GSM-高铁两种不同场景下的覆盖规划方案方法.doc
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1、GSM高铁覆盖规划目录1概述32铁路无线网路设计原则32.1站址规划原则32.2基站高度设计原则32.3基站与铁轨垂直距离设计原则32.4重叠覆盖区规划原则62.4.1社区重选对重叠覆盖区规定62.4.2切换对重叠覆盖区规定73高铁分场景覆盖规划73.1地面行车场景73.1.1覆盖方略73.1.2覆盖规划83.2隧道场景113.2.1覆盖方略113.2.2覆盖规划113.2.3链路预算144附录164.1高铁列车规格164.2天线选取建议201 概述高速铁路系统覆盖和老式室外和微蜂窝系统覆盖有着明显差别,重要体当前独特传播环境、多普勒频移、链路预算、容量规划、切换考虑、移动性管理等各种方面,本
2、文将针对上面提到覆盖有关因素进行讨论,给出高铁覆盖解决方案。2 铁路无线网路设计原则铁路系统大某些是链状构造,只有在铁路交汇处才会形成网状构造,因此高速铁路特殊移动环境和高铁特殊业务需求都应在无线规划中考虑到。2.1 站址规划原则通过新增站址和基站在现网基本上建设一层高铁专网,针对高铁铁路运营特性采用相应规划,通过网路构造设立和参数调节,使车内顾客由专网覆盖,这样在满足通话需求同步可以提供可靠通话质量、系统指标,减少和其他基站之间切换、重选、位置区/路由区更新。2.2 基站高度设计原则为了提高基站覆盖效率,建议新建基站天线高度高于轨道30m。2.3 基站与铁轨垂直距离设计原则老式GSM网络所支
3、持移动速度普通为200Kmh,随着铁路运营速度大幅提高,对GSM网络性能带来了较大影响,最直接就是高速导致频偏效应,即多普勒频移。多普勒频移简而言之就是接受机接近信号发射源时,接受到信号频率变高;远离信号发射源时,接受到信号频率变低。设发射机发出信号频率为(f发),接受机接受到信号频率为(f收),发射机与接受机之间相对运动速度为V。公式:f收(cv)/f发fd。其中c为电磁波在自由空间传播速度:3108米秒。fd即为多普勒频移,fd大小取决于信号波长及相对运动速度V。由fdv/得出:当接受机与发射机之间以每秒一种波长速度作相对运动时,所产生多普勒频移即为1Hz。接受基接近基站,f收变大;接受机
4、远离基站,f收变小。图2-1 多普勒频移下图是在不同车速下900M/1800M频偏测试成果:车速(km/h)频偏(Hz)200250300350400450500550600900M频段1672082502923333754174585001800M频段3334175005836677508339161000考虑入射因子(900M)118147177206235265295324354考虑入射因子(1800M)235295354412472530589648707表2-1 不同频段在同速度下频偏测试成果入射因子为假设入射信号与车体呈45度角,实际高铁运营中,移动台和发射机之间必然存在角度,因而
5、需要考虑入射角对频偏影响。依照下图可以看出,由于,中存在,运营在社区边沿火车频偏最大,变化较慢;而在通过基站近段0点时频偏最小,但频偏变化最大。下面为一组典型参数:=1000m ,=900MHz,=600km/h。以及分别给出了在100m、80m、60m、40m、20m时仿真曲线。图表 22 高铁模型频偏曲线(900MHz,600km/h)为了减少多普勒频移对网络性能影响,在没有AFC(自动频率校正)算法保证前提下,应远离铁路建站,且尽量避免天线覆盖方向和铁路平行。在移动台和发射机存在直射径场景,需要分析值和残留频偏影响。仿真成果如下:图表 23 不同高铁速度下1阶环AFC残留频偏图(900M
6、Hz,Fcut=2Hz)依照以上理论推算成果得出,如果城区目的时速为300km/h,在30米以上就可以保证频偏残留在0.1ppm范畴内。如果目的时速为450km/h,在70米以上就可以保证频偏残留在0.1ppm范畴内。在现实中,由于AFC频偏残留会减少信道解调性能。但是,频偏时变区都停留在基站尽端,电平信号强度较好,完全可以对抗一定频偏影响。时速(km/h)150300450600最短距离(m)104050100表格 22基站和铁路间距离规划表2.4 重叠覆盖区规划原则由于列车在高速运营过程中,预留给顾客做切换和重选时间很短,所觉得了保障顾客在高速过程中切换和重选能顺利进行,必要规定两个社区之
