高铁覆盖问题分析（精选4篇）
高铁覆盖问题分析 篇1
1. 引言
中国是一个经济发展迅速的发展中国家, 人口密度也大, 提高效率、节约时间成了经济发展中一个重要的因素。为了更好地适应出行需求, 高速铁路的出现有效缩短了出行时间, 成为商务领域中的一项重要“交通工具”。到目前为止, 国内的高铁无论从技术水平、线路总长、运行速度、建设规模, 还是集成能力来讲, 都是世界之最。到2015年, 国内铁路的发展目标是覆盖全国百分之九十以上的居住人口。
发展高铁的目的就是为了提升旅客的出行舒适度, 为旅客节省宝贵时间, 因此高铁的服务也随之提高, 进而带来消费成本的提高。为了能适应高铁服务的需求, 作为电信运营商也要考虑覆盖的质量, 具体表现就是覆盖的范围、覆盖范围内下行速率的保证及铁路沿线不间断的覆盖, 只有做好信号的覆盖及服务, 才能得到广大旅客的认同, 进而巩固自己的品牌形象。
2. 高铁覆盖的特点
高速铁路隧道覆盖属于狭长通道内室内分布范畴的一种, 但隧道覆盖又有别于普通的室内覆盖, 它的主要特点包括[1]:
(1) 强封闭性。山体隧道是在山体内打通一条通道, 该隧道结构特点是狭长而又强阻隔, 只能在隧道口能接受到外界无线信号, 隧道内对隧道外空间无线信号会造成40d B以上的衰减。
(2) 明显的填充效应。填充效应是指车体穿过隧道的过程中, 隧道内的狭长空间几乎全部被车体填充, 无线信号在隧道内传播的质量受到严重影响的现象。
(3) 有限的可用空间。隧道本身具有狭长的特点, 加上隧道内无线信号明显的填充效应, 直接限制了天线在隧道内的安装条件, 天线的尺寸和增益都受到很大的限制。
(4) 话务量常低但有突发性。隧道的无线信号环境, 也只有在列车经过隧道的时候, 由车体内的用户产生。这种情况会造成话务量的突发, 但又会与隧道附近环境整体话务量偏低有着直接的冲突。
3. 隧道内高铁覆盖的难点
相比较普通铁路, 高铁具有隧道空间有限、车速快、穿透损耗大等特点, 这对高铁覆盖提出了更高的要求, 高铁覆盖需要考虑多项难点问题[2]。
3.1 隧道内无线传播条件差
首先, 无线信号的传播介质是电磁波, 在隧道内, 电磁波从发射机出发, 需要经散射、反射、直射, 才到达接收机。而且墙壁对电磁波会有屏蔽、吸收和散射作用, 从理论分析, 隧道是一种超大尺寸的非理想波导环境, 频率只有高于其截止频率的信号才能在隧道内传播。大多数隧道的截止频率大约为几十兆赫兹, 目前移动通信所采用的频段远高于这个频段, 可以满足隧道内无线信号的传播需求。无线信号在隧道中传播时辐射近场为多径传播, 而且不同模式的损耗与其阶数的平方成正比[3]。如图1所示。
其次, 高速铁路隧道通常情况下都是比较狭窄, 特别是当列车经过时, 会产生明显的填充效应, 此时无线的传播环境和没有列车经过时形成很大的差别, 复杂的隧道无线环境对运营商构建更强健的网络提出了更高的要求。
最后, 安全问题。当目标值为200km/h的列车经过隧道口时, 在隧道口附近将形成一股很大的压强, 对周围存在的物质会造成很大的安全隐患。出于安全性考虑, 铁路部门通常是不允许在隧道内安装天线, 这对无线信号在多隧道环境下的隧道覆盖提出了更高的方案要求。
3.2 穿透损耗
高速铁路是极其重视车体安全性及密闭性, 不管从密闭设计还是箱体材质[4]选择都需要充分考虑。无线信号要在如此材质及密闭的箱体内进行穿透, 达到良好覆盖效果, 对于车体内的接受电平需要作充分的考虑。表1给出了不同材质车体的穿透损耗参考值。
3.3 重叠覆盖区域
无线信号覆盖除了要考虑广度的覆盖, 同时也需要考虑不同小区之间的切换, 才能保证信号的质量。覆盖区域重叠部分面积太大, 会导致信号有干扰;覆盖区域无重叠的话, 将直接导致信号的丢失, 即掉话。这两种情况的发生都将影响到信号的质量, 进而影响列车上旅客对车体无线信号的满意度。
3.4 频繁切换
无线信号虽然是通过电磁波来传输的, 但是它的传输距离也是有限制的, 所以在不同小区之间是要进行切换以满足信号的连续覆盖。但是切换频率太高将直接影响切换的成功率, 严重情况将导致掉话。
4. 公网无线覆盖隧道覆盖方案
方案采用公网搭建项目组模式, 综合考虑系统共用的需求。方案需满足GSM、WCDMA、CDMA200以及预留的TD系统。在200km/h的目标值下 (并保留250km/h的提速空间, 为了保证优质的通话信号, 建议采用的是BBU+RRU拉远式基站方案。三家运营商都采用BBU+RRU方案, 实现全线共用移动信号覆盖, 隧道内则采用漏泄同轴电缆覆盖的方案。
4.1 组网方式选择
