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高速铁路覆盖方案研究报告.docx
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1、目 录一、 研究背景11. 铁路六次提速12. CRH列车的引入13. 问题的提出2二、 研究思路及方法21. 场景特点32. 覆盖方式对比43. 基站专网与光纤直放站专网对比54. 普通模拟光纤直放站和数字光纤直放站对比5三、 高速移动中的关键问题分析61. 穿透损耗62. 覆盖目标电平73. 多普勒频移74. 覆盖重叠区域95. 覆盖小区及LAC设置106. 无线参数调整107. 进出专网设置107.1 专网入口117.2 专网出口118. 覆盖距离核算118.1 链路预算118.2 模拟测试分析129. 容量估算139.1 专网内容量核算139.2 出入口容量核算14四、 高速铁路总体解
2、决方案151. 京津城际高速铁路介绍152. 京津城际高速铁路网络现状163. 工程建设规模164. 设备选型184.1 数字光纤直放站的选择184.2 天线选择195. 设备及天线安装216. 线缆铺设217. 电力引入22五、 总结22一、 研究背景1. 铁路六次提速随着城市经济的发展,铁路运输系统承担起越来越多的客流运送任务。自2007年4月18日起,中国铁道部进行第6次列车提速。列车时速提升至200公里,而京哈、京沪、京广、胶济等提速干线部分区段可达到时速250公里。这次提速最大的亮点是时速200公里及以上动车组投入使用,将首次在我国铁路既有线上开行时速200公里的具有世界先进水平的国
3、产化动车组,其速度目标值、技术含量、提速规模和范围都将超过前五次。到年底,全国铁路将有480列时速200公里及以上的国产动车组上线运行,覆盖全国17个省、直辖市。铁路部门以开行时速200公里动车组为龙头,统筹速度、密度、重量三大要素,在提高列车运行速度的同时,努力压缩列车追踪间隔时分,提速干线动车组列车追踪间隔5分钟,其他干线客车6分钟、货车7分钟,进一步增加了干线行车密度。世界上一般将高速铁路定义在时速200公里以上,中国高速铁路的时速也定义在200公里以上。目前中国高铁机车主要有四种型号:CRH1、CRH2、CRH3和CRH5。图1.1.1 铁路第六次提速分布图2. CRH列车的引入在铁路
4、提速的同时,铁道部引入了CRH这一新型列车,该列车全称为“中国高速铁路列车”,CRH是(China Railway High-speed)英文字母的缩写。该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类,其中,CRH1、2、5均为200公里级别(营运速度200Km/h,最高速度250Km/h)。 CRH3为300公里级别(营运速度330Km/h,最高速度380Km/h),而CRH2具有提升至300Km级别的能力。图2.1.1 CRH系列高速列车表2.1-1 CRH列车基本信息表列车类型运营速度最高速度载客人数列车长度列车材质CRH1200KM/h250KM/h670213.5M不锈钢
5、CRH2200KM/h250KM/h610201.3M中空铝合金车体CRH3330KM/h380KM/h602200.0M暂无CRH5200KM/h250KM/h604205.2M中空铝合金车体3. 问题的提出铁路大提速后,为保证乘客的通信畅通和通信质量,特编制高速铁路覆盖方案研究报告。报告立足于铁路专网设计总体目标,重点解决铁路提速后手机用户通信时发生的切换混乱、接通率低和掉话等现象,提出高速铁路总体解决方案,包括位置区划分、基站配置和BSC归属等,并结合实际情况提出了相应的优化建议,包括专网频率规划和专网小区无线参数设置原则等。二、 研究思路及方法本项目的研究包括两个部分:首先,重点分析铁
