可实施性常规优化手段常规各种优化手段为网优人员所熟知，经验丰富会遇到的信号电平波动大、话音质量差等问题高建设高铁GSM专网常规可有效改善列车在高速运行时的信号电平和话音质量，其站点在未来建设高铁3G专网时可以共用，效果最好后期需投入较大力量进行非常精细的优化和调整目前难以实行利用铁路沿线设施，广泛架设小天线或直放站可有效加强铁路沿线信号强度，且易于控制覆盖范围投资较大；利用铁路沿线设施，会涉及列车运行安全问题，不太可能获准低沿铁路线铺设泄漏电缆常规车厢内的信号强度和话音质量等均可得到保证尚无实际案例；费用很高低高铁车厢内安装室内分布系统卫星中继能够解决所有由于工作在多个小区而带来的无线覆盖、话音质量、位置更新、切换、重选等问题尚无实际案例；在列车上如何安装卫星天线及其接收性能有待研究和验证；费用昂贵低从表中可以看出，建设高铁专网是最好的方法，但目前根据实际情况难以实施。因此我们还是从常规的解决方法来考虑。从提速后多次的测试情况来看，在距离基站500米以外的区域内信号就会变的较差，通过现有基站天线调整、更换高增益天线、新增扇区等手段，只可以改善局部或一小段区域的覆盖与话音质量，但因为CRHⅠ（庞巴迪）火车的密封性较好，需要在铁路沿线增补基站或直放站等来增强覆盖，结合LAC调整、切换关系等参数调整来优化通常室外无线覆盖的方法主要有：宏基站、微蜂窝、直放站、基站射频拉远系统等。对于铁路覆盖，在没有隧道、涵洞等特殊情况下，微蜂窝、无线直放站一般是不采用的，三、解决方案分类宏基站光纤直放站基站射频拉远系统设备成本高较低一般机房成本高无无传输成本高较低较低环境要求高低低供电要求高较低一般站址要求高一般一般容量大无无分集接收有没有有引入噪声(对大网影响)否是是无线信号的非连续覆盖不能能能建设周期长短短组网灵活性一般好(能一拖多)好(能一拖多)覆盖效果最好较好较好3.2优化思路根据高速铁路测试情况，参阅上海磁悬浮列车的优化经验。结合拉远小区、边际站、增设扇区等优化手段，综合考虑覆盖率、接通率、话音质量、信令拥塞率等多方面的技术指标，针对目前沪杭高速铁路的弱覆盖区域，特别是针对CRHⅠ（庞巴迪）列车车型进行优化调整。通过增加站点和延伸系统配置，改善铁路覆盖率；优化高速铁路无线网络结构，调整网络参数，减少切换和位置更新次数；优化频率规划，最终目标建立一个高速铁路专网。针对目前沪杭高速铁路现网情况，制定了一阶段优化思路：结合铁路专网优化思路，有效利用现有网络资源，对郊区铁路段采用专网式优化，对城区铁路段采用多种方式结合优化。再辅以LAC优化、覆盖优化、参数优化、频率优化等优化措施，打造优质高速铁路通信网。三、解决方案3.3无线覆盖预测3.3.1自由空间损耗3.3.2列车穿透损耗3.3.3防护林损耗3.3.4切换距离预测3.3.5基站间距预测三、解决方案3.3无线覆盖预测3.3.1自由空间损耗沪杭铁路属于比较平坦、开阔的铁路线，基本无高建筑物遮挡，沿线有防护林，一般认为基站与手机间的无线传播方式主要是直射波。根据沿线基站位置及分布情况，符合Okumura-Hata传播模型三、解决方案Lpath=136.89-13.82lghb+(44.9-6.55lghbm)(lgdkm)L=69.55+26.16lgf-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)(lgd)γ-(2(lg(f/28))2+5.4)考虑移动台天线高度为1.5m，覆盖半径小于20km的情况下，其a(hm)和γ的值分别为：a(hm)=0、γ=1。其路径损耗公式简化为：1、标准基站自由空间损耗宏站物理数据：(天线高度45米，手机到基站距离取0.5km)Lpath=136.89-13.82lghb+(44.9-6.55lghb)(lgd)=103.78dBm防护林损耗：3dB穿透损耗：20dB载频输出功率：40dBm基站天线增益：15dBi，考虑馈线衰减：2dB，则离基站500米处列车上的接收电平为：40dBm+15dBi-2dBm-126.78dBm=-73.78dBm。三、解决方案（-84.04dBm）则离基站1公里处列车上的接收电平为?2、MBO室外站自由空间损耗基站物理数据：(天线高度30米，手机到基站距离取0.5km)Lpath=136.89-13.82lghb+(44.9-6.55lghb)(lgd)=105.88dBm防护林损耗：3dB穿透损耗：20dB载频输出功率：40dBm基站天线增益：15dBi，考虑馈线衰减：2dB，则离基站500米处列车上的接收电平为：40dBm+15dBi-2dBm-128.88dBm=-75.88dBm。