1、 京津城際高速鐵路WCDMA網無線網絡覆蓋專題報告 張犇 李 寧 （中國聯通天津分公司）摘要： 文章針對時速高達350公里/小時的京津城際高鐵提出了WCDMA無線網絡建設的背景，介紹了組網方案模式并針對天津聯通WCDMA網絡提出了規劃方案。關鍵詞：高速鐵路 WCDMA網絡規劃、BBU+RRU1 高鐵組網背景說明1.1 高鐵場景說明高速鐵路屬于大區域的軌道交通，目前，全國鐵路營業里程為7.6萬公里，到2010年，全國鐵路營業里程將達到8.5萬公里。其中復線里程3.5萬公里，電氣化里程3.5萬公里。1997年到2007年，中國鐵路經過六次大提速，內燃機車、電力機車、動車組，車型不斷更新換代，主要鐵

2、路干線時速達到200公里。第六次提速后，全國范圍內出現了很多時速超過200km/h的路段，而超過300公里的高速鐵路也即將開始動工。根據未來高鐵的發展趨勢和歐洲同類國家的運營狀況，高鐵覆蓋方案應該能滿足350Kmh以上，最快達到450 km/h的高速行駛要求。下表是我國高速鐵路列車的基本信息。表1 CRH列車基本信息表列車類型運營速度最高速度載客人數列車長度列車材質CRH1200KM/h250KM/h670213.5M不銹鋼CRH2200KM/h250KM/h610201.3M中空鋁合金車體CRH3330KM/h380KM/h暫無200.0M暫無CRH5200KM/h250KM/h604205

3、.2M中空鋁合金車體注：目前開通運營的京津城際鐵路采用了CRH3型“和諧號”和CRH2-300型“和諧號”兩種型號的動車組。1.2 京津高鐵天津段基本情況Ø 京津高鐵天津段全長70Km，其中58Km為開闊的農村郊區，12Km進入市區。主要穿越武清區，北辰區，河北區，河東區，周圍無線環境包括密集城區、一般城區和農村郊區。鐵路路基高于地面10m-15m，全段為封閉電氣化鐵路。鐵路兩邊是50m寬度的綠化帶，京津高鐵天津段如下圖紅線所示。2 高鐵覆蓋實現方案2.1 高鐵組網要求 Ø 高質量1、克服高鐵的高速移動帶來的多普勒頻偏造成的影響2、克服高鐵列車的大穿透損耗3、保證高鐵終端用

4、戶的切換和小區重選4、不影響高鐵專網周圍終端用戶Ø 一步到位1、合理規劃，建設一步到位2、不受周圍公網影響，同時也不影響周圍公網3、擴容便利，無需硬件改動2.2 站址選擇選擇合理的站址，對高鐵形成良好的覆蓋，這是高鐵專網組網的基礎。站址選擇的原則如下：Ø 按照覆蓋和容量要求篩選Ø 按照基站周圍環境進行篩選Ø 按照基站無線環境篩選Ø 按照基站現有資源篩選Ø 京津高鐵天津段高鐵沿線規劃了57個基站，其中利舊基站14個，新建基站43個，最小站間距0.6km，最大站間距1.69km，平均站間距1.2km?；敬怪庇阼F路50米-300米。建站高

5、度30米 ，天線平均高出鐵軌15米。2.3 BBU+RRU技術使用BBU+RRU技術，RRU（射頻遠端模塊）就是將基站的射頻模塊和基帶模塊在物理上分離開來。基帶模塊仍舊在基站機柜內，而射頻模塊用光纖拉至遠端，與天線子系統直接相鄰。使用了RRU能降低天饋損耗，提高覆蓋。RRU直接安裝在塔頂，同樣條件下天線口的輸出功率提高23dB（100米饋纜可減少6dB損耗），基站覆蓋能力大大增強。Ø 在高速覆蓋組網時，為了增加單個RRU的覆蓋范圍，減少RRU數目，我們可以采用一個RRU功分雙向發射的方式來增加單RRU的覆蓋距離。下圖是RRU雙向發射的示意圖。Ø 高速小區下行基帶信號同時向兩

6、個方向發射，邏輯上還是單個小區工作，這樣就相當于1個小區的分裂。當列車行駛經過基站時，不會發生軟切換，從而提升性能。2.4 基帶頻偏補償算法高速覆蓋場景對UMTS系統性能影響最大的效應是多普勒效應。接收到的信號的波長因為信號源和接收機的相對運動而產生變化，稱作多普勒效應。多普勒頻移隨著用戶位置的變化而變化，基站接收受到的最大多普勒頻率偏移與UE運動速度成正比，速度越高則頻偏越大，具體如下表：車速（Km/h）最大多普勒頻偏（Hz）120480300115035013404301600基站的基帶頻偏補償算法通常分為兩大方面：一個是隨機接入過程的頻偏估計和補償；另一個是專用信道的頻偏估計和補償。2.

