寧 偉

中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043

鄭西高鐵陜西境內(nèi)移動(dòng)GSM公網(wǎng)覆蓋設(shè)計(jì)

寧 偉

中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043

我國高速鐵路普遍采用CRH動(dòng)車組來輸送旅客。由于CRH車體密封性好、損耗高、速度快且鄭州至西安客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)350Km/h，從其他高速鐵路經(jīng)驗(yàn)來看，高速對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(biāo)KPI性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，車廂內(nèi)公用移動(dòng)通信質(zhì)量明顯下降。為保證乘客的通信暢通和通信質(zhì)量，本文制定設(shè)計(jì)方案對鄭西高鐵陜西境內(nèi)部分進(jìn)行移動(dòng)專網(wǎng)覆蓋。

高速；鐵路；GSM；覆蓋；設(shè)計(jì)

現(xiàn)網(wǎng)的鐵路覆蓋大多采用城鄉(xiāng)基站兼顧鐵路覆蓋的形式，在低速情況下可以滿足覆蓋要求，但提速后往往不能滿足要求。高速對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)KPI性能影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：多普勒頻移現(xiàn)象強(qiáng)烈，信道解碼性能降低；列車車體損耗加劇，車廂內(nèi)場強(qiáng)弱，小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域縮短；切換頻繁，質(zhì)量變差，導(dǎo)致掉話率高、接通率較低；重選頻繁，影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用；位置更新頻繁，信令負(fù)荷大。

1.鄭西高鐵及沿線陜西移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)概況

鄭西高鐵陜西段以橋梁為主，其余為隧道和平原，其中橋梁約占整條線路長度的70%左右，隧道4個(gè)，長13.798km。目前全線建有一套GSM-R系統(tǒng)，其組網(wǎng)方式為單網(wǎng)交織。

鄭西高鐵陜西境內(nèi)沿線有西安移動(dòng)和渭南移動(dòng)，兩家移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備廠家不同，西安移動(dòng)為北電和阿朗設(shè)備，渭南移動(dòng)為華為設(shè)備。

2.覆蓋強(qiáng)度理論分析

2.1 手機(jī)在單小區(qū)內(nèi)的最低信號強(qiáng)度需求

根據(jù)理論計(jì)算，為了手機(jī)能發(fā)起和建立呼叫，需要的最低信號強(qiáng)度為：

SSreq=MSsens+RFmarg+IFmarg+BL

其中：

MS s en s：手機(jī)接收機(jī)靈敏度、為-104dBm

RFmarg ：瑞利衰落（快衰落）余量，與“正常”移動(dòng)的手機(jī)相比，快速衰落對高速移動(dòng)的手機(jī)的影響很小，假設(shè)為0dB

IFmarg：干擾余量2dB

BL：人體損耗5dB

因此，SSreq =-97dBm

2.2 考慮切換的最低信號強(qiáng)度

隨著列車的運(yùn)行、手機(jī)逐漸遠(yuǎn)離基站，服務(wù)小區(qū)的信號強(qiáng)度也在衰落。為了保證呼叫建立或者持續(xù)通話，手機(jī)要在接收的信號強(qiáng)度低于SSreq 前切換到新的小區(qū)。也就是說，車內(nèi)的覆蓋目標(biāo)為：

SSdesire= SSreq+ HOVmargin

其中：

SSreq：-97dBm

HOVmargin：切換時(shí)間內(nèi)的信號衰減余量，手機(jī)遠(yuǎn)離基站而產(chǎn)生的慢衰落。

HOVmargin＝8dB（計(jì)算略）；

因此，列車內(nèi)SSdesire= -97+8=-89dBm。

而車外的信號強(qiáng)度設(shè)計(jì)目標(biāo)SSdesign為：

SSdesign= SSdesire +LNFmargin(o+i)+TPL

其中：

LNFmargin(o+i)：正態(tài)衰落余量，在市區(qū)、室內(nèi)環(huán)境下取值，為13.1dB

TPL：Train Penetration Loss, 火車廂穿透損耗，取24dB

則SSdesign＝-52dBm。

2.3 相鄰小區(qū)的重疊區(qū)域

覆蓋重疊長度與列車運(yùn)行速度、切換時(shí)間密切相關(guān)，為了提高切換成功率，切換時(shí)間按照能完成兩次越區(qū)切換考慮，即按10s考慮，以適應(yīng)各種切換情況。列車以350Km/h速度運(yùn)行，換算每秒行駛距離約為97m，則相鄰小區(qū)重疊區(qū)域?yàn)?70米。

