高速铁路WCDMA网络覆盖方案探讨.pdf

第30卷第1期 山东通信技术v01．30 No．1111垒堡!旦 垒塾垒壁垒呈坠堡篁竺堡堡竺里!呈垒垒竺望!!!墅窒!呈墼 竺竺!!!竺高速铁路WCDMA网络覆盖方案探讨谢绍富(中国联通山东省分公司，济南250001)擅要：随着中国联通WCDMA网络的建成3G数据业务得到了快速发展但在交通干线特别是高速铁路上，由于列车的高速移动，3G数据业务的速率和质量会快速劣化，严重影响客户的感受本文对影响高速铁路WCDMA网络的诸多因素进行了分析，提出了覆盖解决方案关键词：WCDMA高速铁路覆盖1 引言随着我国高速铁路建设的不断加快以及铁路列车的不断提速，高速列车、城际快车已经成为越来越多商务人士的选择高速铁路的移动网络覆盖，自然成为各运营商的主战场之一但由于受特定环境的影响目前高速铁路的WCDMA网络覆盖还存在一些问题本文对影响高速铁路网络覆盖的各方面因素进行了详细的分析提出了相应的解决方案2 高速铁路WCDMA网络覆盖面临的挑战高速铁路的WCDMA网络覆盖与普通城区的网络覆盖存在较大差异由于列车车厢的无线信号屏蔽效应严重，同时高速运动下会产生多普勒效应影响，如何提高高铁的WCDMA网络覆盖水平和网络质量一直是WCDMA网络建设的难点。

2．1高铁移动网络覆盖存在的问题(1)列车穿透损耗大高速列车车身由金属包裹，屏蔽效应明显根据测试．高速列车的穿透损耗约为20～30dB(不同车厢型号，损耗有所差异)因此导致了覆盖不连续2)话务量存在突发高铁沿线正常情况下话务量需求接近零，但列车经过时话务量剧增从而导致忙时话务量和闲时话务量差距明显高铁的网络资源利用率低3)线状覆盖铁路线一般呈线状分布．因此铁路沿线的基站也呈线状分布．导致多普勒效应明显多普勒效应对基站通话质量和网络数据速率产生严重影响造成高铁的网络质量较差由于多普勒效应对WCDMA网络的KPI和客户通话质量影响严重．下面对此做一详细分析2．2多普勒效应的影响分析(1)多普勒效应分析当WCDMA终端(以下简称为LIE)在运动中通信，特别是在高速情况下，根据多普勒效应原因，UE和基站都会产生频率偏移产生的频移计算方式如下：r仁专xv×cosO (1)U其中0为UE移动方向和信号传播方向的角度；v是终端运动速度；C为电磁波传播速度；f为载波频率式(1)中，(f／cxv)与入射角无关，是五的最大值厶WCDMA系统通信时的频移产生示意图如图l所示17 山东通信技术 2010年b皇￡二i三翳 ；——移动方向——◆图1多普勒频移示意图这里假设系统工作的下行频率为石，上行频率为五，则列车速度与多普勒频移间的关系测算如表l所刁≮。

表1列车速度与多普勒频移间的关系测算运动速度(KM／小时) T作频率f【GHz) 频率偏移2fd(Hz)50 2 186100 2 370150 2 556200 2 740250 2 926300 2 lll2350 2 1296400 2 1482从表1看出，当列车速度达到300公里以上时，产生的多普勒频移非常明显对系统容量、质量等会产生较大的影响《2)多普勒频移对基站的影响分析WCDMA基站采用相干解调的检测方式，接收端的本地解调载波必须与接收信号的载波同频同相，载波频率的抖动对接收机的解调性能无疑会产生影响当列车速度达到300Km／小时时．上行信号的频移会影响上行接人、容量和覆盖．这对基站解调性能是一个挑战为解决此问题，基站系统必须提供AFC算法，以实现每条无线链路的频偏估计和校正3)多普勒频移对UE的影响分析为对抗多普勒效应．UE通过AFC以自动锁定最佳服务小区的接收信号频率并将锁定的频率作为参考基准发送上行信号处于单链路连接状态时，UE接收服务小区的下行公共信道或者专用信道，AFC锁定服务小区的接收信号频率因此，在单链路状态下，多普勒效应对UE’基本不产生影响当UE处于软切换状态时．对处于同频测量状态的UE而言．由于UE AFC已锁定最佳服务小区的接收信号频率且UE LI接收滤波器受带宽限制．存在相对频移的同频邻区的CPICH信道检测性能会下降。

