CDMA高铁覆盖规划优化浅析

———————————————————收稿日期：2010-05-18应伟光，宣建涛（华信邮电咨询设计研究院有限公司，浙江杭州310014）YING Wei-guang ，XUAN Jian-tao （Huaxin Consulting Co.，Ltd .，Hangzhou 310014，China ）CDMA 高铁覆盖规划优化浅析关键词：高速铁路；专网规划；切换中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-3043（2010）06-0005-04摘要：随着铁路的大面积提速和城际高速铁路的快速建设，对现有移动通信网络的规划建设和建成后的网络优化提出了更高的要求。

本文分别从多普勒效应、高速移动对切换带来的影响、专网覆盖及容量对高速铁路规划进行了分析探讨。

Abstract ：The acceleration of operating speed and the fast construction of inter-city railway presents high requirements for the planning of current mobile communication network and the optimization.It analyzes Doppler effects ，the effects of high-speed movement on handover ，particular network coverage ，etc.Keywords ：High-speed railway ；Particular network planning ；Handover0前言从2007年4月18日开始，中国铁路正式实施第六次大提速。

铁路提速后列车的最高时速已达到了250km/h ，而环渤海、长三角、珠三角等各大城市间的城际铁路的最高时速更是高达300km/h 。

随着我国“火车电气工程”的不断建设，高速铁路的网络覆盖将会在不久的将来成为全国范围内一个普遍性的问题。

如何在高速移动情况下提供良好的网络服务质量成为运营商和设备商当前的一个重要关注点。

通过高速铁路覆盖专网的规划建设可以较好的解决高速移动对现有CDMA 网络带来的冲击问题。

本文从多普勒效应、高速移动对切换带来的影响、专网覆盖及容量等方面来探讨高速铁路专网解决方案。

1高铁覆盖的特点1.1多普勒频移当终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，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。

多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移，其计算公式为f d =f c×v ×cos θ（1）式中：f ———载波频率c ———电磁波传播速度v ———移动台运动速度Initial Analysis on CDMA High-speed Railway Coverage Planning and Optimization车型硬座/dB卧铺/dB综合减值/dB硬座/dB卧铺/dB综合减值/dB普通列车131414141515CRH1列车（庞巴迪列车）24-2422-22CRH2列车（日本新干线）12-1212-12CRH3列车（京津城际）20-2020-20CRH5列车（阿尔斯通）24-2422-22频段800MHz 2000MHz 表2各种车体损耗表1典型情况下最大的多普勒频移车速中心频率为900MHz 时的f d2倍频差中心频率为2GHz 时的f d2倍频差200km/h 167334370740250km/h 208416463926300km/h 2505005551110350km/h2915826481296θ———移动台移动方向和入射波的夹角从式（1）可以看出：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。

在移动台远离基站方向移动时，频率降低；在移动台向基站方向移动时，频率升高。

图1展示了多普勒频移对移动通信系统的影响，其中f o 是发射频率，f d 为多普勒频移。

从图1可以看出，在未加频偏校正的情况下，基站接收频率和发送频率之间有2倍频偏。

表1为典型情况下的最大多普勒频移（即假设θ=0）。

根据上述分析可以得出以下结论。

a ）在用户移动过程中，多普勒频移随着用户位置的变化而变化。

b ）最大多普勒频移与手机运动速度成正比，且距离基站越远频率误差越大。

c ）当列车在小区边缘时，频偏最大；用户移动方向和电磁波传播方向完全垂直时，没有多普勒频移。

d ）终端锁定下行信号频率后发送上行信号，上行接收将带来2f d 的频移。

1.2车体穿透损耗大高速列车车箱采用全封闭式车体结构，车体密封性好，部分车型（如庞巴迪列车）采用金属镀膜玻璃，车体损耗较普通列车大很多。

CRH 列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。

各种类型的CRH 列车具有不同的穿透损耗，对各类型车厢的穿透损耗的测试结果如表2。

1.3软/同频硬/异频盲切换和导频污染高速移动的列车在进行小区切换时，可以很快速地穿过小区间的切换区。

如果小区的切换区设置过小，那么用户在还没来得及进行切换过程就已经穿过了切换区，导致切换失败而掉话。

高铁通常线路都较长，沿途经过的行政区必将很多，针对现网情况，不同的地市（行政区）可能使用的主设备厂家不一样，这样就导致跨区的不同厂家之间高速运动下的同频硬切换问题，可能会导致切换失败而掉话。