7、5 切換優化在WCDMA系統中切換類型主要有同頻軟切換、異頻硬切換和系統間切換。各種切換由于各自的特性不同，在高速場景運用中不盡相同，下面分別進行分析：Ø 軟切換軟切換，是WCDMA的特有策略，用戶通過同時和多個小區存在無線連接以獲得更多的鏈路增益。在高速移動場景中，相對于普通的場景，需要提供更大的小區覆蓋半徑，以避免出現過于頻繁的切換 。但同時小區之間需要保證較大的切換區域，以使用戶盡量處于宏分集中，從而增加宏分集增益，保證用戶的Qos和無縫移動性。在一般情況下軟切換的處理時間為400800ms （從手機上報測量報告開始，到激活集更新完成結束），為此在不同的移動速度下，切換區域至少

8、要滿足下表的需求。另外通過切換的參數配置提高切換的性能。可以采用易加難減的策略，即1A配置的較容易觸發，1B配置的較難觸發，以使鏈路盡量處于宏分集中。1A事件上報的時配置的DT1A（Time To Trigger）起測量結果平滑作用，避免突發信號造成的事件誤報的作用。但在高速移動的場景下，信號由差變好所需的時間可能很短，此參數可以配置為小于100ms，以保證切換的及時性。為了滿足高鐵的特殊應用場景，從上述的分析可知切換需要考慮下述幾個方面做優化：Ø 高速移動場景的規劃小區覆蓋半徑盡量大：小區半徑足夠大的情況下，即便用戶高速移動，也不會發生頻繁的切換Ø 規劃的切換區域盡量大：

9、盡量使用戶保持在宏分集的狀態Ø 切換應用策略：用于吸收高速UE的組網層盡可能同頻覆蓋，這樣可以切換時就對高速移動UE只考慮同頻軟切換，不做頻間切換/系統間切換Ø 切換參數的優化配置：保證當測量事件能盡快判決 并及時通知到網絡側2.6 小區重選在高速場景下，容易出現脫網、小區選擇失敗等網絡問題。主要是由于UE駐留時間小于小區選擇過程而造成的。一般來說規劃的高速場景下的小區半徑較大的，用戶在單個小區應該是可以完成重選的過程的。主要是在小區交疊覆蓋區域，移動速度過快，可能會造成重選失敗的現象。不過此時用戶不進行呼叫的話，對用戶感受度影響不會很大。但為了盡量避免這種現象，也要盡量縮

10、短小區選擇重選的過程。這主要涉及到系統消息的讀取情況，而系統信息的長度和重復周期都是決定小區選擇的因素。為了滿足高鐵的特殊應用場景，從上述的分析可知，小區重選需要考慮下述幾個方面做優化：Ø 減少系統消息的讀取時間WCDMA中主要使用的系統信息有SIB1、SIB3、SIB11。過多的鄰區配置會增大系統信息的長度。為此在重選小區配置上，要配置為有效的鄰區。同時重選小區和切換小區的分開配置，以保證切換鄰區配置不缺失。在讀取系統信息過程中，由于是在無線信道上讀取數據，受到周圍無線環境的干擾，在一個重復周期內很難準確地讀全一個小區的系統信息，需要在多個重復周期內讀取，讀全系統信息后，UE才能繼

11、續進行小區駐留工作。因此，為了保證用戶能夠快速駐留在小區上，網絡側需要盡可能的縮短系統信息的重復周期。Ø 重選參數的配置Treselection用來避免出現信號波動的評判重選，在高速場景中，如果未采用HCS組網策略，那么此參數不易配置的過大。另外Qoffset、Qhyst也配置為當鄰區比本小區質量好些的情況下即可以進行重選。2.7 LAC，RAC規劃由于跨RNC的切換會導致切換時延過長，高速移動過程中可能會造成在RNC邊界小區無法完成正常切換，因此應盡量將高速場景覆蓋小區配置在同一個RNC下。同時為避免大量用戶高速通過LA/RA邊界，而發生突發性地位置更新，應盡量將高速場景覆蓋小區配