高铁沿线的环境比较特殊, 除了频繁穿过隧道, 还有非常多时间是在比较偏僻的村庄环境下。在不同环境, 有专网和公网两种组网方式可供选择。
公网:高铁沿线基站需要为大网覆盖提供补充, 需要同时覆盖自身列车和铁路沿线周围的区域。
专网:高铁沿线基站仅作独立覆盖用途, 负责覆盖铁路线, 只要满足覆盖列车上用户的需求, 不需要与铁路沿线的大网基站做切换, 只在火车站与大网基站做切换。
为了满足此次高铁覆盖要求, 寻求效益最大化, 可从表2做出比较。
专网和公网两种方式均可以采用同频或者异频组网, 同时也能将铁路沿线基站同属在同一个LAC/RAC、RNC区内。从网优工作量角度出发, 专网组网方式基站利用率低, 假若采用异频组网, 可以减少网优工作量;而公网组网方式铁路沿线基站需要与周围大网基站做切换, 这会增加网优工作量, 但是基站利用率相对专网要高一些。
综合考虑高铁沿线与周边环境, 它有线路长、穿越地形复杂、车速变化较大等特点, 在高铁建设初期, 必然会造成业务数据量不大, 此时建议采用公网组网方式, 这种选择可以满足车速较低路段, 基站周边及列车的覆盖。在车速较快的路段, 可以再根据实际运营情况做出调整。
4.2 BBU+RRUBBU与RRU之间采用光缆连接, 覆盖方案见图2。
其中RRU共小区, 这样可以减少切换, 以提高通话质量。在TD六期阶段, RRU设备已经升级到了R13版本, 即1个BBU能带12个RRU, 但是高铁对网络安全性要求较高, 不建议采用满配, 实际应用中建议1个BBU最多带6个RRU。
4.3 隧道覆盖
隧道和隧道群区域不作为切换边界;隧道内通过漏缆进行覆盖, 隧道口外接天线延伸覆盖, 避免信号在隧道口快速衰落。隧道内覆盖模型见图4。
(1) 隧道无线覆盖采用BBU+RRU或GRRU设备, 利用POI将各系统设备信号合路到漏缆。隧道内设备置于隧道洞室内。设备设置间距与运营商的覆盖要求有关, 参照广东境内其它客专工程参数:隧道内2G设备间隔1km, 其中隧道内需要切换处需同址增加1处设备;隧道内3G设备间隔0.5km。隧道内设备原则与铁路GSM-R设备同侧设置。
(2) 隧道内采取低损耗泄漏电缆进行信号覆盖。高铁隧道环境是一条狭长的通道, 对于无线信号进入通道内有极大的限制, 要将无线信号引入通道内, 只能是在隧道口产生一个信号源, 然后通过某种介质引入通道内部, 从而达到覆盖需求, 这种介质就叫泄漏电缆。
隧道单侧挂设一条漏缆, 漏缆由三家运营商共建共享。漏缆挂高距离轨面2.5m, 原则与铁路GSM-R漏缆同侧挂设。泄漏电缆模型及布放规范[6]。
(3) 当入射角小于50时, 车体穿透损耗增加幅度明显加快。采用经典的电波传播模型 (如Ericsson9999模型) , 可以计算得到小区半径与穿透损耗的关系, 即入射角与穿透损耗成反比例关系, 当入射角接近00的时候, 信号的穿透损耗可以趋近与无穷大, 也就是说根本就没有可能将信号打入车体;而随着入射角的增大, 穿透损耗将随之降低, 最后将趋于平缓。
查看文献可以发现, 随着车厢穿透损耗的增加, 小区覆盖半径将会明显变小。由此我们可以得出结论, 车厢的穿透损耗是影响无线信号 (如TD-SCDMA信号) 在火车车厢内覆盖的重要因素, 在进行无线网络设计和优化时, 需要充分考虑穿透损耗的取值以及对网络性能带来的影响。为保证运行列车内用户手机接收效果, 建议隧道外天线主瓣峰值方向与铁路方向的角度至少大于10度, 以保证更多的电磁波磁通量能从车窗进入动车内, 另外, 此次规划的高铁线铁路限界较窄, 综合考虑, 不建议在铁路限界内设置公网天线 (可能性也很小) 。在铁路限界外设置杆塔架设天线时, 天线杆塔内缘至线路中心的水平距离应不小于杆 (塔) 高加3.1m。为保证覆盖效果, 建议不使用多合路天线。
5. 结语
在总结了目前现有的高铁隧道覆盖案列后, 结合本地市实际情况, 本文分析的高铁覆盖解决方案已经初步应用在某具体工程上, 对于方案中所涉及的参数及参考值都能满足实际的覆盖需求。对于不同场景、不同工程, 应根据实际情况对参数值进行确认。本文所分析的高铁隧道覆盖解决方案仅供参考。
摘要：从分析高铁覆盖的特点, 讨论了隧道内高铁无线信号覆盖的问题, 针对隧道内无线信号覆盖的难点进行需求分析, 并提出了相应的解决方案。结合实际建设情况, 将覆盖方案应用在具体工程, 覆盖需求得到了很好的满足。
关键词：高速铁路,多系统合路平台,泄漏电缆,BBU+RRU
参考文献
[1]吴震宇.TD-SCDMA高铁隧道覆盖技术研究[J].数据通信, 2011-08-28:35-39.
[2]黄国晖.高铁隧道覆盖中的“POI+泄漏电缆”解决方案[J].中国新通信, 2010-05-05:76-82.
