1、高速铁路覆盖 解决方案,廖尚为 （高级网络规划顾问） 2011年6月,内容,高铁覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,多普勒频移影响车厢穿透损耗,物理层影响,小区选择 小区重选 切换 呼叫过程,通信过程影响,影响高铁覆盖的主要因素,高速移动物体的多普勒效应,多普勒频移的大小和运动速度成正比，运动速度越快频偏越大。 假定移动速度不变，用户先朝向基站运动而后远离基站，多普勒频偏先正后负。 基站将承受2倍的频移效应 终端需要能够处理多普勒频移f,入射角度越大，多普勒频移的效应越小,无线产品设计已经考虑了高速移动的场景
2、,系列GSM基站产品早在设计之初就已经具备了高速移动情况下的通信能力，在高达500km/h的移动速度下仍能正常工作,多普勒效应造成的SNR下降不超过3dB,车厢穿透损耗,上表是不同动车车厢的穿透损耗参考值，但是实际覆盖会受到入射角、多径效果的影响。,现网穿透损耗测试-掠射角的影响,随着掠射角的减小，列车车厢穿透损耗增加幅度增大 当掠射角在10度以内，列车穿透损耗增加幅度明显加快，在网络规划设计的时候，我们建议实际的掠射角应该控制在10度以上 列车车厢内不同位置的穿透损耗相差较大,快速运动对通信过程的影响,快速运动下，由于信号波动较快，小区间重选、切换易出现问题 下行多普勒效应会降低手机的解调能
3、力 过多过快的小区改变会增加呼叫过程的时延,规划方面的保证 保证足够的小区间重叠覆盖区域 保证一定的小区间距，同时避免不必要的重选与切换 优化及软件功能的辅助-语音 Enhanced HO Success Rate （FACCH重发和L2信令重建） 切换/重选算法参数的优化 AMR覆盖增强 优化及软件功能的辅助-GPRS/EGPRS NACC 网络辅助的小区重选 跨BSC的网络辅助的小区重选,新高铁的特点,设计时速高 设计时速350km/h 列车能力380km/h 运营时速（京沪）300km/h列车桥上跑 70%路段采用高架桥方式 有助于无线网络覆盖 有助于解决沿线植被对信号的遮挡,内容,高铁
4、覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,重叠区域的考虑,高铁场景下，GSM所需重选和切换时间 重选过程需要邻区强于源小区5s，总的重叠区域不小于10s，如果跨越位置区则需要更长一些的时间 切换过程大约需要10s 测量信号强度和BSIC、邻区强度上报（5s） 切换算法的过滤和判决（3s） 切换执行（2s） 按380km/h的极限速度考虑，切换区域至少为1056m，在位置区边界需要更长一些 实际上，切换要求的信号强度比重选时的要求高，可以将切换重叠区域作为设计要求,通过参数优化，可在56秒内完成,链路预算的基本参数,
5、传播模型：Ericsson 9999，缺省参数 传播环境：Open（开阔地） 无村庄和植被阻挡，如果考虑30米塔高，基本为视距覆盖 车厢内覆盖要求： GSM，-85dBm 穿透损耗，以10度入射角考虑 28dB 发射机 30m塔高，G天线17dBi GSM输出功率15w(41.76dBm) 接收机 按高架桥+人体坐姿，共10m高度（普通铁轨路基条件下，约3m高度）,9999传播模型介绍,9999模型是以Okumura-Hata模型为参考，利用在世界范围内的大量实际测量结果对其进行修正而得到的经验模型。9999模型的4个主要参数,9999传播模型-路径损耗,（1）基于奥村模型的开放空间损耗。其中
6、A0-A3是经过修正的。 （2）由于传播路径中的障碍而产生的衍射。 （3）在收发间距离足够大时的地球曲率引起的损耗。 （4）手机所在地表状况引起的损耗（clutter offset）。,PathLoss=A0+A1logd+A2logHEBK+A3logdlogHEBK3.2log(11.75 hm)2+g(f)+KnifeEdgeDiffractionLoss+SphericalEarthDiffractionLoss+LandUseCode,HEBK=effective antenna height,GSM链路预算和站间距,满足车厢内-85dBm覆盖要求(无特殊阻挡场景），站间距可以控制在