12、置在同一個LA/RA下。由于高速鐵路的距離很長，涉及覆蓋小區很多，難以將所有覆蓋小區配置在同一個RNC和同一個LA/RA下，可考慮將RNC和LA/RA邊界設置在低速區域，如高速鐵路的車站、軌道的彎道處等。根據以上原則，我們建議將所有覆蓋京津高鐵的專網小區盡可能配置在同一個RNC下和同一LAC/RAC下3 高鐵組網頻率分析WCDMA是自干擾系統，控制覆蓋，降低干擾是組網的基本要求。為了滿足高鐵專網的一步到位、高質量的要求，中興通訊認為有必要采用異頻組網方案。分析思路如下：從高鐵和周圍公網的無線信號特征入手，結合高鐵和周圍的交通環境，結合案例分析，考察同頻和異頻組網的優劣，最終選取異頻組網方案。詳

13、細分析如下：3.1 高鐵和周圍公網的無線信號特征Ø 高鐵信號分布特征高鐵列車的穿透損耗大，移動速度快，因此高鐵專網整體信號帶狀分布且覆蓋較強，因此需要控制對周圍區域的影響。Ø 周圍公網的信號分布特征周圍公網遵循平衡網絡的框架結構蜂窩組網結構，市區路段信號相對較強，而城市之間的路段的信號相對較弱。相對高鐵專網信號而言，周圍公網的整體信號分布較弱（至少在10dB以上），局部區域可能由于公網站點靠近高鐵專網，可能對其形成較強的信號覆蓋。Ø 同異頻組網的信號影響分析同頻組網下，周圍公網必須考慮高鐵專網的強信號分布特征，必須通過優化減少專網對其造成的影響。而公網在專網形成的

14、局部較強信號分布，也增加了高鐵高速終端用戶的不必要的切換、小區重選等。異頻組網下，由于有頻間隔離，可認為高鐵專網和公網信號相互之間沒有影響。3.2 高鐵和周圍的交通環境高鐵猶如分水嶺，將周圍環境一分為二。高鐵沿線公路交通或平行于高鐵，或通過涵道與高鐵交叉。同頻組網下，高鐵對沿線附近交通的終端用戶形成了較強覆蓋，增加了高鐵專網和公網的切換關系，吸納了高鐵專網的部分容量（極端情況下，高鐵周圍道岔口可能吸納大量容量）。異頻組網下，高鐵專網和公網，是相互分離的兩張網絡。高鐵和周圍的交通環境的變化，不會對專網和公網帶來影響。3.3 同異頻組網的優劣結合以上分析和案例，對專網而言，同異頻組網的對比分析如下

15、表所示：移動性覆蓋容量公網優化同頻組網鄰區關系復雜，切換頻繁小區選擇和重選速度變慢難以歸屬到同一RNC，易導致高速切換失敗難以歸屬到同一LAC，易導致突發性的位置更新，加重行令負荷易受公網影響，特別是接近專網的公網站址影響，導致專網信號在局部區域惡化，同時形成了乒乓切換專網需要吸納來自沿線的公網用戶的容量，容易導致專網小區擁塞，影響專網用戶的體驗專網需隨之進行優化。由于公網調整相對頻繁，使專網的優化工作量也較大異頻組網鄰區關系簡單，切換平滑小區選擇和重選速度快歸屬于同一RNC和同一LAC不受公網影響，能保證信號覆蓋質量專網專用，容量全部提供給專網用戶公網優化和專網優化分析。專用優化完成后，將長

16、期穩定不變通過對比分析可知：同頻組網，網絡的規劃和優化工作量大，但難以保證專網的高質量需求，專網也需隨公網的優化而進行優化，難以做到“一步到位”。異頻組網，專網和公網分離，專網專用，能夠實現專網的“一步到位”和高質量的要求。3.4 高鐵異頻專網組網方案3.4.1 高鐵專網組網選擇異頻組網方案1、 高鐵專網整體采用同一頻點，且與周圍公網頻點異頻；2、 專網和公網之間的異頻硬切換通過車站站臺完成。3、 必須結合關鍵技術，滿足高速場景下的移動性要求，如多普勒頻偏補償技術，多RRU合并技術等。3.4.2 高鐵異頻專網組網方案分析 高鐵采用專用頻點，考慮普通用戶不占用高鐵網絡資源。在組網階段，高鐵沿線將

