高铁优化培训教材

高铁优化培训材料网络部2011.11目录高铁覆盖特点1高铁规划原则2高铁优化方法3车型对信号的影响多普勒频移对覆盖的影响快、慢衰落对覆盖的影响高速场景切换重选分析高架高层干扰的影响铁路资源利用率分析高铁覆盖特点铁路覆盖的特点覆盖特点带来的技术难点屏蔽高－车体对无线信号高屏蔽－CRH1/3/5车型20-24db衰耗需求高－瞬间容量需求大－高铁覆盖基站需要配置6-8载频车厢对无线信号屏蔽高，严重影响覆盖能力铁路覆盖基站瞬间容量需求大，但整体利用率较低16速度高－城际高铁350km/h（7.23事故后，高铁时速略有下降，最高时速在300以内）高速度产生多普勒频移，对基站接收解码产生影响高速度产生信道快衰落，对信号覆盖质量产生影响较大高速度导致切换重选多，对语音和数据业务质量影响大234底噪抬升，给基站建设及网络优化均带来了很大挑战5干扰高－全程高架（如京沪高铁）车型屏蔽信号特性普通铁路主要运行T/K/Z普通列车；动车线路主要运行CRH1/2/5车型；高速铁路主要运行CRH3车型。普通列车CRH1CRH2CRH3CRH5车型屏蔽信号特性车型综合考虑的衰减值(dB)T型列车12K型列车14CRH1/3/5列车24CRH2列车10不同车型穿透损耗差异较大CRH1/3/5型车穿透损耗最大，CRH2最小专网CRH2型车CRH1型车多普勒频移对覆盖的影响Page6频移大小和运动速度成正比，运动速度越快频偏越大；频偏越大，数据误码率越高MS靠近和远离基站，合成频率会在中心频率上下偏移当MS驶向基站方向时，频率增加，波长变短，频偏减小当MS远离基站方向时，频率降低，波长变长，频偏增大高速载体上的MS频繁改变与基站之间的距离，频移现象非常严重多普勒频移：接收到的信号波长因为信号源和接收机的相对运动而产生的附加频移，称为多普勒频移Page7多普勒频移的存在，导致基站和手机相干解调性能降低：350km/h运动速度下900M频段终端等效衰落约1dB，2000M频段等效衰落约4dB因为对于手机是一倍的多普勒频移，而对基站是二倍的频移。故多普勒频移对手机的影响小于对基站的影响。1800M比900M频偏大一倍，对基站解调能力影响更大，铁路覆盖建议采用900M频段铁路网络设备：针对高铁覆盖，基站设备在抗多普勒频移方面需要进一步改善提升。无线链路若要有效抵抗多普勒频移，‘无线链路数据速率’远超过由多普勒引起‘信道衰落速率’，使无线信道呈现慢衰落特性。GSM理论上能抵抗的多普勒频偏极限为1.3KHZ根据理论分析和仿真测试，GSM能支持的理论最大时速为600公里多普勒频移对覆盖的影响快慢衰落对覆盖的影响移动通信中信号随接受机与发射机之间的距离快速、不断变化，曲线的瞬时值呈快速变化，称快衰落根据理论推导，无线信号快衰落最大衰落次数：Ln=2v/λ（次/秒）（v为移动速度，λ为信号波长），严重衰落时深度达20~40dB，这将严重影响信号传播质量移动速度越快、信号频率越高，无线信号快衰落的次数越多，经历衰落谷底的时间越长，信号质量越差。如左表为900M频率和1800M频率下，不同车速对应的快衰落的平均速率快衰落对高铁的影响最严重列车行驶速度（km/h）快衰落频次（次/秒）900M1800M15025050020033366725041783330050010003505831167Page9无线通信通常采取快速功控（功控频率应高于快衰落频率）、RAKE、扩频和加大衰落储备等技术对抗快衰落。GSM900CDMA1X/EVDOTD-SCDMAWCDMA抗快衰落（高铁功控）差（功控2次/秒，高铁专网小区必须关闭功控）较好（功控800次/秒）较差（功控无法关闭，但频率只有200次/秒）好（功控1500次/秒）其他抗快衰落措施加大衰落储备Rake接收、扩频技术、加大衰落储备扩频技术、加大衰落储备Rake接收、扩频技术、加大衰落储备CDMA、WCDMA均能较好对抗快衰落，GSM及TD较差GSM由于功控频率远低于快衰落的频率，且快衰落速率和列车运行速度成正比，故GSM铁路覆盖小区须关闭功控，尤其是高速铁路覆盖小区。