假定UEAFC锁定本小区接收信号频率后导频信道能量测量采用8个符号的相干长度当同频邻区的相对频移为IKHz时LIE同频邻区的测量性能损失大于4dB因此会影响软切换的成功率当UE处于异频硬切换状态时．由于多普勒效应的存在．UE接收到的异频邻区信号和邻区下行载波频率也存在频移当UE启动异频邻区小区搜索和测量时，如果UE不在异频上做AFC锁定的话，UE可能根本搜索不到异频邻区如果UE在异频上做小区搜索和AFC锁定的话(需要一个单独的AFC锁定异频)，压缩模式下进行异频测量性能也会有所损失当UE进行异系统测量时．由于多普勒效应的存在UE接收到的异系统邻区信号和邻区下行载波频率也存在频移，因此会影响到异系统的切换成功率14)对链路预算的影响分析由于铁路线一般呈狭长分布，因此天线一般也近似与铁路线平行；同时，高速列车屏蔽效果比较好，所以穿透损耗比较大考虑最恶劣的情况，在进行链路预算时建议穿透损耗取值25dB根据仿真结果假设AWGN信道，多普勒频移小于1300Hz时上行专用信道的解调性能损失小于、等于0．5dB建议上行链路预算时各业务的Eb／No取值要比基线高0．5dB同时．由于高速情况下的典型传播环境为直视信号。

链路预算几乎不用考虑快衰落余量和慢衰落余量2．3高速移动对切换的影响分析假设切换区大小不变，速度越高，UE穿越切换区的时间越短当UE移动速度足够快，以至于穿越切换区的时间小于系统处理软切换的最小时延时，软切换流程将无法完成，进而导致掉话一般情况下．1a软切换时延为200．600ms考虑到UE测量所需要的时间．假设软切换时延为800ms为了更大限度地降低软切换区的要求只考虑la切换时延，不考虑1b切换时延根据理论分析，这样的处理不会导致切换失败和掉话根据速度和距离的关系，可以大致获得UE运动一一矾第1期 谢绍富：高速铁路WCDMA网络覆盖方案探讨 18速度与所需最小切换区大小的对应关系表2不同速度下最小切换区的大，J、UE速度(km／h) 100 200 300 350 400l所需最小切换区大小(m) 22 44 67 78 89WCDMA的软切换区域是指在该区域内存在两个或两个以上的小区信号且这些小区信号强度之差小于激活集门限在高铁覆盖区域内的两个小区覆盖重叠区域内，由于高速运动对切换区域大小的要求较高因此在基站布局时需考虑把切换区域尽量放在无线环境简单的开阔区域中3 WCDMA网络高速铁路覆盖方案综合考虑以上各因素的影响。

为解决好高速铁路的WCDMA网络覆盖问题，应根据高铁建设情况，制订专门的网络覆盖方案，以提升网络运行质量通常情况下，解决高速铁路的网络覆盖可以采用专网、公网方案3．1专网覆盖解决方案采用专用的基站／小区和频点资源，对铁路进行针对性覆盖主要用于列车乘客的通信．同时也可兼顾信号覆盖区域内的公网用户3．1．1专网覆盖移动性策略高铁覆盖采用专网覆盖，以专用频点(也可以用室内分布频点)进行覆盖铁路专一联通公舟铁路专一联通公冈车站 铁路专网与公网可采用以下配合策略：(1)公网频点为n，专网频点为亿2)在车站配置n、亿两个频点，如图2所示，其中Q小区为车站的室内分布小区：或只配置fl一个频点，如图3所示如果车站配置两个频点(图2)，则车站用户在公网和专网间随机驻留：同时两个频点相互配置邻区允许用户在两个频点之间的重选和切换3)在站台规划过渡区域在过渡区域内，控制公网f1的覆盖，并通过重选和切换参数设置引导n频点上的用户驻留或切换到亿频点上过渡区也可以规划在铁路站台或火车开出的一小段铁路上．但需控制范围，避免过渡区泄露到站外或铁路外的区域，减少过渡区对非铁路用户的影响4)铁路沿线的专网小区(f2频点)配置f1的单向邻区，允许专网用户向公网重选和异频硬切换．但不允许公网用户向专网重选和异频硬切换。