6、路场景的覆盖方式选择,确定采用专网覆盖或大网覆盖方式;其次,根据高速铁路用户分布、用户行为特点,分析主要的信道类型和不同类型环境的信号传播特性,考虑影响高铁通信的关键因素,针对不同的因素提出相应的解决方法,最终得到高铁通信的规划实施方案。1. 场景特点高速列车运行速度快,密封性能好,造成车内网络质量较差,城际高速列车网络覆盖具有以下的特点。(1) 高速列车穿透损耗大,车体损耗最大达到25db左右,为了保证车内覆盖信号强度达到-95dBm,室外信号需要达到-60dBm左右;(2) 高速列车运行速度快,按照现运行最高时速约340km/h计算,每秒列车运行约95米,为了保证切换的顺利完成,需要更大的
7、小区重叠覆盖距离;(3)列车在高速运行中,切换成功率很难保证,所以需尽量采用少了的小区进行覆盖,减少切换请求此数,减小掉话的可能;表1.1-1 某动车组语音测试图(4)列车高速运行中,多普勒频移影响明显,按照350km/h的时速,在GSM 900Mhz频段,多普勒频移能够达到近300hz;在WCDMA 2000Mhz频段,多普勒频移能够达到650hz,必然对通信质量造成一定的影响;(5)列车高速运行中,由于小区切换频繁,数据业务速率降低明显。如表1.1-2 表1.1-2 某动车组GPRS测试图2. 覆盖方式对比对于高速铁路的覆盖,采用大网覆盖还是专网进行覆盖是高铁方案中应首要考虑的问题,为此,
8、我们对大网和专网覆盖多了相应的对比分析。表2.1-1 专网与现网调整方式对比覆盖方式移动性能资源效率建设难度频率规划对现网的影响专网采用同一位置区,位置更新、切换、重选少位置更新等次数少,覆盖小区少,资源利用率高基站要求尽量靠近铁路,需与铁路部门协调,难度较大条形小区,单小区8个载频,增加频率规划难度便于参数设置与调整,对现网的影响小现网调整位置区多,覆盖小区多,位置更新、切换、重选多大量的位置更新,导致资源利用效率低立足现网补盲,建设工程量小,建设难度小立足现网网络结构,频率规划难度相对较小对现网影响较大两种方案各有特点,总体而言:专网具有更强的覆盖针对性,有利于实现长距离的深度覆盖,网络质
9、量更稳定,因此,本项目重点推荐专网的覆盖解决方式。专网的设计需要注意以下几点:1) 专网需要保证独立性,减少与周边大网的交互;2) 专网需要尽量减少对铁路周边非列车用户的话务吸收;3) 专网需要与大网统一进行频率规划,避免相互干扰;4) 在专网的起止点,要保证用户进出专网的顺畅,为用户提供连续的覆盖服务。3. 基站专网与光纤直放站专网对比专网覆盖方式中,重点考虑基站专网和光纤直放站专网两种覆盖方式,对这两种方式,我们做了对比分析:表3.1-1 基站专网与光纤直放站专网对比项目内容基站专网光纤直放站专网覆盖单小区覆盖距离近, 1.7公里远,10公里以上需要的小区个数多少容量载频需求多少质量通信质
10、量切换/重选次数多 通信质量差切换/重选次数少 通信质量较好频率规划可单独预留BCCH频点进行规划可单独预留BCCH频点进行规划维护后期优化难度设置专网,但与大网重叠覆盖多网络优化难度较大设置专网,与大网重叠覆盖少网络优化难度低从工程技术方面考虑,光纤直放站专网具有一定优势。4. 普通模拟光纤直放站和数字光纤直放站对比在现有技术条件下,光纤直放站存在普通模拟光纤直放站和数字光纤直放站两种。表4.1-1 基站专网与光纤直放站专网对比设备性能数字光纤直放站普通模拟光纤直放站下行最大功率60W20W上行噪声采用时隙关断,上行噪声小上行噪声大时延色散可以调整设备和光纤时延组成,不可调整话务统计具备上行
11、时隙检测,每个远端进行话务统计全模拟信号,不具备话务统计功能带远端能力由于上行干扰小,单小区带远端可达32个由于上行干扰,单小区带远端可达8个数字光纤直放站由于采用数字信号处理技术,进行时隙信号监控,可以减少上行噪声干扰,从而具有更高的增益,发射功率更大,可以覆盖距离更大,可以减少建设投资,因此在高速铁路覆盖中被广泛使用。本项目在考虑以上对比分析的基础上,采用数字光纤直放站专网覆盖思路解决高铁通信的主要问题,形成可实施的覆盖方案。三、 高速移动中的关键问题分析1. 穿透损耗高铁专网设计中,首先要对各列车类型做相关的穿透损耗测试,以穿透损耗最大的车种作为设计基础,来确保用户在各种车型中都可以获得
