不同场景基站建设模式介绍(3)

2.3

高速铁路

2.3.1 概述

近年来，我国高铁建设发展迅速，投入运营的高速铁路已达到6500km，其中有3700km是新建的时速达到250-350km的高铁，正在建设中的高铁有1万多公里。高速场景下移动通信存在着多谱勒频移，小区重选和切换频繁，CHR列车车体高穿透损耗，用户终端集中位置更新等现象。以TD-SCDMA的网络覆盖为例，对高铁覆盖进行论述。 2.3.2 高速铁路TD覆盖主要问题分析 2.3.2.1 多普勒效应

由于移动用户与基站之间存在着相对运动，每个多径波都有一个明显的频率偏移，称为多普勒频移，其大小与正负由用户的运动速度以及运动方向与电磁波的到达方向之间的空间角度所决定：

ffd??v?cos? （1）

C其中：

? ?为终端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。

表1显示典型情况下频率900MHz.、1800MHz和2000MHz在不同速度下的最大多普勒频移（即假设用户移动方向和电磁波传播的方向相同，即θ=0）。值

得注意的是，多普勒频移引起上行信道的偏移量是下行信道偏移量的两倍。 表1：最大多普勒频移

900MHz最大频移1800MHz最大频移2000MHz最大频移列车行驶（Hz） （Hz） （Hz） 速度（km/h） 下行信道 下行信道 下行信道 上行信道 下行信道 上行信道 150 125 250 250 500 278 556 200 167 333 333 667 370 741 250 208 417 417 833 463 926 300 250 500 500 1000 556 1111 350 292 583 583 1167 648 1296 400 333 667 667 1333 741 1481 目前针对多普勒频移，各主设备厂家均提出了相应的频偏较正算法。采用的自适应频偏校正算法AFC，可有效减少高速场景下系统恶化。 2.3.2.2 小区重选与切换频繁

高速列车行驶速度很快，如采用传统基站布局，同一基站覆盖高铁线路的2个方向设置为不同的小区，高速移动的用户在穿越2个小区的重叠区域过程中将发生切换。TD通话状态下，小区间的切换完成所需的时间等于测量迟滞时间加上切换时延(一般为800ms)，测量迟滞时间可设置为320、640、1280ms等3种模式。高速环境下采用优先切换原则，以用户移动速度为250 km/h为例，每秒行驶距离即可达69.4m，切换持续时间为最短的1120ms，那么在1120ms内列车运行77.8m，在理想情况下双向切换带至少为155.6m。实际操作中，应设置一定余量，根据不同场景下的传播模型分别计算切换迟滞3dB的过渡区长度，和双向切换带相加作为切换区。则理想情况下切换带至少为311米。

假设单小区覆盖半径为1 km，相邻小区之间保证足够的切换交叠区，则时速250 km情况下通话过程中10s左右就会发生一次切换，切换过于频繁。由于切换需要一定的时间，当前一次切换尚未完成时，可能又有新的切换需求，极易导致切换失败。 2.3.2.3 集中位置更新

高铁用户集中分布在列车车厢内，随道列车运行而同步高速运动。用户的切换、小区重选等都非常集中。由于随机接入过程是一个有竞争冲突的过程，当大量用户发起随机接入时，发生碰撞的概率会大大增加，此时其中一些用户无法进行位置更新，导致短时间内无法拨打电话。为了避免大量用户高速通过LA/RA

边界而发生突发性的位置更新，应尽量将高速场景覆盖小区设置在同一个LA/RA下。由于跨RNC的切换会导致切换时间延长，高速移动过程中可能会造成在RNC边界小区无法及时完成正常切换，故也应尽量将高铁覆盖小区设置在同一个RNC下。 2.3.2.4 车体损耗

在铁路提速的同时，铁道部引入了CRH这一新型列车，该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类，其中，CRH1、2、5均为200km级别(营运速度200km/h，最高速度250km/h)。CRH3为300km级别(营运速度330km/h，最高速度380km/h)。

针对上述新型列车，移动公司在上海和广东进行了现场测试情况，各类列车穿透损耗测试值如表2所示。测试值显示新型CRH列车的穿透损耗和普通T型列车和K型列车基本差不多，为14dB左右，而庞巴迪列车穿透损耗较大达到24dB。 表2：各车型穿透损耗测试值表(dB) 车型 T型列车 K型列车 CRH1列车 CRH2列车 庞巴特列车 普通车厢 12 13 14 10 - 卧铺车箱 - 14 - - 24 播间室中间过道 16 16 - - - 缩合考虑的衰减值 12 14 14 10 24 上述测试显示不同列车车体穿透损耗还是存在一定差异，因此在进行网络规划时，应结合各条铁路运行的列车车体情况综合取定网络规划时预留的穿透损耗值。