三、解决方案3、基站拉远系统三、解决方案工作原理图锂电池光纤双工器下行放大器光模块电源单元控制单元MODEM前向功放上行低噪放双工器光模块电源单元控制单元上行放大器波分复用器下行放大器上行选带单元波分复用器锂电池上行放大器TX/RX滤波器光模块光模块光纤上行选带单元上行低噪放滤波器RXTX/RXRX锂电池3、基站拉远系统三、解决方案特点•需要光纤资源•无隔离度要求限制•对站址环境要求低•可实现一拖多•带分集接收3、基站拉远系统基站拉远系统物理数据：(天线高度30米，手机到基站距离取0.5km)Lpath=136.89-13.82lghb+(44.9-6.55lghb)(lgd)=105.88dBm防护林损耗：3dB穿透损耗：20dB输出功率：40dBm基站天线增益：15dBi，考虑馈线衰减：2dB，则离基站500米处列车上的接收电平为：40dBm+15dBi-2dBm-128.88dBm=-75.88dBm。三、解决方案4、覆盖有效距离网络制式基站基站天线高度（米）手机天线高度（米）下行有效覆盖距离（公里/车体外电平-60dBm）GSM900基站拉远301.50.8GSM900标准宏站451.51.1GSM900MBO室外站351.50.9三、解决方案3.3.2穿透损耗三、解决方案车型一等车厢（dB）二等车厢（dB）综合考虑的衰减值CRHⅠ（庞巴迪）列车202221CRHⅡ列车101211专网设计采用值21通过分析对两种新车型的测试情况，对比普通列车的测试结果；我们对新车型做了穿透损耗测试。综合测试结果和对比情况，两种车型的穿透损耗如下：3.3.3防护林损耗三、解决方案沪杭铁路边上的防护林高度平均在15米左右，相对铁路轨道高度为10米左右。根据环境条件，防护林损耗根据树木高度，林区厚度,林区浓密度,一般为2~6dB衰耗，根据实际条件，本次计算取3dB，即L（林）=3dB3.3.4切换距离预测三、解决方案假定重叠区域覆盖是均匀的。在左图中，点A、C和点B、D分别是两个小区的边界，E点为两小区RxLev等值点。BC段为两小区重叠覆盖距离。取小区重选与小区切换较长的时间（5秒钟）作为计算基础，若列车由小区1行驶至小区2，则列车在EC段之内必须完成小区重选或小区切换，因此重叠覆盖距离BC段的列车行驶时间为10秒钟，按照公式：D=ds/dt×T×2T=5秒ds/dt为时速，最大值取200km/h3.3.4切换距离预测在列车在市区时的进站和出站时由于是变速行驶，我们给出的平均速度为150KM/h，折算等于41M/s；按照其最大速度200KM/h，折算等于55M/s。但嘉兴地区目前基本没有动车组列车停靠，因此专网小区的最小重叠覆盖距离为（按最大速度计算）550M。区域市区内市区外(最大速度200km/h)最小重叠距离410M550M建议设计的重叠距离500M700M三、解决方案3.3.5基站间距预测根据CRHⅠ（庞巴迪）车型的厢体损耗，计算出车厢外信号强度必须保证在－65dBm以上。假设EIRP为51.1dBm，（考虑了大多数基站的发射功率、馈线及跳线损耗，CDU-D，天线增益为13dBi），则最大允许的路径损耗为：Lpathmax=EIRP-车厢外信号强度=51.1-(-65)=116dBm根据无线传播模型：Lp=136.89-13.82logHb+(44.9-6.55logHb)logd我们假定：基站高度30米、手机高度2米。可以算出小区半径d＝1km，站间距2km。若采用各种手段增加EIRP，站间距还可以增大，例如采用增益为18dBi的天线，EIRP可以达到56.5dBm，则d可以达到1.3Kkm，站间距2.5km。根据有效覆盖距离为1公里左右，并考虑到防护林的损耗，有效距离可能还小一点，我们需要使用高增益定向天线，部分铁塔改为45米，加强信号强度弥补防护林损耗，则站间距可以适当放宽一点，建议站间距在2公里左右。三、解决方案针对目前沪杭高速铁路现网情况，制定了第一阶段优化思路：结合铁路专网优化思路，有效利用现有网络资源，对郊区铁路段采用专网式优化，对城区铁路段采用多种方式结合性优化。四、无线基站设计四、无线基站设计地区基站位置建站方式施主小区嘉善魏塘新开河宏站嘉善魏塘联丰村MBO嘉兴湘店村拉远（一拖二）魏塘小横港4嘉兴七星西长浜村拉远（一拖二）魏塘小横港4嘉兴七星严家浜拉远（一拖三）七星博山村4嘉兴七星庄浜村拉远（一拖三）七星博山村4嘉兴邱家桥村拉远（一拖三）七星博山村4嘉兴嘉兴气象局拉远（一拖一）嘉兴王店来龙港村MBO嘉兴王店大桥村拉远（一拖一）王店八联村嘉兴王店宝华村MBO嘉兴王店干四村拉远（一拖一）王店凤珍村嘉兴王店南梅村MBO第一LAC区四、无线基站设计地区基站位置建站方式施主小区海宁海宁大道西宏站海宁伊桥北拉远（一拖一）海宁大道西海宁石前村南MBO海宁路仲道口西MBO海宁斜桥蔬菜工业园宏站海宁郭店村北MBO海宁周王庙星火村西拉远（一拖一）郭店村北海宁长安东升村南MBO海宁长安虹金村宏站海宁许村杨渡村北拉远（一拖二）长安虹金村海宁许村保国村北拉远（一拖二）长安虹金村海宁许村双联村北宏站海宁骑塘骑力宏站第二LAC区五、LAC优化第二LAC区第一LAC区LAC1区LA