17、不進行普通小區和高鐵小區之間的重選/切換。Ø 候車室/站臺等室內環境，采用F1、F2雙頻點覆蓋，如圖下圖（1）室內F1小區作為室外向室內移動時過渡的重選/切換小區（2）室內F1小區吸收候車室和站臺的負荷候車室和站臺人口密度大，存在較高的負荷量，而專網F2的容量有限，通過F1來分擔一定的負荷量。 F2 F1候車室/站臺區域F2F1Ø 高鐵沿線，保證普通網絡的用戶不能占用專用網絡的資源。不進行高鐵小區和普通小區的重選/切換。綜上，考慮以上情況普通網絡和高鐵網絡組網場景如下圖： F2 F2 F1 F1 F1 F1 F1 F1Inter-Frequency(重選/切換-相鄰關系)

18、Intra-Frequency(重選/切換-相鄰關系) 高鐵專用小區普通覆蓋小區候車室/站臺4 高鐵組網覆蓋能力分析京津高鐵天津段，高鐵的最高速度是360km/h，對業務質量有所提高。本文以業務（CS64K）鏈路預算為主針對高鐵專網進行覆蓋分析。4.1 高鐵傳播模型選取高速覆蓋的傳播模型以COST231-Hata經驗模型為基礎，可用于150-2000MHz的無線電波傳播損耗預測，作為無線網絡規劃的傳播模型工具，具有較好的準確性和實用性。數學表達形式是：COST231-Hata模型各系數含義系數說明Lb路損，單位為dB f中心頻率，單位為MHzhb基站有效高度，單位為米hm移動臺有效高度，單位為

19、米d通信距離，單位為km移動臺天線高度修正因子，取0Cm校正因子，取開闊地地形在無線網絡規劃中，通常使用經驗的傳播模型預測路徑損耗中值，不同的模型可應用于不同的無線場景。在這些模型中，影響電波傳播的一些主要因素，如收發天線距離、天線相對高度和地型地貌因子等，都作為路徑損耗預測公式的變量或函數。但是實際的無線環境千變萬化，因此傳播模型在具體應用時，需要對模型中各系數進行必要的修正，從而找到合理的函數形式。下面表中是京津高鐵傳播模型中各個參數的取值。 注：CRHII、CRHIII 是當前在京津高鐵路線上運行的和諧號動車組類型。4.2 穿透損耗高速列車采用密閉式廂體設計，增大了車體損耗。各種類型的C

20、RH列車具有不同的穿透損耗。目前開通運營的京津城際鐵路采用了CRH3型“和諧號”和CRH2-300型“和諧號”兩種型號的動車組，下面是車廂的穿透損的測試方案和結果。 注：白點表示窗口遠端的場強測試位置，黃點表示窗口近端的場強測試位置，紅點表示車廂外場強的測試位置 CRHII車型穿透損耗測試 CRHIII 車型穿透損耗測試為滿足高鐵的業務需求，本次高鐵專網設計按照28dB穿透損耗考慮。4.3 高鐵鏈路預算參數取值4.3.1 天線增益的取值本次覆蓋用的天線，取小型化高增益天線。天線尺寸1m左右，水平波瓣角33度。取天線增益18dBi。天線的選型與站點的選擇有關，當站點選擇在高鐵紅線以內時，天線距離

21、高鐵較近站點高度在15米左右，選擇水平波瓣角33度。取天線增益18dBi。當站點選擇在高鐵紅線以外時，天線距離高鐵較遠站點高度在30米35米，可選擇水平波瓣角33度。取天線增益21dBi。4.3.2 饋線損耗取值當站點選擇在高鐵紅線以內時，RRU就近放置在桿下，天線掛高以10m/15m/20m高度計，選取1/2饋線，損耗11dB/100米，跳線即接頭損耗取0.2dB。為方便計，取饋線損耗2dB。當站點選擇在高鐵紅線以外時，RRU掛塔上，選取1/2饋線，損耗11dB/100米，跳線即接頭損耗取0.2dB。為方便計，取饋線損耗1dB。4.3.3 陰影衰落裕量取值取邊緣覆蓋概率90%，則陰影衰落裕量

22、取值為10.25dB。4.4 CS64K連續覆蓋鏈路分析結果根據右圖對業務進行鏈路預算，得出小區半徑為0.80km，站間距為1.59km?？紤]小區的重疊區域0.36km,所以實際站間距離為(1.59-0.36）km=1.23km5 高鐵站點規劃方案5.1 站點選擇原則：Ø 按照覆蓋和容量要求篩選，重點覆蓋區必須選站點、中心城區主要干道必須選站點、基站部署位置要有明確的覆蓋目標、基站部署位置盡量靠近業務集中點。Ø 按照基站周圍環境進行篩選，天線主瓣方向無明顯阻擋、站點的位置要足夠高在市區樓群中選址時，應避免天線附近有高大建筑物或即將建設的高大建筑物阻擋所需覆蓋的區域、站點的位