[3]张跃平.预测隧道中传播损耗的混合模型[J].电子学报, 2011, 9:1283-1286.
[4]王宝俊.WCDMA网高速铁路覆盖策略分析[J].邮电设计技术, 2012, 8:25-29.
[5]隋延峰.TD_SCDMA高铁覆盖方案研究[J].邮电设计技术, 2010, 6:15-19.
[6]GB/T 15285-1994, 漏泄同轴电缆分规范[S].
高铁覆盖问题分析 篇2
TD-LTE网络对高铁的覆盖中,由于高速移动过程中的快衰落、多普勒效应以及列车材质等对无线信号衰减的影响,往往容易发生切换问题或通信质量不佳,导致用户感知度下降。面对日益增多的客源和用户对感知度的需求,移动通信运营商如何在这种高速环境中提供良好的网络覆盖质量,已经成为一个亟待解决的问题。
针对高铁覆盖,伴随着场景的特殊性,其高速运行、较强的车体穿透损耗、区域跨度较大和地形区域复杂等情况,出现了各种不同的难度,如多普勒频移过大,导致传输频率明显改变;高速运行而造成切换频繁,速度越快切换距离也越长,切换距离已经超出原扇区的覆盖范围,终端难以接收到切换信令,导致掉话;中空铝合金车体使得损耗过大,车内覆盖率低;隧道特殊场景较多、线路和周边的交叉覆盖导致接入困难等等,都是本次研究需解决的问题。
2 高速铁路无线环境特点
高速铁路的开通和应用,使未来移动通信系统面临高速移动环境。同低速移动通信系统相比,在高速移动环境下,无线信道主要特点有:
(1)无线覆盖范围是沿铁轨的线覆盖而不是面覆盖;
(2)绝大多数情况下,基站在运行列车的正前方、正后方很小的角度范围内,因此多普勒频移应根据最大多普勒频移来计算;
(3)铁路沿线地形起伏较小,接收信号中直射波占主导地位,并伴随有视距传播的Ricean衰落成分,传输时延很小;
(4)隧道有明显的波导作用,不造成附加的传播延迟,有较低的传播损耗。路堑及线路旁的类似结构具有和隧道相似的特性;
(5)车台移动引入多普勒频移,当列车速度为350km/h,载频为1900MHz时,最大多普勒频移fDmax=vλ=616Hz (其中,fDmax为最大多普勒频移,v为列车速度,λ为入射波波长),这将会导致接收端接收信号频率发生变化,频率的变化将降低接收机的解调性能;
(6)列车车体损耗加剧,高速铁路的新型列车采用全封闭车厢结构,车箱体为不锈钢或铝合金等金属材料,车窗玻璃为较厚的玻璃材料,导致室外无线信号在高速列车内的穿透损耗较大,给车体内的无线覆盖带来较大困难,车厢内场强弱,小区重叠覆盖区域缩短;
(7)列车高速运动将引起多普勒频偏,导致接收端接收信号频率发生变化,且频率变化的大小和快慢与列车的速度相关。高速引起的大频偏对于接收机解调性能提升是一个极大的挑战;
(8)由于单站覆盖范围有限,列车高速移动将在短时间内穿越多个小区的覆盖范围,引起频繁的小区间切换,进而影响网络的整体性能。
3 TD-LTE高铁主要覆盖问题解决方案
3.1 TD-LTE频偏问题解决方案
假设一部发射机与一部接收机之间存在着相对运动,根据“多普勒效应”原理,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。
运行在小区边缘的频偏最大,变化较慢;而在经过基站近段时频偏最小,但频偏变化最大。
在相同车速的情况下,由于2.6G和1.9G相比多普勒频移更大,对解调能力的影响更大。所以高速一般不采用高频段进行覆盖。
多普勒频移的存在,导致基站和手机的相干解调性能降低。直接影响到小区选择、小区重选、切换等性能。
因为对于手机是一倍的多普勒频移,而对基站是二倍的频移。所以,多普勒频移对手机的影响小于对基站的影响。
3GPP规范已考虑对较大多普勒频偏的容忍能力,OFDM系统子载波间隔的选择取决于频谱效率和抗频偏能力的折中。在保持足够抗频偏能力的条件下采用尽可能小的子载波间隔。eNodeB根据接收的上行信号频率进行频偏估计,然后在基带侧对频偏信号采用一定的频率校正算法,提升高速场景下网络上行信号解调性能。
3.2 TD-LTE高铁切换问题解决方案
专网组网可以有效降低高铁小区间的切换。
小区不合并,列车在300km时速高速移动时平均3-7s左右必须切换一次,极大增加了切换失败和掉话概率,对网络优化工作带来极大困难。
LTE小区边缘切换位置,流量有明显的掉沟,频繁切换将严重影响整体吞吐量。采用小区合并技术可以有效减少切换,降低同频干扰。
切换区的设计应避免发生“乒乓”切换。当列车停在相邻小区的边界处时,有可能会发生“乒乓”切换,也就是说,由于无线信号衰落的变化,在两个小区间会发生多次切换。因此切换区域应该远离车站等列车经常停靠的地方或是无线信号衰落极为严重的地区。为满足这一设计需求,重要基站须设置在这些区域附近,这样也确保了这些区域有良好的覆盖,而且使切换区域远离车站、列车停靠点、调车作业场地等等。这种设计使得在这些区域只出现一个强信号的小区,切换只能发生在正常情况下不停车的区间。
D频段是F频段高速下产生频偏的1.4倍左右。决定异频段间切换性能的直接因素,是异频段间相对频偏的大小。