研究表表，当入射角小于10-20度时，穿透损耗将急剧增大。因此应当控制基站与轨道之间的距离。一般来说，基站与轨道的最小距离应大于100米，最小距离应小于300米。

2.3.3 高速铁路TD覆盖方案 2.3.3.1 专网覆盖方案

针对高速铁路场景的移动通信网络覆盖，目前通常有两种组网形式，一种是专网覆盖方式，第二种是公网优化覆盖方式。

专网组网即以专用网络覆盖所要解决的高速沿线，专用网络与公网相对独立，除了在停车站台，候车厅等旅客上下车和列车停留地方作为缓冲区与公网相互允许切换外，沿线禁止与公网发生切换。除缓冲切换区外，沿线覆盖组成一个带状覆盖通道区，覆盖车体经过的区域。

专网方式有唯一的重选切换序列、信号更简洁、重选和切换更顺畅，因此专网结构相对来说能更好地满足高速列车覆盖的要求，尤其是满足列车进一步提速的需求；但专网方式对网络规划和基站站址选择要求更高，建设难度较高；且专网方式只在车站设有与公网的切换缓冲区，如果在车站不能切换进入专网小区，则在列车运行期间手机将很难进入专网，造成长时间质差的问题。同时如果铁路外围用户选择了专网信号，那么用户离开铁路覆盖范围时，由于专网没有与公网互设邻区关系，用户会出现脱网和掉话现象。 2.3.3.2 多小区合并技术

BBU+RRU共小区方案中的设备分为射频拉远模块（RRU）和基带处理单元（BBU）2个部分，一般中间用光纤相连。BBU集中放置，相当于基带池，使基带资源可以共享，并通过光纤与RRU连接；RRU可以灵活地放置，并且RRU之间可以级连。目前各厂家RRU级连个数至少都达到6个以上。RRU在逻辑上应理解为同一小区，这些物理小区到达终端的信号，相当于同一小区通过不同路径到达终端，被终端识别为多径，而不会认为是不同小区的信号。因此不存在切换关系。

在高铁建设中，BBU可以集中放置于沿线城镇，而使用RRU拉远基站来实现多小区合并，设置高铁覆盖专网，扩大单个小区覆盖范围。在RRU选择上可根据实际需要选择单通道RRU，双通道RRU或多通道RRU，配合不同天线以适应不同场景。

2.3.3.3 RNC和LAC设置原则

为了避免大量用户高速通过LA/RA边界而发生突发性的位置更新，应尽量将高速场景覆盖小区设置在同一个LA/RA下。由于跨RNC的切换会导致切换时间延长，高速移动过程中可能会造成在RNC边界小区无法及时完成正常切换，故也应尽量将高铁覆盖小区设置在同一个RNC下。

在铁路跨省（市）边界处必须设置RNC和LA/RA边界时，可以考虑在RNC

边界的另一侧邻省基站上引入本RNC的小区进行重复交叠覆盖（见图1）。

假设当UE从基站A向基站B移动。当UE处于基站A和基站B的同覆盖区域时，受CIO配置影响，UE会启动从基站A到基站B的切换。UE从基站A切换到基站B后，仍然处于基站A的覆盖区域。但时受切换惩罚时间的影响，UE不能在切换惩罚时间内发起乒乓切换，等到过了该时间窗，UE应该已经随列车离开重叠覆盖区、进入基站B的独立覆盖区。

RNC边界小区B3小区B2基站B覆盖范围小区B1小区A1小区A2基站A覆盖范围小区A3 图1：跨RNC切换小区设置示意图

这样可以增大切换交叠区满足跨RNC切换的时延要求，也保证了从强场发起切换，提升切换质量。另一方面，重复设置的小区结合适当增大边界站点的公共信道配置，可以应对大量突发性位置更新带来的冲激。 2.3.4 隧道覆盖 2.3.4.1 短距离隧道覆盖

对于长度小于500m的短距离隧道，可以采用RRU设在隧道外两端，并双向连接泄漏电缆进行覆盖。双RRU共小区。因隧道口内外的无线传播环境差异很大，因此切换区不可以设置在隧道口。可采用功分隧道外RRU信号，配合高增益板状天线，用于信号延伸，使切换区设在隧道外。

如果在基站或单个RRU连接泄漏电缆覆盖隧道，则在基站侧进行功分，功分信号一路连接天线覆盖隧道口，另一路馈入泄漏电缆覆盖隧道，并在泄漏电缆未端加天线覆盖隧道出口空间（见图2）。

另外较短的隧道也可以采用八木天线进行覆盖。

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