高速铁路覆盖解决方案分析

高速铁路覆盖存在的问题

     高速列车对移动通信的影响主要是由于车体损耗和高速移动的速度造成的，不同车体对无线信号的穿透损耗差别很大（如表1所示）。

     当终端在移动中通信时，特别是在高速情况下，终端和基站都有直视信号，接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。用户移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移最大；完全垂直时，没有多普勒频移。多普勒频移对于接收机接收性能有一定的影响，主要是降低了接收的灵敏度。因此高速铁路覆盖的主要技术难点包括对多普勒频移的校正、有针对性的网络覆盖设计和降低网络建设成本等。

表1 几种列车无线信号衰减一览表

    降低多普勒频移 影响的措施

     工作频率越高，多普勒频移越大，相同车速时，1800MHz比900MHz多普勒频偏大一倍，性能损失更大，因此对于GSM网络优先采用900MHz频段是有效的解决方案。另外，900MHz频段覆盖能力比1800MHz频段大6～10dB，现在900MHz在现网已经连续覆盖，优化现有900MHz频段网络解决高速铁路覆盖问题，会更经济。

     另外设备本身具有自动频率控制（AFC）功能，AFC是针对铁路快速移动的特点设计的基站频率校正算法，通过快速测算由高速所带来的频率偏移，补偿多普勒效应，改善无线链路的稳定性，可以提高设备的解调性能。

    加强网络规划设计工作

    1.加强网络规划设计工作

     在进行高速铁路覆盖设计时，充分研究铁路发展趋势，通常以最大穿透损耗的车型作为覆盖优化的目标。基站选址要合理，避免越区覆盖产生，在保证覆盖距离的情况下，尽可能与铁路保持一定距离，克服多普勒效应。当基站远离铁路边时，可以采用宽波瓣天线，扩大覆盖范围，同时抑制覆盖边缘天线增益的快速下降。严格控制切换区域，保证切换区域的切换时间满足最少两次切换。合理选择天馈系统，针对不同场景合理选择天线，天线方位角尽可能不与铁路平行，使主瓣与铁路线有一定夹角。有针对性地选择站型，可以使用功分器把小区分裂为单小区双方向，连接两副定向的高增益天线，以扩大覆盖范围，同时减少切换。特殊场景特殊考虑，对于弱场覆盖需考虑特殊覆盖方案，如使用直放站等。可考虑使用功放、塔放或MCPA（多载波功率放大器）扩大小区的覆盖范围。尽量将沿线基站放在同一个BSC或MSC中，以减少MSC间、BSC间的切换，避免过长的切换时间对网络服务质量造成不利的影响。

    2.充分发挥高速铁路链型网络结构的特点

     对原有网络结构进行改造，根据高速铁路线形覆盖的特点，将小区结构规划成链形邻区，并针对高速铁路沿线的链形邻区，让用户沿运动方向优先切换到前向链形邻区，这样将尽可能减少切换次数，避免前后小区乒乓切换，也避免了侧向小区的无序切换，提升切换效率，提升业务质量。

    3.切换带的规划

     切换带的规划一方面保证高速移动的手机终端顺利完成切换，同时要尽可能减少基站数量，降低投资，因此切换带的设计要合理。根据快速切换算法触发时间的估算，完成2次快速切换的时间为5～6秒，网络设计过程中通常建议为7～8秒。

    采用硬切换的GSM满足切换条件时，组网拓扑结构相同且共用天馈的CDMA也一定能良好切换。

    4.站型和天线选择方案

     周边用户比较少的农村区域，在铁路比较笔直的场景下，优先选择高增益窄波瓣天线，基站覆盖范围大，切换次数少；对于市区、郊区、沿途有车站、铁路有弧度区域适合选择中等增益天线；功分器虽然增加了3.5dB损耗，降低了基站覆盖范围，但是两个扇区为同一个小区，减少了切换次数，并且不需要考虑天线前后比的问题，在合适的场景下可以考虑使用；8字形天线比较适合覆盖直线铁路。

    5.分布式基站和一体化基站合理使用

     分布式基站将原来基站分割成基带和射频两部分，用光纤代替传统的馈线将射频部分拉远，实现塔上安装。铁路沿线比较容易铺设光缆，为分布式基站的建设提供了便利条件，另外BBU集中放置，适用于沿线城镇容量较大区域，减少对机房资源的需求，便于站址获取、集中管理和维护。室外一体化基站体积小、重量轻，不需要机房，安装方式灵活，适合铁路沿线覆盖使用。

    隧道覆盖解决方案分析

     隧道作为铁路的组成部分，直接影响到铁路覆盖的指标，覆盖势在必行。通常隧道有单洞双轨、双洞单轨、单洞单轨之分，隧道的长度影响信源选取、覆盖方式等，因此将长度小于200m的隧道称为短距离隧道，200m～2000m之间的隧道称为中长距离隧道，大于2000m的隧道称为长距离隧道。

     中短隧道通常采用八木天线在隧道入口对隧道进行覆盖，八木天线覆盖隧道的长度和隧道的横截面大小、建设材料、弯曲情况等有关，通常切换带不要设置在隧道内。如果基站可以建设在隧道口，可以采用基站连接泄露电缆覆盖隧道内，出隧道后泄露电缆末端加天线覆盖隧道出口空间，也可采用光纤直放站+泄露电缆对隧道内覆盖，泄露电缆安装一般建议距离轨面1.8m，这种覆盖方案通常成本比较低，便于安装和维护。

     长隧道覆盖通常采用光纤直放站+泄露电缆覆盖，光纤直放站可以用一个近端站+多个远端站覆盖方式。在长隧道覆盖中，通常采用多种类型天线，一类解决隧道外覆盖，一类是用于信号延伸等。切换带不要设置在隧道内。由于在隧道内基站设备的安装维护比较复杂，建议不要在隧道内安装基站设备。

     不同隧道对覆盖信源的选取有所不同，对于独立的短隧道可以采用无线直放站进行覆盖；对于连续隧道群采用同一专用信源（仅用来覆盖隧道），利用光纤拉远进行覆盖，并将隧道与隧道之间的区域纳入隧道覆盖中，避免切换；对于长距离隧道采用专用信源，利用光纤拉远进行覆盖。

     为了保证隧道口信号顺利切换，通常在隧道口顶部安装天线，通常采用高增益天线，以保证足够的天线功率。

     隧道覆盖投资大，需要协调的工作量大，因此在一次覆盖工程中，要充分考虑未来系统的发展：适应未来铁路列车的发展,在功率预算方面有一定余量；适应未来3G网络的升级，器件频段适应未来3G要求，电源、光纤传输、主设备位置预留等基础设施方面也要予以充分考虑。

     总之高速铁路的无线网络覆盖非常复杂，需要网络规划设计和优化人员根据实际情况和设备性能，通过充分的实地考察、理论计算和测量，合理确定解决方案，做到在保证通信质量情况下，严格控制网络建设成本。