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本文作者：王歡1趙博2作者單位：1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)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(zé)任公司

0前言

大規(guī)模的高鐵建設(shè)，給人們工作生活帶來方便的同時(shí)也對移動(dòng)通信提出更高的要求。高鐵正逐步成為商務(wù)及旅游出行人士必選的交通工具，由于高鐵行駛速率達(dá)到300km/h，傳統(tǒng)的GSM組網(wǎng)方式已不能滿足移動(dòng)語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，這就給GSM網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)三階互調(diào)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(gè)信號F1和F2經(jīng)過該系統(tǒng)后都會(huì)有新的頻率分量產(chǎn)生，為了減少互調(diào)對GSM-R的影響，需要把互調(diào)產(chǎn)物盡量避免落入GSM-R帶內(nèi)，但考慮到互調(diào)階數(shù)越高互調(diào)產(chǎn)物的電平就越小，且隨著網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜，要避免所有互調(diào)產(chǎn)物幾乎不可能，所以實(shí)際操作中一定要避免三階互調(diào)落入GSM-R帶內(nèi)。由于GSM-R在GSM低頻段，頻點(diǎn)在-25~0之間(含)，說明三階互調(diào)落在了GSM-R頻點(diǎn)內(nèi)，這就需要在高鐵小區(qū)頻點(diǎn)規(guī)劃時(shí)盡量規(guī)避三階互調(diào)。由于GSM頻點(diǎn)有限，以及三階互調(diào)限制，原有的GSM頻點(diǎn)規(guī)劃方案已不能應(yīng)用于高鐵頻點(diǎn)規(guī)劃。

1.2高速移動(dòng)下的多普勒頻移

多普勒頻移是指接收到的信號波長因?yàn)樾盘栐春徒邮諜C(jī)相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生附加頻移。頻移大小和運(yùn)動(dòng)速度成正比，運(yùn)動(dòng)速度越快頻偏越大。當(dāng)頻偏移動(dòng)過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致解調(diào)符號產(chǎn)生較大的相位偏差，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤碼率升高，基站與移動(dòng)臺(tái)之間的頻率同步出現(xiàn)問題。多普勒頻移的存在，導(dǎo)致基站和手機(jī)相干解調(diào)性能下降，300km/h運(yùn)動(dòng)速度下900M頻段終端等效衰落1dB，2000M頻段等效衰落4dB。因?yàn)?a href="http://bjhyfc.net/lunwen/txcblw/wxtxkjyjlw/201210/744070.html" target="_blank">對于移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)的影響小于對基站的影響。移動(dòng)臺(tái)在靠近和遠(yuǎn)離基站時(shí)，合成頻率會(huì)在中心頻率上下偏移。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)駛向基站方向時(shí)，頻率增加，波長變短，頻偏減小；當(dāng)移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離基站方向時(shí)，頻率降低，波長變長，頻偏偏大。列車在高速移動(dòng)下，移動(dòng)臺(tái)與基站的距離頻繁改變，這使得頻移現(xiàn)象非常嚴(yán)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(yuǎn)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(shí)速為600公里。1800M比900M的頻率偏移打，對基站解調(diào)能力影響更大，鐵路覆蓋建議采用900M頻段，同時(shí)基站設(shè)備在對抗多普勒頻移方面需要進(jìn)一步改善。