在高速铁路场景下,异频小区之间的相对移动使双频之间的相对频偏更大,直接影响双频小区间的切换性能,所以要尽量避免高速场景下异频段间的切换。
4 高铁覆盖组网方案
通过对对高铁网络覆盖存在的难题进行分析可知,要确保高铁高质量覆盖,我们须做好以下几个方面工作:
(1)针对车厢较大的穿透损耗,通过站点高度、工参的合理设置,并通过高增益定向天线、分集及上行增强技术等在更高的小区边缘场强(车厢外)的要求下,提高小区覆盖距离。
(2)针对多普勒频移的影响,考虑受多普勒频移影响小的F频段进行连续覆盖,并采用频率校正算法有效的补偿多普勒频移的影响,提高系统性能。
(3)针对高速运动对切换的影响,可以通过采用拉远增加小区覆盖距离、隧道共小区+泄漏电缆+天线方案等,增加小区的覆盖距离进而保证相邻小区有足够的重叠覆盖区,同时也考虑采用高速频偏切换算法等加快切换速度,从而提高切换的成功率,降低重叠覆盖区域长度的需求。
(4)在工程实施过程中,通过合理的设备选型、配套建设方案选择,保证杆塔、电力、传输的安全性,保证维护的便利,并有效的节约投资。
4.1 TD-LTE高铁组网方案对比
目前城区段高铁的覆盖方案有如下三种:
1)双通道专网覆盖(与公网异频)
该方式能够有效规避城区段公网与高铁专网的干扰问题,高铁覆盖效果好,性能优。
2)双通道专网覆盖(与公网同频)
RSRP覆盖性能好,但由于城区段公网信号与高铁信号相互重叠干扰,对宏网以及专网性能都会产生影响,降低宏专网用户感知。
3)公网八通道覆盖
该方式有如下问题:公网站点之间无法进行小区合并,该方式会造成高铁线路切换次数明显增多;城区段高铁架高较高,公网站点需同时兼顾高铁线路及周边宏网区域覆盖效果,站点规划难度高,覆盖效果相比专网要差。
LTE高铁覆盖建议采用专网方案,城区异频组网,并和现网2/3G专网协同,保证网络性能及高端客户感知。
4.2 高铁站址选择原则
高铁覆盖对站址建设提出更高要求。
1)站址分布
为了保障两车交会时车厢内两侧用户的覆盖质量,高铁站点应尽量交错分布于铁路两侧,以助于改善和优化切换区域;
2)站点离铁轨距离
根据无线信号传播特点,信号入射角越小,穿损越大,通常建议入射角大于10度;
考虑到天线水平波瓣在90度方向增益约为0dBi,为保证不出现塔下黑,根据链路预算,建议站点离铁轨距离不超过250m。
3)站点高度
在站高规划中,需要综合考虑天线入射效果以及天线倾角可调范围,考虑点如下:
天线物理下倾建议不超过10度,站高过高会导致下倾太大;
站高设计需保证信号直射径能从列车玻璃穿透,减少信号从车顶穿透几率。
4.3 天线选型和设计
新建高铁建议采用窄波束、高增益、多频合路、内路电调的新型天线,简化工程建设和优化难度。
1)高铁天线选型建议
为增加基站的拟盖距离,减少切换次数,高铁场景建议采用高增益窄波瓣天线对进行覆盖。高增益窄波瓣天线通常可以做到增益18～21dBi,波瓣宽度约35度。
2)高铁天线RF推荐
方位角:不同入射角对应的穿透损耗不同,入射角越小,穿透损耗大。实际测试表明,当入射角小于10°以后,穿透损耗增加的斜率变大,因此方位角设置中应保证天线与铁路夹角大于10度。
下倾角:高铁场景天线下倾设铬原则与宏站相同,即天线上垂直波瓣3dB为准边缘。
4.4 重叠覆盖距离
合理的重叠覆盖区域规划是实现网络业务连续的基础,重叠覆盖区域过小会导致切换失败,过大则会导致干扰增加,进而影响用户业务感知。由于高铁速度较高,重叠覆盖区域比一般情况需要更大,因此高铁覆盖规划中要合理设计重叠覆盖区域。
LTE系统内切换时延远小于GSM,重叠覆盖需求相对较小。LTE采用耦合方式增大重叠覆盖,在切换完成前目标小区会比服务小区电平持续强9dB左右,同频组网下会可能导致SINR恶化至终端的解调能力以下,导致信令丢失掉线。分合路器将增加LTE机顶功率损耗,导致覆盖范围缩小。
考虑单次切换时,重叠距离=2*(电平迟滞对应距离+切换触发时间对应距离+切换执行距离)。
TDL高铁小区间重叠覆盖距离建议为200m。
4.5 2G/4G高铁协同建设
1)高铁CSFB需要2G (3G)/4G协同规划
CSFB端到端时延大,高铁场景下容易造成接通失败。2G高铁绝大多数都是专网,需要LTE与GSM专网协同规划建设、协同维护和优化,提升高铁CSFB接通成功率,确保高铁场景LTE高端用户的语音感知。
2) 2G/4G高铁专网协同有助于降低网络运维成本
充分利用站址资源,实现2G/4G设备共柜、共BBU框、共传输资源等,进一步减少投资、减轻工程施工难度、节省建设时间。
简化2G/4G互操作参数配置、优化及调整工作难度。
高铁4G网络和现网23/G专网协同规划、建设和优化,有助于提升高铁用户感知。
5 结语
本课题重点通过对高速铁路TD-LTE网络覆盖工程的研究分析,提出规划建设意见,以便更好的完成高铁覆盖项目,并对高速铁路LTE网络覆盖提供了一定的参考。
摘要：本课题分析了列车高速移动的无线环境特点,对高铁覆盖的主要问题进行了梳理,提出了不同场景下的高铁覆盖组网方案。
关键词：TD-LTE,高铁覆盖
参考文献
[1]沈爱国.LTE高铁覆盖建设方案分析.电信快报.2015(06).
