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本文作者：王歡1趙博2作者單位：1.中國移動通信集團吉林有限公司吉林市分公司網(wǎng)優(yōu)中心2.吉林市有線廣播電視傳輸有限責任公司

0前言

大規(guī)模的高鐵建設，給人們工作生活帶來方便的同時也對移動通信提出更高的要求。高鐵正逐步成為商務及旅游出行人士必選的交通工具，由于高鐵行駛速率達到300km/h，傳統(tǒng)的GSM組網(wǎng)方式已不能滿足移動語音及數(shù)據(jù)業(yè)務需求，這就給GSM網(wǎng)絡覆蓋提出新的問題。

1GSM高鐵覆蓋存在的主要問題

1.1GSM與GSM-R頻點三階互調干擾

GSM-R930-935MHz為鐵路專用頻段，GSM任何系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)，兩個信號F1和F2經(jīng)過該系統(tǒng)后都會有新的頻率分量產(chǎn)生，為了減少互調對GSM-R的影響，需要把互調產(chǎn)物盡量避免落入GSM-R帶內(nèi)，但考慮到互調階數(shù)越高互調產(chǎn)物的電平就越小，且隨著網(wǎng)絡越來越復雜，要避免所有互調產(chǎn)物幾乎不可能，所以實際操作中一定要避免三階互調落入GSM-R帶內(nèi)。由于GSM-R在GSM低頻段，頻點在-25~0之間(含)，說明三階互調落在了GSM-R頻點內(nèi)，這就需要在高鐵小區(qū)頻點規(guī)劃時盡量規(guī)避三階互調。由于GSM頻點有限，以及三階互調限制，原有的GSM頻點規(guī)劃方案已不能應用于高鐵頻點規(guī)劃。

1.2高速移動下的多普勒頻移

多普勒頻移是指接收到的信號波長因為信號源和接收機相對運動而產(chǎn)生附加頻移。頻移大小和運動速度成正比，運動速度越快頻偏越大。當頻偏移動過大時，會導致解調符號產(chǎn)生較大的相位偏差，從而導致數(shù)據(jù)的誤碼率升高，基站與移動臺之間的頻率同步出現(xiàn)問題。多普勒頻移的存在，導致基站和手機相干解調性能下降，300km/h運動速度下900M頻段終端等效衰落1dB，2000M頻段等效衰落4dB。因為對于移動臺是一倍的多普勒頻移，而對于基站是二倍的頻移。故多普勒頻移對移動臺的影響小于對基站的影響。移動臺在靠近和遠離基站時，合成頻率會在中心頻率上下偏移。當移動臺駛向基站方向時，頻率增加，波長變短，頻偏減?。划斠苿优_遠離基站方向時，頻率降低，波長變長，頻偏偏大。列車在高速移動下，移動臺與基站的距離頻繁改變，這使得頻移現(xiàn)象非常嚴重。無線鏈路若要有效抵抗多普勒頻移，“無線鏈路數(shù)據(jù)速率”要遠超過由多普勒引起的“信道衰落速率”，使無線信道呈現(xiàn)慢衰落特性。根據(jù)理論分析和仿真測試，GSM能支持的理論最大時速為600公里。1800M比900M的頻率偏移打，對基站解調能力影響更大，鐵路覆蓋建議采用900M頻段，同時基站設備在對抗多普勒頻移方面需要進一步改善。

1.3快、慢衰落對覆蓋影響

移動通信中信號隨接收機與發(fā)射機之間的距離快速、不斷變化，曲線的瞬時值呈快速變化，稱快衰落。根據(jù)理論推導，無線信號快衰落最大衰落次數(shù)：Ln=2v/λ（次/秒）（v為移動速度，λ為信號波長），嚴重衰落時深度達20~40dB，這將嚴重影響信號傳播質量。移動速度越快、信號頻率越高，無線信號快衰落的次數(shù)越多，經(jīng)歷衰落谷底的時間越長，信號質量越差，快衰落對高鐵的影響最嚴重。無線通信通常采取快速功控、RAKE、擴頻和加大衰落儲備等技術對礦快衰落，但由于GSM功控頻率遠低于快衰落的頻率，且快衰落速度和列車行駛速度成正比，故GSM高鐵覆蓋小區(qū)必須關閉功控。慢衰落是由于障礙物阻擋成陰影效應，接收信號強度下降，但場強中值隨地理改變變化緩慢。信號強隊隨時間的變化服從對數(shù)正太分布。在高鐵網(wǎng)絡規(guī)劃建設中應避開障礙物遮擋，保證可視傳播。在鏈路預算過程中，應考慮一定的陰影衰落余量，其取值與扇區(qū)邊緣通信概率、陰影衰落標準差相關。

1.4高速移動對小區(qū)切換及重選的影響

高速移動場景下，移動臺最佳的服務小區(qū)變化較快，小區(qū)選擇與重選、切換發(fā)生的頻率明顯加快。若按以前的參數(shù)進行設置，則有可能發(fā)生重選、切換不及時現(xiàn)象，導致移動臺發(fā)生脫網(wǎng)或切換掉話等現(xiàn)象。一般小區(qū)重選5s以上的時間，而切換一般3-5s內(nèi)可以完成，滿足重選需求的覆蓋區(qū)域交疊區(qū)可滿足切換需求。重疊覆蓋區(qū)至少需要滿足列車10s的運行距離，速度越快，所需滿足重疊覆蓋距離也越長。高鐵在高速運行中，頻繁的小區(qū)重選及切換會造成電平質量的波動，導致數(shù)據(jù)業(yè)務下載速率降低等問題，影響用戶感知。所以，為有效的減少重選、切換頻次，需增大單小區(qū)的覆蓋距離，即采用共小區(qū)技術。