1.3快、慢衰落對覆蓋影響

移動(dòng)通信中信號隨接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的距離快速、不斷變化，曲線的瞬時(shí)值呈快速變化，稱快衰落。根據(jù)理論推導(dǎo)，無線信號快衰落最大衰落次數(shù)：Ln=2v/λ（次/秒）（v為移動(dòng)速度，λ為信號波長），嚴(yán)重衰落時(shí)深度達(dá)20~40dB，這將嚴(yán)重影響信號傳播質(zhì)量。移動(dòng)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(shí)間越長，信號質(zhì)量越差，快衰落對高鐵的影響最嚴(yán)重。無線通信通常采取快速功控、RAKE、擴(kuò)頻和加大衰落儲(chǔ)備等技術(shù)對礦快衰落，但由于GSM功控頻率遠(yuǎn)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(guān)閉功控。慢衰落是由于障礙物阻擋成陰影效應(yīng)，接收信號強(qiáng)度下降，但場強(qiáng)中值隨地理改變變化緩慢。信號強(qiáng)隊(duì)隨時(shí)間的變化服從對數(shù)正太分布。在高鐵網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)避開障礙物遮擋，保證可視傳播。在鏈路預(yù)算過程中，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)。

1.4高速移動(dòng)對小區(qū)切換及重選的影響

高速移動(dòng)場景下，移動(dòng)臺(tái)最佳的服務(wù)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(jìn)行設(shè)置，則有可能發(fā)生重選、切換不及時(shí)現(xiàn)象，導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)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(shí)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(yùn)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(yùn)行中，頻繁的小區(qū)重選及切換會(huì)造成電平質(zhì)量的波動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(shù)。

1.5車體穿透損耗大

高鐵列車采用特殊的材質(zhì)，高鐵車廂對信號的屏蔽較高，車體穿透衰耗最大可達(dá)24dB，嚴(yán)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(qiáng)，同時(shí)提高基站的接收靈敏度?？紤]到現(xiàn)實(shí)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(shí)，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(dòng)性、歸屬性的影響大，工程協(xié)調(diào)和實(shí)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(jìn)行鐵路“大網(wǎng)覆蓋”。大網(wǎng)覆蓋不會(huì)單獨(dú)考慮高速場景下的覆蓋，其LAC和BSC相對較多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能滿足高速需求，同時(shí)大網(wǎng)參數(shù)設(shè)置難以同時(shí)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(guān)系復(fù)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(shù)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(guān)系，避免與公網(wǎng)有切換關(guān)系，同時(shí)可針對專網(wǎng)做重選和切換參數(shù)的專項(xiàng)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(diǎn)在實(shí)際建網(wǎng)中，一般都在現(xiàn)網(wǎng)或者2G站點(diǎn)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(diǎn)原則應(yīng)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(shè)計(jì)?！爸弊中筒颊究梢噪p側(cè)覆蓋車廂，減少實(shí)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(diào)整頻點(diǎn)配置，高鐵專網(wǎng)與EGSM頻段預(yù)留一定的保護(hù)帶，高鐵頻點(diǎn)到25號頻點(diǎn)以上；控制單通道內(nèi)的頻點(diǎn)帶寬，單通道的所有頻點(diǎn)需要約束到5MHz以內(nèi)，三階互調(diào)產(chǎn)物避開930-934MHz頻段。加裝外置濾波器，930-934MHz抑制達(dá)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(diào)對GSMR干擾，致使高鐵頻點(diǎn)使用數(shù)大大減少。為確保專網(wǎng)質(zhì)量，滿足高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下用戶通話要求，需重點(diǎn)做好頻率規(guī)劃。專網(wǎng)頻點(diǎn)盡量劃取一段連續(xù)的頻點(diǎn)，便于后續(xù)管理。專網(wǎng)BCCH與專網(wǎng)TCH頻點(diǎn)分段，專網(wǎng)BCCH與大網(wǎng)BCCH頻點(diǎn)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(diǎn)隔離度。

3）合理制定參數(shù)策略，適應(yīng)高速移動(dòng)環(huán)境

針對高鐵超高速、專網(wǎng)小區(qū)鏈?zhǔn)角袚Q特點(diǎn)，在控制重疊區(qū)覆蓋優(yōu)化的同時(shí)，適當(dāng)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(jié)

根據(jù)分析可知，針對GSM高鐵網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(shí)也針對大網(wǎng)與專網(wǎng)組網(wǎng)進(jìn)行了利弊分析，對高速環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋提出了解決方案。