[2]高明皓.高速铁路LTE专网覆盖和建设的关键技术研究.电信技术.2015(08).
高铁覆盖问题分析 篇3
中国高速铁路地理环境特殊, 沿线基本在15 m以上的高架上运行。除高铁覆盖小区对高铁的有效覆盖外, 周围较远的非高铁覆盖小区信号也能够较强地覆盖高铁, 从而造成较强的干扰。
中国高速铁路的快速性, 全线车速基本保持在250 km/h以上。由于高铁的快速性, 基站小区变更较快, Ec/Io (每码片能量/干扰功率谱密度) 指标非常容易发生较大波动, 如果Ec/Io处于严重的干扰环境下, 极易产生异常事件。
因此, 高速铁路WCDMA (宽带码分多址) 优化在明确高铁主服务小区覆盖效果和质量, 并在严格控制非高铁小区覆盖 (不影响周边区域覆盖的前提下) 的同时, 非常有必要采用异频覆盖方式。
1 异频组网关键问题分析与优化实现
高速铁路异频组网需要关注的关键问题, 一方面要确保列车内用户占用异频网络进行通信业务, 另一方面要通过合理手段使异频网和大网之间兼容共存, 避免高铁异频网边界切换问题导致用户投诉的产生。
2 线状长距离覆盖切换的连续性措施
根据高铁线状覆盖的需求和特点, 每条高铁网络均包含多个RNC (无线网络控制器) 和MSC (移动业务交换中心) 的边界, 并被逻辑上分割成多个软切换和硬切换区域, 最终形成一个完整的线性覆盖区域。因此, 高铁网络覆盖需要增加配置更复杂的逻辑关系。
1) 根据对WCMDA网原理分析, 手机在呼叫过程中, 不论发生多少次软切换或硬切换, 手机发起连续呼叫的第一个MSC server将一直作为本次呼叫事件的主控MSC server, 中间经过的其他MSC server只是参与切换控制的过程。
因此, 要实现高铁线路全程呼叫业务的连续性, 避免全线或某一区域段在机制上发生切换掉话, 要实现MSC和RNC核心层面的数据配置完善工作。
·高铁全线所有RNC均需配置RNC级的相互邻区关系 (包括硬切换或软切换形式) , 否则会导致切换掉话发生;
·高铁全线的MSC server均需配置所有RNC相关位置识别信息;
·高铁全线所有MSC server均需配置两两相邻关系。
2) 无线网层面线状覆盖配置措施:基于不同无线厂商实现方式的不同, 无线层面可联合采用以下3个方面的措施实现高铁网络通信业务的连续性, 主要包括Iur (RNC与RNC的接口) 虚拟网络连接方式, 链式Iur加软切换静态迁移实现方式, 不同厂商边界的硬切换隔离方式等。
·爱立信Iur接口虚拟网状方式:主要采用配置高铁沿线相邻RNC间的链式物理Iur接口, 非相邻RNC间采用虚拟通路方式配置两两Iur接口 (实际承载仍在链式物理Iur接口上) , 最终实现所有RNC间Iur接口的网状连接方式, SRNC (服务无线电网络控制器) 不发生变更。
·华为链式Iur加软切换静态迁移实现方式:主要采用配置高铁沿线相邻RNC间的链式物理Iur接口, 相邻RNC开通软切换静态迁移功能, UE (用户设备) 在RNC边界成功实现SRNC变更, 配置关系相对简单。
基于以上两种方式, 由于不同设备厂家Iur接口实现方式的不同, 为保障地区边界无线切换的连续性, 需要采用硬切换方式强制无线SRNC变更, 实现全段呼叫业务的连续性。
3 用户正常进入并保持在异频网措施
异频网建设的首要目的是使高铁用户能成功进入并保持在异频网络进行通信。具体实现上可通过车站覆盖控制方式使用户选入异频网, 同时对在列车行使过程中由于各种突发原因选出异频网的用户采用“返回带”设置的方式, 及时把用户拉回到异频网中来。下面以南京站为例进行分析。
3.1 用户初始接入异频网———车站覆盖方案
南京站紧临玄武湖, 总建筑面积为41 000 m2, 共有8个站台, 一层主要为售票大厅及商铺, 二层为进候车厅安检口, 三层主要为候车大厅。
车站候车室内存在室分系统, 将候车室作为过渡带, 使用户能够在候车室至站台之间占上专网。车站覆盖策略见表1。
·配置车站候车室室分与专网邻区, 设置参数使用户在候车室内能够重选至专网。
·设置切换参数, 使得用户在出候车室与进入进站通道时切换至专网。
·配置专网与地下通道邻区设置参数, 使得用户进入出站通道能够切换或者重选至大网室分小区。
火车站周边站点分布较多, 主要覆盖火车站站台的大网站点有“火车站、黄家圩、红山动物园、六十六中”等站点。异频网主要由“南京站、黄家圩”两个站点覆盖火车站站台。
优化调整方式及效果:将火车站室分系统频点由F1调整为F3, 配置室分与高铁同频邻区, 使得用户在候车室内能够平均占用专网和室分小区。当用户从候车室进入进站通道时, 室分信号减弱, 用户可以从室分同频切换或者重选至高铁网小区。