7、间有足够重叠覆盖区域,信号检测时间、测量值平均时间、切换/重选执行时间、安全余量等都必要考虑在内,这也是咱们在站址选取、覆盖规划前必要要考虑原则之一。2.4.1 社区重选对重叠覆盖区规定社区重选规则中,当手机测量到邻社区C2高于服务社区C2值且维持5秒钟,手机将发起社区重选。在跨位置区处,则邻社区C2必要高于服务社区C2与CRH设立值和且维持5秒钟,手机发起社区重选和位置更新。因此,手机会在两个相邻社区重叠覆盖区中间开始计时,至少要超过5秒钟后,开始社区重选。即社区重叠覆盖区至少要满足10秒火车运营时间。时速(km/h)200250300350400450500550600相应重叠覆盖区大小(
8、m)55669483397211111250138915281667表2-3 满足重选规定覆盖重叠区列表2.4.2 切换对重叠覆盖区规定一方面是迅速切换算法触发时间估算如下:(下面描述时间依照门限缺省设定值)测量报告滤波时间2秒,P/N准则触发切换时间2秒,切换倒回时间12秒,二次切换时间2秒(与一次切换时间相似)。一次切换时间为: 测量报告滤波时间P/N准则触发切换时间 224秒;二次切换时间为:测量报告滤波时间P/N准则触发切换时间切换倒回时间二次切换时间2222 = 8秒;以上为理论分析值,实际状况需要增长某些保护时间,因而完毕2次迅速切换时间为810秒。例如:考虑二次切换时间为8秒,那
9、么在车速为350km/h时,切换大小为:350000*8/3600=778米。 依照不同车速计算出切换规定重叠覆盖区如下:时速(km/h)200 250 300 350 400 450 500 550 600 8S 相应重叠覆盖区大小(m)444 556 667 778 889 1000 1111 1222 1333 10S 相应重叠覆盖区大小(m)556 694 833 972 1111 1250 1389 1528 1667 综上所述,考虑MS切换和重选对切换带规定,在覆盖规划中以10s为原则进行重叠覆盖区规划。如果咱们短期以450km/h为高速覆盖目的,那么两个社区间切换带要达到1250
10、米。普通切换判决会从重叠区开始,两个平行铁路覆盖基站间间距要减少1250米。3 高铁分场景覆盖规划3.1 地面行车场景3.1.1 覆盖方略地面行车场景又涉及普通行车路段和车站,在这种场景下,由于高铁列车车体损耗较大,老式覆盖在铁路上覆盖电平局限性,严重影响顾客通话质量和数据业务由于将来高铁速度较高,普通不建议兼顾公网顾客,而是建设高铁专网进行专项覆盖,基于以上分析,建议采用RRU共社区配合低矮建站+功分天线进行建设。3.1.2 覆盖规划覆盖规划同步考虑链路预算、容量规划、产品级联能力、频率规划、公网话务渗入、优化难度。RRU可以采用单RRU+功分天线双方向覆盖,又称为复合社区,或者单RRU+单
11、天线单方向覆盖,如下图:普通建议在城区场景下单个RRU共社区长度不大于3公里、郊区RRU共社区长度不大于5公里、农村RRU共社区长度不大于7公里。普通建议在铁路两边30100米,新建1530米抱杆形成专网覆盖层。天线下倾角计算公式其中:下倾角;:天线垂直半功率角;H:天线高度(m);D:覆盖半径(m)。由于周边公网顾客也许渗入高铁专网,建议尽量避免过覆盖。下倾角=arctan(站高/覆盖距离)+天线垂直半功率角/2。天线增益=10log(32400/(水平半功率角度垂直半功率角度)普通站高15米、覆盖距离700米、天线增益21度、水平半功率角30度,可以大体得到下倾角5度。链路预算:假设采用R
12、RU每载波功率41dBm(13W),采用21dBi高增益天线功分天线,站高15m,车体损耗24dB,区域覆盖概率95%条件进行计算。Link BudegtULDLSector type2 SectorMax. transmit power (dBm)3341.1Cable loss Tx (dB)-1Antenna gain Tx (dBi)021EIRP (dBm)33.0 57.6 External Combiner Loss(dB)3.5Antenna gain Rx (dBi)21.0 0.0 Antenna diversity gain Rx (dB)3.0 0.0 Cable lo
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