7、2km之内； 考虑使用功分器合并扇区，则单小区服务距离为2km，380km/h列车通过时间约为20s，接近城区路测的切换密度； 考虑到10度的入射角，则站点与铁轨的间距不小于264m；为获得更佳的入射角，则铁塔与铁轨间距会较大，需要考虑适当的天线方向； 天线挂高和手机高度会影响到覆盖距离，高架桥与普通路基的覆盖效果相差6dB。,内容,高铁覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,集团公司高铁新考核指标,高铁KPI,CRH: 360 KM/H “T” Train : 140160KM/H “K” Train: =12
8、0KM/H “Z” Train:=160KM/H,一般列车长度为200米500米，所以完全有可能由一个小区覆盖，初步估算旅客人数为6001000人 如果火车上旅客的手机持有率按照90计算，则最大可能有900个手机用户 移动用户的渗透率按照70计算，则列车上的移动用户数量约为900*70%=630 如果考虑每用户15mE，则一列火车上的话务量需求为0.015*630=9.45E 考虑到经常有两列列车交错的情况，同时一个小区内需承载9.45*2=18.9E 考虑GOS=2，小区无线利用率为75%，那么需要的话音信道数为36,高速铁路覆盖建设原则小区容量设计,小区载频估算 一个BCCH信道 36个话
9、音信道 4个SDCCH信道 一个EDGE载频（8个EGRPS信道） 总需要信道数量为49个，等效于7TRX载波配置建议 铁路沿线每小区配置为48TRX. 站台附近及个别居民点可以配置为812TRX 附件为沪宁高铁专网载波配置，每小区平均为5.8TRX 小区载波数会根据日常KPI(拥塞等）情况，做动态调整,小区容量设计建议,RRUS连接配置示意图,配置4TRX 1RRUS,配置8TRX 2RRUS,动车上的用户在经过位置区边界的时候不可避免的会进行位置更新，大量用户同时进行位置更新不仅增加了SDCCH信道的负荷，容易造成SDCCH拥塞，而且影响被叫的接通率。尽量减少高铁列车跨越位置区边界的可能性
10、，沿铁路线划出带状位置区。MCCCH功能对于LAC区合并/重新划分有帮助。,高速铁路覆盖建设原则位置区划分,“之”字形布站的优势 “之”字型布站，能够充分考虑列车两侧的用户感受； “之”字型布站，能够有效减少切换时的穿透损耗，提高切换成功率；对于错车情况，“之”字型布站方案能够为用户通话提供更强保障。,Cell B,Cell D,Cell C,Cell A,双侧覆盖车厢，减少实际穿透损耗,单侧障碍物阻挡不会造成覆盖盲点,高速铁路覆盖建设原则 “之”字型布站方案,铁路主覆盖基站距离铁路不是越近越好。多次测试实践发现，距离铁路线100米内的基站，同站的不同小区切换存在不畅通、切换滞后、切换失败和掉
11、话等现象。,高速铁路覆盖建设原则基站与铁路相对位置,由于铁路是带状分布的，因此铁路覆盖网路结构建议采用带状小区覆盖。这样可以以最少的小区数量和资金投入，覆盖最长的铁路沿线。通过对带状的各个小区的位置及天线（下倾角、方向角等）的合理配置，一方面可以减少不必要切换次数，另一方面通过准确链路预算，有效地保证了两个小区之间切换区域，以满足高速移动对切换区域的要求。,高速铁路覆盖建设原则天线选择与优化,采用高增益天线，增加基站的有效覆盖范围 调整天线方向角，以利于铁路带状覆盖。 合并扇区，并采用功分器，把一个小区的功率用功分器平均分成两部分，然后用两幅天线辐射出去，这样就解决了同一基站内部不同小区之间的
12、切换问题。,需要采用定向高增益双级化天线，以补偿功分天线功率的损失。,为提高小区重选和切换的准确性，需要简化覆盖铁路的网络结构，尽量使覆盖铁路的小区信号严格控制在铁路周围，减少与其他非铁路覆盖小区的覆盖重叠 减少铁路覆盖小区数量，形成长距离的主覆盖信号。将覆盖距离短、覆盖衰落快的信号清理出铁路覆盖，避免频繁重选和切换 简化邻小区关系和测量频点，提高测量准确性，改善重选和切换性能,高速铁路覆盖建设原则清理主服务小区和邻区关系,高铁用户特殊切换算法,实现高铁用户在虚拟专网内进行链型切换 为了方便高铁用户往返于高铁专用基站和大网基站（如停车，脱网返回等情况），往往会将高铁专用基站和周围大网宏蜂窝基站
13、定义为邻区.“快速移动手机切换算法”对高速移动用户的特殊处理 当高铁用户快速移动时，被系统判断为高速用户，这时高铁专用基站将被优先占用；高铁用户将稳定占用在高铁专用基站上 大网宏蜂窝基站依然可以提供高铁的“冗余”覆盖，能够作为高铁专用基站的有效备份,极大地节省站点投资 远程交流供电 无需机房 无馈线损耗 低功耗 免日常维护优越的网络性能RBS 6601 高功率 大配置,分布式基站,内容,高铁覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,组网方式分析,各种组网方式的利弊分析,“虚拟专网”方式下，高铁用户基本由高铁小区服务