调整六十六中2小区、火车站1小区、红山动物园3小区以及南京商厦2小区下倾角, 使得大网站点在站台覆盖低于专网小区信号10~15 d Bm。配置火车站站台大网信号较好的2个小区与高铁网的单向邻区, 使得过站用户能够在站台占用上高铁网小区。
配置火车站室分与周边大网小区的异频邻区, 设置切换参数 (2D:-90 2F:-87) , 设置重选参数 (空闲态异频小区重选启动门限:4) , 使用户在出候车室的低速环境下切换至大网小区时相对困难。车站覆盖原则如图1所示。
3.2 途中用户拉回异频网———返回带设置
由于个别路段基站异常退服、车站手机驻留等问题, 可能会导致手机选择大网驻留的情况, 为了使得未能占上专网的用户能够及时迅速选择回高铁专网, 全线各地市挑选一至两个郊区且话务量较低站点, 配置该F1站点与专网小区的单向邻区, 设置相应偏置, 使得未能占用上专网的用户在这些站点附近能够占用上专网。
返回带选取的原则:每个地市设置1~2个入口点, 保证用户出专网之后能尽快进入专网;返回带需要选在话务量较低的区域, 避免引起专网基站拥塞问题;返回带需要保证足够长的高铁覆盖长度, 满足切换和重选时间要求。
根据以上原则, 沪宁高铁各个地市选取的入口点位置情况见表2。
4 异频网边界和大网间兼容共存措施
4.1 默认设置的存在问题
默认设置的异频网和两侧大网间不切换、不重选机制, 会导致如下方面严重的负面问题:
1) 异频基站覆盖范围大, 极易导致大量高铁基站拥塞问题。由于铁路异频信号干净, 在同样链路损耗的情况下, 异频Ec/Io覆盖较远。
2) 导致铁路异频网和两侧大网间切换失败较多, 高铁基站和附近大网基站掉话率较高, 导致用户投诉上升。
3) 高铁附近用户特别是密级住宅区、工厂办公区等用户密级区域, 用户占用高铁异频网后无法切出, 导致掉话和用户投诉产生。
4) 将铁路站点调整配置为异频后, 如果不和两侧大网设置互操作关系, 高铁附近区域容易产生覆盖空洞。
因此, 如果同时要保障“高铁用户”和“铁路两侧非高铁用户”的使用感受, 降低高铁异频网络掉话率及大网在高铁附近的掉话率, 使异频网和大网处于良好兼容共存的状态, 需要考虑打开异频网和大网间的互操作关系。
4.2“异频-大网”邻区配置原则策略
同站点同覆盖区域邻区不配置:由于站点共站址, 覆盖区域近乎一致, 专网信号覆盖电平由用户位置和终端所决定, 如果配置异频邻区且触发2D事件 (当前使用频率的评估质量低于某一门限值) , 信号有可能切至异频, 容易发生乒乓切换, 影响用户感知。为保证用户稳定的占用专网, 建议不配置共站共覆盖异频小区邻区。
第一层背对铁路小区可添加邻区:背对铁路小区对高铁覆盖影响较小, 不易导致高铁异常事件产生。对于大网用户在远离高铁移动时, 可作为正常切换关系。
用户密集区域主要道路保障:针对市区主要交通道路进行用户分布以及电平分布分析, 交通要道切换需求较多, 需要针对该区域进行重点保障。根据以上两条不添加高铁旁第一层或者第二层站点正对铁路覆盖的小区为邻区的原则, 可通过添加周围小区完善。
4.3“异频-大网”切换参数优化策略
高铁2D事件只采用RSCP (接收信号码功率) 作为判决条件:
由于高铁移动速度较快 (最快平均87 m/s) , 测试中发现Ec/Io容易出现较大波动, 如果采用和大网一样的RSCP和Ec/Io联合判决, Ec/Io波动时很容易启动2D事件。
异频网2D启动门限为-102 d Bm, 覆盖铁路两侧距离约为700~800 m, 郊区区域距离约为900 m左右, 且主瓣信号集中覆盖铁路沿线。
1) 提高异频网最小接入电平值。
设置QRXLEVMIN从-58修改为-51, 这预示着只有UE测得的CPICH (公共导频信道) RSCP大于-101 d Bm时, UE才有可能驻留到该小区。当用户在空闲态时, UE信号电平强度小区该阀值时, UE将脱网并重新搜索小区。通话状态UE可以在电平强度低于-101 d Bm时继续通话直至启动异频切换进入大网或挂机后启动重选。
2) 加大2D事件触发时延。
为应对个别站点故障或无线环境突变导致的局部弱覆盖问题等。2D触发时延由1 280 ms调整为最大值5 000 ms。
优化效果分析:通过对南京段调整分析, KPI (关键绩效指标) 统计语音业务一天平均掉话率从2.3%降低到1.2%, RNC忙时话务量基本保持在24Erl。全天异频切出次数 (10663→10713) 8300次左右少量增加到8900次左右, 效果良好。
降低高铁异频网切换事件次数的措施:
在高铁快速移动环境下, 与大网相比单位时间内会产生大量的信令事件, 在增加系统、UE终端工作负荷的同时, 极易发生异常事件。有效扩大单逻辑小区覆盖范围, 减少覆盖碎片产生将有助于减少异常事件的概率。