12、正常的通话电平值。为此,我们对铁路行驶的T型列车、K型列车、庞巴迪列车和子弹头CRH2型列车逐一做了相关测试工作。其中测试发信工具采用爱立信发射设备、定向天线支架和衰减器,该设备安装在列车外空地上;测试收信设备采用SAGEM OT290,该设备将在车厢外及车厢内多点处进行接收采样,从而比较出车厢内外的电平值差异。CRH列车采用密闭式厢体设计,增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗,下表是各类型车厢的穿透损耗的测试结果。表1.1-1 各型号CRH列车穿透损耗车型普通车厢(dB)卧铺车厢(dB)播音室中间过道(dB)综合考虑的衰减值T型列车121612K型列车13141614庞巴迪
13、列车2424CRH2列车1010专网建议值242. 覆盖目标电平列车中的用手机用户进行通信时,由于受到高速移动过程中的快衰弱影响,列车材质对无线信号衰减的影响,往往会发生切换混乱,无法接通,掉话等现象。因此,本文专网设计的目标值终端接收电平要求94dBm,考虑各种衰落余量,车外设计电平应达到55dBm,如下表所示。表2.1-1 车外覆盖电平预算类别数值单位终端接收电平要求-94dBm人体损耗3dB衰落余量10dB室内设计电平-81dBm穿透损耗24dB预留余量2dB车外设计电平-55dBm其中预留余量为后期扩容预设的功率余量。3. 多普勒频移多普勒频移(Doppler Shift)是多普勒效应
14、在无线电领域的一种体现。其定义为:由于发射机和接收机间的相对运动,接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值,该差值就是Doppler Shift。 列车高速移动中,多普勒频移现象明显,接收机能否容忍频偏完成正确解调任务成为问题分析的关键。不同频段、不同运动速度的频移量不同,如下表所示。表3.1-1 多普勒频移对GSM900/1800M的影响移动速度(KM/h)900M频段 频移(Hz)1800M频段 频移(Hz)10083167200167333250208416300250500350292583由于1800M频段传播损耗大且同样运动速度下频偏更加严重,建议选择GSM9
15、00频段信号实现覆盖,避免采用DCS1800频段信号覆盖铁路。列车在高速运行的情况下,多普勒频移影响变得非常明显,按照360Km/h计算,引起的多普勒频移达到300Hz。根据3GPP TS 51.010-1 V7.4.0 (2006-12)协议,在RA250的信道环境下,能够容忍的频偏仅为300Hz。表3.1-2 协议规定GSM终端容许的最大频移T-GSM 810, GSM 850 and GSM900DCS1800PCS 1 900Propagation conditionPermitted frequency errorPropagation conditionPermitted freq
16、uency errorPropagation conditionPermitted frequency errorRA250300 HzRA130400 HzRA130420 HzHT100180 HzHT100350 HzHT100370 HzTU50160 HzTU50260 HzTU50280 HzTU3230 HzTU1,5320 HzTU1,5330 Hz多普勒频移更为明显的影响显现在切换上,手机远离一个基站,接近另外一个基站,多普勒频移对两个基站的影响是相反的(为300hz和300hz),可能造成手机不能正常测量邻区信号,造成无切换,形成掉话。所以在设计中要减少高速铁路的覆盖小区,
17、用尽可能少的小区覆盖整段铁路。图3.1.1 多普勒频移对移动终端的影响如上图所示,切换中引起频偏为2,终端容忍频偏必须能够满足要求,才能保证正常的切换,如果终端只是达到协议要求的最低标准,那么在速度达到250km/h时很难正常完成切换过程。实际测试中发现,GSM900M频段在列车时速达到330km/h时,多数终端仍可以正常完成切换过程,说明终端的频偏容忍能力有大幅的提高,900M频段高速切换时,可以不考虑多普勒频移的影响。4. 覆盖重叠区域 手机在服务小区的信号强度衰落到一定程度,会触发小区重选(idle模式)或者切换(Active模式)过程,我们必须保证在手机顺利进入新小区之前,当前小区的信
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