14、，但特殊情况下又可利用大网小区，尽量避免脱网和掉话。,组网方式分析2,绝对专网 ：如沪宁高铁。容易出现脱网（站台必须做室内分布系统等），优化需要特别精细。 虚拟专网：如广深高铁。因为沿线聚居区较多，高铁与周围很难物理隔离，所以采用虚拟专网。考虑网络实施难度和避免脱网，虚拟专网为一个不错的选择。,采用何种模式，需要结合本地情况来定,内容,高铁覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,覆盖案例1,某运营商沪宁高铁某段,主设备覆盖情况下（非GRRU或级联），关键指标达到中国移动集团的要求,覆盖案例2,测试路段：湖北武汉至
15、咸宁间约50km（武广高铁） 列车速度稳定在330km/h左右 测试中附着/占用基站24个，小区33个 基站类型主要为传统宏蜂窝基站RBS2206 站间距约2km测试结果 覆盖强度很好 短呼掉话率10.3% 切换成功率96.3%现网依然有较大的改善空间 高铁沿线基站需要兼顾大网覆盖，不是高铁专用基站 武广高铁建成时间较短，沿线基站没有进行专门的高铁优化 站址和天线没有针对高铁进行统一的最优规划 由于需要兼顾大网覆盖，邻区数量过多，现网优化难度大，需要时间长,主设备覆盖且现网条件不理想情况下，关键指标基本达到中国移动集团的要求,内容,高铁覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及
16、容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,沪宁高铁现网case 由于铁路专网小区信号沿铁路覆盖，铁路上没有任何阻挡，专网小区距离较近(相同BCCH的两个小区间距大约不到3公里)，BCCH频点相同的两个小区完全可能互相干扰。 实际测试证明，服务小区频点信号强度已经较弱，C/I较差，新发现的小区信号强度已经足够强，但BSIC却又解不出，同时沿铁路的专网同邻频点基本已经清理干净，因此只能是两个相同频点的专网小区互相干扰。 解决方案 增加一个新的专网频点10，清理了沿路的频点10以及9和11两个相邻频点后，重新进行了路测，上述脱网现象消失。 专网小区在距离较近的情况下，应该根据情
17、况多配置几个专网频点。目前3个BCCH频点可基本满足要求，但偶尔会出现切换错误，最好能配置4个BCCH。高铁BCCH配置3-4个专用频点,高铁优化建议- 频率规划,高铁优化建议-参数优化,广深高铁现网参数，问题点分析 Ready Timer 设置过长，手机处于GPRS ready状态时，无论是LA内部的小区重选还是LA外部的小区重选，相邻小区的C2值都要加CRH的迟滞，这导致小区重选的额外滞后。 小区重叠区域过小，邻小区C2值大于服务小区不到5秒时间内，服务小区信号强度迅速下降，C1值小于0，导致脱网。 手机没有及时解开系统信息，无法算出C1/C2值，不能进行小区重选。 覆盖太弱，手机无法解出
18、邻小区的BSIC和系统信息，很容易进入无服务状态。参数调整建议 Ready Timer T3314 建议值 5 CRH 0 PT/TO 不设置室分小区对站台进行覆盖，与专网小区有足够的重叠覆盖，保证旅客手机可以顺利进入专网非常关键 日常维护要求更高，避免单个基站问题导致脱网的情况,内容,高铁覆盖特点 高铁覆盖的链路预算及传播模型 高铁覆盖建设原则及容量规划 高铁组网方式对比 高铁现网的参考 高铁优化建议 小结,小结,高铁列车由于穿透损耗更大，并且速度更快，对铁路覆盖提出了更高要求 站址与铁轨的垂直距离 基站的合理规划设计，可以实现对高铁的良好覆盖 充分利用现有基站资源，提高设备利用率 覆盖不足的区域需要增加新建基站 现网基站与新增基站互补 针对市区内的高铁线路，必须合理设计主服务小区，简化切换关系，减小BCCH复用度，提高信号测量的精度，从而保证快速移动下的稳定覆盖 独特的“之”字型布站方案，减少施工难度，节省站点投资 现网的实际测试标明，只要进行合理规划，利用传统宏蜂窝基站可以满足高铁覆盖需求 的很多优秀功能可以应用于高铁覆盖 长隧道覆盖建议使用GRRU 针对高铁的规划/优化形成一个持续闭环，才会持续保持KPI,