1.5車體穿透損耗大

高鐵列車采用特殊的材質，高鐵車廂對信號的屏蔽較高，車體穿透衰耗最大可達24dB，嚴重影響基站的覆蓋能力。為克服車體穿透損耗，可使基站的發(fā)射功率增強，同時提高基站的接收靈敏度。考慮到現(xiàn)實的可行性，目前使用BBU+RRU分布式基站加高增益天線方案。高增益天線增益約為6dBd，高于普通天線增益。由于高增益天線相對來說是使輻射方向上更加狹窄，在某些方向上的輻射較為集中，故能量集中到某些方向上去了，故體現(xiàn)為某些方向上的增益。這樣就能減少車體損耗對信號衰耗的影響。同時，也可采用G網(wǎng)對于弱覆蓋地區(qū)所采用的優(yōu)化方法，在車體內(nèi)增加無線直放站或分布系統(tǒng)，放大車外信號以克服車體穿透損耗。但無線直放站有其不穩(wěn)定因素，其易對所引信號源的造成干擾，并且其受高鐵禮車流動性、歸屬性的影響大，工程協(xié)調和實施有難度，目前未使用此方式。

2GSM組網(wǎng)高鐵覆蓋的方案建議

普通鐵路列車車速較慢，現(xiàn)有大網(wǎng)可兼顧鐵路列車用戶和周邊用戶，可充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源進行鐵路“大網(wǎng)覆蓋”。大網(wǎng)覆蓋不會單獨考慮高速場景下的覆蓋，其LAC和BSC相對較多，網(wǎng)絡結構不能滿足高速需求，同時大網(wǎng)參數(shù)設置難以同時兼顧高速與鐵路周邊低速區(qū)域的優(yōu)化需求，大網(wǎng)鄰區(qū)關系復雜，難以有效控制快速通過的鐵路用戶切換、重選頻次。因此，高鐵必須使用專網(wǎng)覆蓋才可能有較好的覆蓋效果。

2.1專網(wǎng)覆蓋帶來的好處

2．1．1專網(wǎng)覆蓋采用共小區(qū)技術可以避免大網(wǎng)中多LAC切換。

2．1．2通過對參數(shù)的優(yōu)化，保證專網(wǎng)和大網(wǎng)的分離，避免多用戶之間的干擾。

2．1．3專網(wǎng)覆蓋可有效控制鄰區(qū)關系，避免與公網(wǎng)有切換關系，同時可針對專網(wǎng)做重選和切換參數(shù)的專項優(yōu)化。

2.2專網(wǎng)覆蓋方案

2.2.1站址選擇原則

高鐵站點在實際建網(wǎng)中，一般都在現(xiàn)網(wǎng)或者2G站點中選擇，不存在絕對模型化的方式。但在高鐵站址選擇上有幾點原則應該注意：1）建議采用“之”字型布站，可減少3-5dB的覆蓋重疊區(qū)的設計?！爸弊中筒颊究梢噪p側覆蓋車廂，減少實際穿透損耗。2）基站天線掛高若高出高鐵路面20m，站間距1.2km；基站天線掛高若高出高鐵路面10m，站間距1km；基站天線掛高若高出高鐵路面5m，站間距0.8km。站址距鐵路垂直距離要求在100m±50m范圍內(nèi)。

2.2.2頻率規(guī)劃原則

1）EGSM清頻，減少對GSMR干擾。

調整頻點配置，高鐵專網(wǎng)與EGSM頻段預留一定的保護帶，高鐵頻點到25號頻點以上；控制單通道內(nèi)的頻點帶寬，單通道的所有頻點需要約束到5MHz以內(nèi)，三階互調產(chǎn)物避開930-934MHz頻段。加裝外置濾波器，930-934MHz抑制達到30dB。

2）統(tǒng)一專網(wǎng)頻率配置，降低網(wǎng)內(nèi)干擾

PGSM與鐵路GSMR頻段間隔僅1M，鐵路“公網(wǎng)對GSMR干擾須小于-95dBm”要求苛刻，高鐵禁用25號以下頻段，避免三階互調對GSMR干擾，致使高鐵頻點使用數(shù)大大減少。為確保專網(wǎng)質量，滿足高速運動狀態(tài)下用戶通話要求，需重點做好頻率規(guī)劃。專網(wǎng)頻點盡量劃取一段連續(xù)的頻點，便于后續(xù)管理。專網(wǎng)BCCH與專網(wǎng)TCH頻點分段，專網(wǎng)BCCH與大網(wǎng)BCCH頻點不能混用，避免重選出專網(wǎng)。建議專網(wǎng)TCH分成規(guī)律的幾組，交替使用，確保頻點隔離度。

3）合理制定參數(shù)策略，適應高速移動環(huán)境

針對高鐵超高速、專網(wǎng)小區(qū)鏈式切換特點，在控制重疊區(qū)覆蓋優(yōu)化的同時，適當減少切換窗口降低切換門限，可有效降低因切換過慢而造成的掉話概率。

3總結

根據(jù)分析可知，針對GSM高鐵網(wǎng)絡組網(wǎng)，首先需要解決好多普勒頻偏問題，然后通過共小區(qū)技術減少切換及重選頻次，通過站址選擇、盡量減少車體穿透損耗。根據(jù)頻率規(guī)劃原則減少大網(wǎng)與專網(wǎng)干擾，以及與GSM-R頻段的干擾。同時也針對大網(wǎng)與專網(wǎng)組網(wǎng)進行了利弊分析，對高速環(huán)境下的網(wǎng)絡覆蓋提出了解決方案。