前期主要采用两小区0.5+0.5数字合并、两小区功分合并等方式, 华为R13版本引入新的“独立解调多小区级联”功能, 多RRU (射频远端单元) 共小区组网, 大幅减少切换, 并且无底噪抬升。在上行链路, 将多个RRU的信号送到基带后独立进行解调, 然后合并处理, 多个RRU归属同一个小区, 共同完成UE信号的接收和调度, 无底噪抬升, 不影响上行。
5 两条高铁交叉路段覆盖实现
如图2所示, 京沪高铁线和沪宁城际在镇江境内存在并轨路段, 在铁路交叉路段同时存在两条高铁的F3导频信号。
因此在交叉路段在小区覆盖控制的前提下, 需要合理设置两条线的邻区关系, 使各条线按设置进行有方向性的切换实现解决两条异频高铁交叉问题。
5.1 设置邻区优先级
根据高铁列车的行进路径, 按每条高铁顺序列出主导小区列表。将邻区优先级标志设置为true, 并将邻区优先级设置为1。
5.2 根据CIO方向性设置邻区关系
小区CIO (小区个性偏移) 在切换算法中起到移动小区边界的作用, 与调整切换相对门限的方法相比, 调整CIO因为是针对特定邻区配置, 方向性更强, 对软切换比例的影响较小;并且根据高铁的特性, 设置CIO后出现乒乓切换的可能性很小。
6 控制异频网和GSM间系统互操作
目前GSM (全球移动通信) 网络支持两种向WCDMA网络的重选功能:普通重选功能和快速回落功能。其中快速回落功能是指通过呼叫释放后优先驻留3G小区功能, UE在GSM网络通话结束前, BSS (基站子系统) 会根据WCDMA邻区的测量消息, 计算出一个最优的WCDMA邻区, 并将这个小区的频点信息通过channel release消息发送给UE, 指定通话结束后UE的驻留WCDMA小区信息。通话结束后, UE无需进行小区重选计算, 即可根据之前的测量消息优先选择合适的WCDMA小区驻留, 加快了小区重选的速度。因此异频网和GSM网互操作的总体原则是, 关闭WCDMA到GSM网的切换和重选功能, 并开通GSM网向WCDMA网的快速重选功能。
两种重选方式效果对比:
普通2G到3G的重选过程时间基本在5~6s左右, 按列车300km/h行使时83m/s速度计算, 整个重选过程完成需要500m左右。因此需要单小区覆盖范围至少在500m以上。
快速回落2G到3G的重选, 部分商用双模终端 (R6版本及以上) 支持该功能, 并且Iphone4手机全部支持, 根据相关对Iphone4的快速回落测试统计情况, Iphone4从2G通话后重新回到3G用时明显减少, 用时1~5s的比例从1.13%提升到39.34%, 提升幅度达38.21%。
7 结论
覆盖效果对比如图3所示。
江苏高铁WCDMA网络采用异频覆盖和优化方式取得了良好的覆盖效果。沪宁高铁WCDMA异频网实施后, 全线网络覆盖水平和网络质量有较大提升, 综合下行覆盖率由90.37%提升至95.33%, 提升5个百分点, “Ec/Io”大于等于-12 d B的比例由原来91.6%提升到95.52%, 覆盖质量得到有效提升, 全线基本实现无掉话发生。
通过实现异频网与大网间兼容覆盖措施, 网络稳定性和健壮性增强, 高铁两侧沿线异频网与大网间联合覆盖能力提高, 有效避免周围用户投诉的产生, 达到良好的覆盖效果, 对于改善联通Iphone等高端客户的用户体验和树立联通3G的优势品牌有较大促进作用。
摘要：对高速铁路WCDMA (宽带码分多址) 网络采用异频组网的必要性和异频组网的实际效果进行分析, 阐述江苏高铁异频网设置与优化实现方式, 总结了高铁异频组网涉及的关键问题的分析与优化。
高铁覆盖问题分析 篇4
目前高速铁路已成为我国地面客运的主流,高铁旅客中有较多的中高端用户,这些用户在产生高话务量的同时,对数据业务也有较大的需求,因此,WCDMA高速铁路建设不仅要保证连续覆盖,更要提供优质、高速的业务,提高用户感知度。由于高速铁路列车运行速度极快,多普勒频移效应明显,小区变更频繁,对WCDMA系统性能造成严重影响。再加上列车密封式厢体设计,穿透损耗大,沿途场景复杂,增加了高速铁路连续覆盖的难度。因此,改善高速铁路覆盖质量,对于提升网络质量及用户满意度,提升运营商品牌形象至关重要。
高铁通常跨越多个地市,途径多种场景,如:高铁火车站、市区低速区、农郊开阔高速区、山区丘陵、桥梁、隧道等,连续覆盖难度增加,需针对不同的场景制定不同的覆盖方案。本文就V字形地堑路段覆盖方案展开说明,描述了地堑路段的特点、建设难度、常见的解决方案等内容,并通过一个具体的案例,详细说明了V字形地堑路段覆盖方案的制定过程。
2 V字型地堑覆盖方案