快慢衰落对覆盖的影响由于障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但场强中值随地理改变变化缓慢，称慢衰落，又称为阴影衰落信号强度随时间的变化服从对数正态分布实际铁路网络规划建设中，应尽量避免基站覆盖方向被障碍物遮挡，保证可视传播在链路预算过程中,应考虑一定的阴影衰落余量，其取值与扇区边缘通信概率、阴影衰落标准差相关快慢衰落对覆盖的影响高速度对重选、切换的影响一般小区重选需要5秒以上时间，而切换一般3-5秒内可以完成，所以满足重选需求的交叠区可满足切换需求。重叠覆盖区至少需要满足列车10秒的运行距离，速度越快，所需满足重叠覆盖距离越长。列车行驶速度（km/h）重叠覆盖距离（m）150417200556250694300833350972高速场景下，重选、切换对重叠覆盖距离要求高重叠覆盖区10秒重叠覆盖距离固定的情况下，速度越快越容易产生切换不及时掉话，重选不及时脱网的问题。左图：因重选不及时导致脱网，手机处于无服务状态右图：因车速过快，当邻小区电平满足切换条件时，服务小区话音质量已严重恶化，达到7级，导致无法切出而掉话高速场景下，重选、切换不及时案例高速情况下出现切换不及时掉话服务小区电平衰落至-86dBm，有满足切换条件的邻区，但服务小区质量已恶化至7级，无法切出导致掉话高速度对重选、切换的影响假设单小区有效覆盖距离为1公里，不同列车时速，穿越单个小区所需要时间如右表。速度越快，穿越单个小区所需时间越短。当时速达到300Km，每10秒即发生一次服务小区变更。列车行驶速度（km/h）穿越单个小区所用时间（s）150242001825014.43001235010.3高速场景下，重选/切换十分频繁为有效减少重选、切换频次，需增大单小区覆盖率距离，即采用多小区合并技术。频繁重选/切换造成电平质量波动，导致数据业务下载速率低等问题，影响客户感知；高速度对重选、切换的影响7月初京沪高铁开通伊始，大网覆盖下某路段测试指标如下表：从上表可看出，测试指标与切换/重选间隔相对应：切换重选间隔越长，即切换/重选频次越低，对应的测试指标相对越好A市、B市测试指标相对C市、D市略好高速场景下，频繁重选/切换对指标的影响省（市）接通率掉话率全程呼叫完好率切换/重选的间隔时间（S）A市57.89%42.86%33.08%12.4B市60.00%42.11%34.73%10.97C市18.18%100.00%0.00%5.08D市21.05%77.78%4.68%5.28高速度对重选、切换的影响解决途径高架高层干扰的影响目前高铁大多全程高架，如京沪高铁南京段八成为全封闭高架，高架覆盖无线环境接近于自由空间模型，过覆盖干扰现场严重；市区高层干扰问题解决依靠选用1800M频点，对于高速铁路并不适合。专网小区BCCH和TCH频点单独规划，即清出一段专用频点。铁路专网：容量需求大，利用率低铁路专网小区容量配置必须满足列车经过时的峰值业务需求，瞬间容量需求较大。列车经过后，专网小区资源处于相对空闲状态。高铁小区瞬间高容量需求与资源利用率低矛盾突出无线资源利用率单小区覆盖距离越大，无线资源利用率越高，拉远小区组网方式的无线资源利用率明显高于宏基站组网方式。发车间隔越小，即单位时间通过的列车数量越多，无线资源利用率越高。列车平均车速越快，经过单小区时间越短，无线资源利用率越低。铁路资源利用率分析以高速列车每10分钟发一列、车速200km/h计算，车辆间距在30公里以上合并后单小区覆盖距离在8公里左右，小区内列车数量不增加，对小区信道的需求基本没有增加。根据上述分析，影响铁路小区资源利用率的发车间隔及车速我们无法控制，但可通过增大单小区覆盖距离平衡高资源需求和低无线利用率之间的矛盾。