3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)要求

在原網(wǎng)覆蓋的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，形成鏈型小區(qū)覆蓋；

滿足切換帶的大小要求；

盡量擴(kuò)大單小區(qū)覆蓋范圍，減少切換次數(shù)；

滿足列車內(nèi)的覆蓋概率，以及對高速頻偏的補(bǔ)償；

控制越區(qū)覆蓋，減少干擾；

盡量保證基站和鐵路間的距離，減少頻偏殘留；

盡量利用鐵路設(shè)施，例如鐵塔等，以減少投資。

3.2 覆蓋方案選定

從整條鐵路狀況來分析，鄭西客專以橋梁為主，故新建基站的難度較高，投資較大，從節(jié)約成本及工程建設(shè)的角度考慮，設(shè)計(jì)中考慮利用鐵路鐵塔、電力及溝槽等設(shè)施。鑒于客觀實(shí)際情況，并兼顧將來3G覆蓋，決定采用布網(wǎng)靈活、設(shè)備體積小，省電、易安裝的分布式基站解決方案（BBU+RRU）。分布式基站采用射頻模塊拉遠(yuǎn)技術(shù)，將射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)安裝在天線端，通過光纖連接到BBU（基帶處理單元）。分布式基站組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 分布式基站組網(wǎng)示意圖

3.3 分布式基站方案優(yōu)點(diǎn)

基站體積小型化，分為基帶部分和射頻部分，可實(shí)現(xiàn)無機(jī)房建站；

射頻部分靠近天線端，饋纜損耗小，網(wǎng)絡(luò)性能更優(yōu)；

配套設(shè)施要求低，交流市電供電，配套設(shè)施要求低；

施工方便，便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整與優(yōu)化；運(yùn)行費(fèi)用低廉，節(jié)能減排；

向3G過渡簡單方便，只需增加相關(guān)板卡。

3.4 規(guī)劃設(shè)計(jì)

整條鐵路的主覆蓋小區(qū)形成鏈條狀（即BBU+RRU覆蓋區(qū)域），用以保證高速鐵路用戶的正常通信。

根據(jù)既有沿線設(shè)備情況，西安、渭南每個(gè)本地網(wǎng)設(shè)置一個(gè)BSC（基站控制器）。渭南B S C管理豫陜省界至渭南段的BBU+RRU，西安BSC管理渭南至西安段的BBU+RRU；新設(shè)的BSC接入到當(dāng)?shù)乇镜鼐W(wǎng)的MSC（交換機(jī)），LAC（位置區(qū)編碼）區(qū)相同。BSC和原網(wǎng)BSC之間為跨BSC的正常切換，對現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響非常小。以上設(shè)計(jì)方案BBU都是放置在不同機(jī)房，如果出現(xiàn)2個(gè)BBU共機(jī)房的情況，預(yù)留的光纖至少為24芯，留有一定的冗余度。

天饋系統(tǒng)采用兩小區(qū)、高增益天線方案，采用較小前后比的天線，保證基站下方切換帶的要求，天饋高度距鐵軌平面25米。

隧道內(nèi)采用RRU+ LCX（漏泄同軸電纜）進(jìn)行覆蓋。RRU放入GSM-R系統(tǒng)直放站洞室，電源由鐵路電力專業(yè)供電。LCX采用寬頻帶LCX，為將來3G覆蓋預(yù)留條件。

車站由于話務(wù)量大，采用宏基站覆蓋。由于鄭西客專兩跨渭河行洪區(qū)，行洪區(qū)寬度最寬達(dá)到4.9Km，為避讓行洪區(qū)，行洪區(qū)采用宏基站覆蓋。

鐵路GSM-R基站間距約為3.5km，在充分利用鐵路基站鐵塔的同時(shí)，根據(jù)地形情況，在兩鐵塔之間增建一座或二座鐵塔，保證RRU間距范圍為1～1.6Km，為將來3G覆蓋預(yù)留條件。工程實(shí)際中共享鐵路站點(diǎn) 47處，其中共享鐵塔36處，隧道內(nèi)洞室11處。設(shè)RRU53套，宏基站9套。

BBU按20個(gè)載頻配置，每個(gè)BBU帶5個(gè)RRU，每個(gè)RRU配置4個(gè)載頻。全線設(shè)備數(shù)量如表1所示。

表1 設(shè)備數(shù)量表

4.覆蓋設(shè)計(jì)實(shí)施結(jié)果及后期建議

施工完成后，經(jīng)測試，信號覆蓋良好，覆蓋結(jié)果完全滿足要求。

本次規(guī)劃中每個(gè)RRU都按4載頻配置，后期可根據(jù)具體的話務(wù)量來做調(diào)整和優(yōu)化；現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中其對此鏈條小區(qū)有覆蓋影響的小區(qū)需進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化。

5.結(jié)語

本設(shè)計(jì)充分利用了鐵路鐵塔、電力等設(shè)施，在根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定最佳設(shè)計(jì)方案的同時(shí)節(jié)省了投資，為以后的高鐵公網(wǎng)覆蓋提供了借鑒。

[1]李建東，郭梯云，鄔國揚(yáng).移動(dòng)通信[M].西安：西安:電子科技大學(xué)出版社.2006.

[2]中國移動(dòng)集團(tuán)上海有限公司.高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.22.042

寧偉 男 學(xué)歷：本科, 職稱：工程師 工作單位：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司。