2.1 地形及覆盖特点
V字形地堑路段是指高铁途径丘陵、山区地带时,通过开挖山体、建筑护坡的方式会形成长度不等的沟堑地形,列车在沟堑底通行。地堑深度一般在4至10m之间,长度一般从几十米到500m不等,在高铁沿线不均匀分布[1]。
高铁经过的V字形地堑路段具有垂直高度不等、护坡角度不等、地形长度不等的特点;地堑有时可能会高出列车顶部,导致地堑两侧山体对信号阻挡严重。经过地堑路段口时信号迅速衰减,需要针对地堑路段口专门设站覆盖。
另外,铁路运营部门出于安全性的考虑,在高铁线路两侧设置了红线区域[2],在红线区域内,除了铁路设施外,禁止其他物理建设。其规定对于平原地区影响还不大,在红线区域外建设基站能达到较好的覆盖效果。但是对于特殊路段,如:隧道、地堑等场景,基站无法在红线区域内建设,加上山体对信号有削弱作用,造成覆盖效果不佳。
由此可见,高铁覆盖存在较大难度,站址选择也较困难。因此,针对高铁地堑地形路段的特殊情况,本文总结了以下几种覆盖方式,读者可在实际工程中结合具体情况进行分析,选择最佳方案。
2.2 覆盖策略分析
根据上述V字形地堑路段覆盖特点,目前此场景的覆盖方式主要有以下几种:
方案一:通过在V字型路堑两侧山体上铺设泄露电缆方式解决,要求泄露电缆高度基本与车窗高度齐平。信号传播方向垂直于列车行进方向,入射角为90°,频移为0,无多普勒效应,这种方案的覆盖效果好。但缺点是须在铁路红线内施工,租赁难度比较大, 工程造价也很高,在实际工程中采用的较少。
方案二:通过在V字型路堑一侧山坡上架设杆式站方式解决,在V字形顶部红线内,要求桅杆安装背向铁路的方向进行拉线加固,桅杆高度不宜太高,高度大概在5至10m之间,可采用单RRU功分双向覆盖方式,采用高增益天线;单RRU功分双向发射的方式能够降低切换,提升性能,比较适用于站间距不大的场景。此方案的覆盖效果较好,工程造价相对较低;其缺点是须在铁路红线内施工,租赁难度比较大,但覆盖效果略差于方案一,且覆盖距离较短[2]。
方案三:通过普通高铁覆盖基站解决,在距离铁路红线安全距离100至150m处建设铁塔,站间距约1.5km,但对于V字形路段弧度较长的地形可缩短站间距;可采用双RRU小区合并覆盖方式,可采用高增益天线增加覆盖效果;双RRU小区合并能够加大覆盖范围,减少小区切换、重选的概率,适用于基站站间距较大的场景。此方案的优点是实施简单,缺点是覆盖效果略差于方案二,车厢内需通过反射信号覆盖,损耗大。
上述覆盖方案各有利弊,对于方案的选择需根据具体工程情况分析进行选择。目前对于地堑地形的覆盖推荐采用方案二,短距离拉杆式建设,前提是需经过铁路部门的许可方可实施。
3 案例分析
信
3.1 案例背景
本文以京沪高铁某V字形地堑路段为例进行说明方案制定情况。此路段周边环境为丘陵地形,由于丘陵高度较低,高铁铁轨建造方式未采用典型的高架桥方式,而是直接挖穿该丘陵,因此表现为V字型地堑结构,路堑长约430m,具体位置如图1。
3.2 方案实施
由图1可见,在距离V字形地堑路段南500m处有兴仁敬老院基站。经过测试该V字型地堑路段覆盖情况发现,实测路堑内RSCP指标低于-105dbm,覆盖效果较差。主要原因是由于此路段特殊的地形,信号受到阻挡,兴仁敬老院基站信号无法有效覆盖至路堑内部。测试情况如图2,图中画圈部分为长约430m的地堑路段:
鉴于上述情况,测试后对该区域的覆盖情况进行了调整。考虑到兴仁敬老院基站距离此路段较近,约500m,可以从兴仁敬老院基站光纤拉远一个RRU进行覆盖。由于V字形地堑路段地形对无线信号阻挡严重,根据测试结果,地堑地形对WCDMA信号纵向覆盖衰减约为20dB,因此此类场景需要采用平行覆盖方式,建议在地堑路段侧坡上架设杆,高度约15m,覆盖天线平行V字行地堑口方向。案例中的天线安装位置如图3,图中画圈内,其配套采用水泥杆方式,电源方面则采用直流远供方式。
本路段的覆盖方案经过调整后,网络测试结果如图4。
由图4可见,覆盖效果改善明显,测试结果较好,RSCP指标大于-85dB,图中画圈部分为地堑路段。
4 结束语
由于高铁列车运行速度极快,多普勒效应明显,列车车体损耗大,沿途场景复杂,建设难度大,小区变换频繁,这些都影响WCDMA网络的建设指标,特殊场景能否解决好,直接影响到整体线路的用户感知。本文列举了几种常见方案,现实工程中,由于环境的差异及业务需求的不同,覆盖方案的选取也会不同,需要在实际工程中继续摸索。
摘要：文章就高铁沿途经过的V字形地堑路段展开讨论,对V字形地堑路段地形特点及常见覆盖策略进行了说明。并结合具体工程案例,对案例中地堑路段存在的信号弱覆盖问题进行测试分析,综合考虑现网情况选择最佳覆盖方案,并达到了预期的覆盖效果,为以后相关的工程提供参考。