之所以这样配置，是为了避免公网用户误驻留在专网上无法重选或切换到公网而掉话但需要对专网小区配置较低的异频重选和切换门限同时专网在火车上提供良好的覆盖，以保证火车上的用户不会重选或切换到公网将来当公网Fl频点不能满足容量需求需要采用第三个频点进行扩容时，以上移动性策略还是适用的，这时需要合理地控制好专网、公网的覆盖减少彼此间的干扰，满足用户服务质量的需求3．1．2专网覆盖方案为建立高速铁路的专网可采用以下几种覆盖方式：图2专网频点的组网策略图1图3专网频点的组网策略图2(1)双RRU0．5+0．5小区覆盖解决方案在高速覆盖采用BBU．RRU组网时可采用RRU 0．5+o．5方案．RRU分别覆盖两个方向，以提升覆盖效率，降低更软切换，提高切换成功率2)功分小区分裂方式在站间距较小(比如利用现网站址，受地形和站址获取限制)、覆盖可以满足的情况下可以根据情况适当采用单RRU功分方式19 山东通信技术 2010钲图4双RKU 0．5+0．5覆盖示意图图5单RKU功分方式示意图对于连续两个采用小区分裂的站点可以通过光针拉远配置为0．5／0．5方式图6相邻站点配置为共小区其中RRUl和RRU2使用0．5／0．5方式配置为同小区。

3)RRU分布式扇区方式在隧道内及隧道和开阔地交错的地区为减少切换，当级联RRU个数超过3个时，可以采用RRU分布式扇区方式配置为共小区但此时，有底噪抬升，抬升幅度为：NoiseRise=1 0×log(N) (2)其中N为共小区RRU的个数N=2时，底噪抬升3dB；N=3时，底噪抬升4．8dB；N=4时，底噪抬升6dB为避免底噪抬升对上行覆盖造成较大的影响，方案中限制共小区RRU个数，最大为4个，尽量在3个以下图7表示了这种分布式扇区方式，其中三个RRU级联并配置为共小区图7分布式扇区方式3．1．3 RRU发射功率RRU使用40W载波发射功率，以增加覆盖，减少站点数导频功率配比保持为10％，即4W3．2公网覆盖方案采用铁路附近原有站点或新建站点利用公网频点资源在覆盖附近用户的同时覆盖铁路列车上的用户通常可采用以下覆盖方式：3．2．1新增宏基站+高增益天线建设方案当铁路沿线覆盖存在较大空洞时，需要建设宏基站来解决覆盖深度问题沿线新增的宏站应尽量靠近铁路垂直距离务必控制在300米之内尽量增加单站的覆盖范围，以减少投资和切换次数，提高网络KPI单方向两个小区基站一定要规划好基站处的切换带对于双方向单小区基站。

不会存在基站的切换问题，从而减少了切换次数，一定程度上提高了网络的KPI因为相对于单方向两个小区方案增加了3．5dB的公分损耗，会使单小区的覆盖范围减小，增加整体基站数3．2．2新增第四小区第四小区覆盖是指在现有的三小区蜂窝小区结构上新增一个小区以提升覆盖采用第四小区覆盖铁路的方案如图8所示图8第四小区覆盖铁路方案对于高速铁路第四小区，硬件上要求每小区要功分覆盖两个方向，这样可以减少高速列车的小区切换和重选数目采用第四小区的主要优势包括：(1)原有覆盖不受影响以往的覆盖模式，小区服务范围除铁路外还有周边的道路和城区，因此对铁路的覆盖调整要考虑的因素很多，存在铁路覆盖和周边覆盖相互制约的情况而采用第四小区专门用于覆盖铁路则不存在这种情况2)不影响原有话务吸收，容量优化简单铁路覆盖区域如穿过城区，话务量大，对铁路的话务存在隐患而且．铁路小区优化往往进行功分和功率扩展，将给覆盖小区带来更大的话务压力话务量成了制约铁路小区覆盖延伸的因素而采用第四小区可以专门覆第1期 谢绍富：高速铁路WCDMA网络覆盖方案探讨 20盖铁路，无需考虑话务压力问题，可以将覆盖优化做得更好3)有利于实现铁路的专门覆盖，形成简洁的小区重选和切换关系。

4)有利于参数的优化第四小区专门进行铁路的优化，可以将一。