23、置不能過高避免在樹林中設站。如要設站，應保持天線高于樹頂。 基站布局應均勻:同一區域內相鄰基站的間距和高度相當。Ø 按照基站無線環境篩選，避免在大功率無線電臺、雷達站、衛星地面站等強干擾源附近選站 、與異系統可以共站址，通常要采取隔離方式、避免在涉及國家安全的部門附近選站 。Ø 按照基站現有資源篩選，我們要充分參考已有的移動網絡，并將其作為WCDMA無線網絡規劃的參考模型 、要充分參考有現有的移動網絡信息，還要充分利用塔建、傳輸、電源等配套的資源。在基站選址時，選擇交通方便的區域，為工程實施和日后維護提供便利5.2 京津高鐵天津段站點規劃詳情京津高鐵天津段高鐵沿線規劃了57

24、個基站，其中利舊基站14個，新建基站43個，最小站間距0.6km，最大站間距1.69km，平均站間距1.2km。規劃信源（BBU）10個，其中5個信源需要放在新建機房內，其余5個信源放在利舊的機房內。基站垂直于鐵路50米-300米。建站高度30米 ，天線平均高出鐵軌15米。下面的圖中顯示了規劃的所有站址，其中綠色實心圓表示新建基站，紅色實心圓表示利舊基站，十字表示信源BBU安裝位置。京津高鐵天津段高鐵沿線基站表，表中一種顏色表示一個BBU，六個RRU并聯通過光纖連到一個BBU。序號站名區域機房天線掛高利舊/新建1前侯尚村1武清區130m新建2前侯尚村2武清區130m新建3前侯尚村3武清區1 新

25、建機房30m新建4小韓村武清區130m新建5GT5武清區130m新建6GT6武清區130m新建7GT7武清區230m新建8白古屯富村武清區230m新建9東板房1武清區2 新建機房30m新建10東板房2武清區230m新建11大桃園1武清區230m新建12大桃園2武清區330m新建13八里莊武清區330m新建14武清城際高鐵武清區3 新建機房30m利舊15南馬房村武清區330m新建16齊東營村武清區330m新建17前屯村1武清區330m新建18前屯村2武清區430m新建19前屯村3武清區430m新建20大南宮村武清區4 新建機房30m新建21李樓村武清區430m新建22豆張村武清區430m新建23

26、東辛莊武清區430m新建24東南行武清區530m新建25小營村武清區530m新建26高鐵武清站1武清區530m新建27高鐵武清站2武清區5 新建機房30m新建28GT8武清區530m新建29GT9武清區530m新建30GT10武清區630m新建31GT11武清區630m新建32下朱莊武清區6利舊機房30m利舊33GT12武清區630m新建34武清農場武清區630m利舊35GT13武清區630m新建36GT14武清區730m新建37GT15北辰區730m新建38雙街漢溝村北辰區730m新建39天津市雙街乙炔氣廠北辰區7新建機房30m新建40雙街工業園鍋爐房北辰區730m新建41炭黑廠宿舍北辰區7

27、30m新建42污水處理廠北辰區830m利舊43三義集團北辰區830m新建44北辰北倉道北辰區830m利舊45豐產河北北辰區8 利舊機房30m利舊46GT16北辰區830m新建47北方汽貿園C區北辰區830m利舊48北辰南倉站北辰區930m利舊49南倉鐵通倉庫北辰區930m利舊50普濟河立交橋一汽三站北辰區930m利舊51河北張興莊大街河北區9 利舊機房30m利舊52河北北寧公園河北區930m利舊53紡織機械辦公大樓河北區930m利舊54天津通廣集團河北區1030m新建55河東天泰路河北區10 利舊機房30m利舊56匯和家園小區河北區1030m新建57天津機車車輛配件廠河東區1030m新建5.3 重疊區域的預留高鐵覆蓋必要保證各小區信號覆蓋重疊區，以保證完成小區重選和切換。5.3.1 高鐵覆蓋建模其中：Dv1，Dv2：表示覆蓋高鐵的Cell 1和Cell 2距離高鐵的垂直距離；Dh1，Dh2：表示覆蓋高鐵的Cell 1和Cell 2距離高鐵軌道上某一