目前主要通过光线拉远方式将多个站点合并为1个小区来增大单小区覆盖距离小区1小区2小区8传统铁路覆盖小区合并覆盖…铁路专网：利用率提升手段铁路资源利用率分析增大单小区覆盖距离后，铁路覆盖所需总的载频数量会显著下降，从而有效提升无线资源利用率。某地市京沪老铁路-宏站专网覆盖铁路专网总体无线利用率相对较低，但仍存在一定拥塞宏站专网无线利用率低于光纤拉远专网某地市沪宁城际高铁-光纤拉远专网覆盖京沪老铁路话务量数据等效话务量语音无线利用率总无线利用率拥塞率小区A1.0014.49%8.95%1.73%小区B1.3715.28%9.14%1.92%小区C1.5815.63%9.20%2.34%小区D1.4315.10%8.67%2.25%小区E1.3515.66%9.86%1.68%沪宁城铁话务量数据等效话务量语音无线利用率总无线利用率拥塞率小区12.13211.26%21.84%2.77%小区23.80215.50%23.66%2.45%小区32.06311.80%28.94%2.14%小区42.37213.04%24.03%1.91%小区54.10315.84%27.42%1.86%铁路专网：宏站专网、光纤拉远专网资源利用率案例铁路资源利用率分析目录高铁覆盖特点1高铁规划原则2覆盖设计频率设计容量设计结构设计参数设计高铁优化方法3覆盖方式分析高铁覆盖方式分析大网专网组网方式利用高铁沿线原有的基站站址及基站设备，通过优化调整兼顾高速铁路列车和周边区域的覆盖利用铁路带状分布的特点，建设专门覆盖高速铁路的带状网络，其无线设备及组网独立于周边大网优势投资小，工程周期短重选和切换更顺畅，能更好的满足高速列车用户的通信需求在网络扩容、重新规划中，可根据专网与大网各自需求，分别独立规划，不需同时兼顾。专网系统可为高速移动场景，配置特别的无线参数取值及算法，不会造成对大网的影响风险原有的基站站址规划站距相对较大，且铁路穿越过多的MSC/LAC/BSC，不利于接通率、切换成功率等指标的提升后续网络扩容、割接调整时，需同时兼顾高速铁路的覆盖和周边区域的覆盖，两者之间会互相牵制，造成规划及优化难度加大为适应高速移动场景，无线参数的设置会与常规不同，难以同时兼顾高速移动场景和周边普通场景需新增设备，投资大，工程周期较长，初期规划难度加大会与大网有重叠覆盖区域，需合理配置相关参数必须确保专网连续覆盖，一旦由于局部弱覆盖出专网，后续用户在大网的通话质量将很差使用专网方案目前全国的高速铁路均采用或正在建设专网宏基站专网、光纤拉远专网覆盖方式比较从对比看光纤拉远专网较宏基站专网更有优势，高铁专网应优先选用分布式基站专网组网方式宏基站专网分布式专网建设难度与大网相当对传输要求高，建设较困难维护难度与大网相当维护难度较大单小区覆盖距离1-1.5公里6-10公里（部分场景可更长）覆盖质量一般较好重选、切换情况多少语音业务质量一般较好数据业务质量较差较好资源利用率低高优化难度后续增加站点需重新规划频率增加站点不需再规划频率小区1小区2小区n宏基站专网分布式专网…小区1两种专网组网方式特点对比铁路专网主要类型：宏基站专网、光纤拉远专网（GRRU专网、分布式基站专网）高铁覆盖方式分析光纤拉远专网：GRRU专网、分布式基站专网覆盖比较专网组网方案GRRU（数字光纤直放站）方案分布式基站方案组网难度低较高，需要同厂商BTS/BSC配合设备稳定性稳定性较差，故障率较高稳定性高监控难度需新建监控系统纳入大网监控覆盖能力最大输出功率60W最大输出功率80W信号质量两次变频，信号存在失真现象。同时直放站会带来上行干扰。基带信号拉远，不存在信号失真和干扰问题。支持远端数量多，不受限于载频配置受限于载频配置信源基站RRU基站信源基站光纤小区1小区2数字光纤直放站专网逻辑小区1逻辑小区2逻辑小区3分布式基站专网GRRU（光纤直放站）专网与分布式基站专网各有优劣，可根据当地主设备厂家灵活选择高铁覆盖方式分析专网覆盖设计-站间距高铁车体损耗最高约为24dB。根据现网经验，车厢内设计目标电平应为-85dBmLink