另外就是在高速铁路经过密集市区情况下，周边信号杂乱无章，会因为没有专门针对高铁覆盖而合理设置的重叠覆盖区域，导致导频污染等问题。

总体来说，高铁覆盖可能会导致网络出现软切换、更软切换、同频硬切换、异频盲切换、切换区不对称、导频污染等问题。

2高铁覆盖专网规划2.1专网规划总体思路高速铁路的覆盖，主要矛盾就在高速运动下的良好网络覆盖，基于目前的基站覆盖能力，在高铁的长度量级上不太可能用一个信号源覆盖，因此如何尽量避免沿线的网络覆盖质差问题是非常重要的，总体上来说就是几个方面，如切换、干扰、多普勒频移以及覆盖强度等。

图2为总体覆盖方式的示意。

高铁覆盖主要解决的是覆盖问题，解决方案总体思路如下。

隧道众多，而且长短不一，部分宏站距离隧道过近，不易设置切换带。

解决方案是：尽量将切换设计在隧道外，通过大功率天线在隧道口将信号外打500m 以上，切换带选取在宏站距离隧道口较远的一端。

而对个别长隧道则在隧道内切换，为了保证重叠覆盖区域的长度，设置一个重叠点，通过功率调控来保证足够的切换带。

设备采用RRU+直放站方式解决，BBU安装在隧道外就近的宏基站内，RRU安装在隧道内，部分直接耦合基站信源的直放站近端机安装在隧道外就近的宏基站内，直放站远端机全部安装在隧道内。

室外覆盖仍然采用现有大网建设兼顾覆盖的方式，今后通过高铁实际需求进行优化调整。

2.2容量分析列车行车“自动闭塞区间”为10km左右，在20 km范围内，单向仅1列列车，对于复线铁路，最多同时有2列列车通行，可据此来进行话务量的预测。

2.2.1最大客流量分析根据目前国内的客车情况，1列火车通常挂16节车厢，单节车厢硬座满员108人，硬卧满员60人，软卧满员36人，通常1列火车硬卧不少于2节，软卧不少于1节，基于此，每列普通客车的满员人数约为1600人，则总客流量约为3200人。

按超员20%计算，则总客流量约为3840人。

2.2.2CDMA手机持有率分析根据目前移动通信的发展状况，按手机持有率85%计算，其中CDMA用户占有率约为10%。

2.2.3人均忙时话务量分析人均忙时话务量按0.02Erl计。

2.2.4最大话务量计算最大话务量计算公式为E max=NR1R2E b（2）式中：E max———最大话务量（Erl）N———总人数R1———手机持有率作者简介：应伟光，华信邮电咨询设计研究院有限公司移动分院设计三所所长，高级工程师，硕士，主要从事2G/3G 网络规划和优化工作；宣建涛，通信工程师，主要从事GSM 、CDMA 网络规划、优化工作。

切换类型车速/（km/h ）切换时间切换距离重叠覆盖距离软切换250300ms2142300255035029584003366虚拟软切换2501s691383008316635097194400111222硬切换2505s3476943004178343504869724005561112表3终端不同移动速度下最小切换区的大小R 2———CDMA 用户占有率E b ———人均忙时话务量（Erl ）则预测C 网最大突发话务量为E max =3840×85%×10%×0.02=6.53（Erl ）对应爱尔兰表，按2%呼损率考虑，对于CDMA网，1个1X 载波就能够满足话务需求。

对于初期DO 业务需求，考虑业务发展情况，配置1个DO 载波即可，今后视实际业务需求情况，预留1个DO 载波。

2.3切换分析高速移动的列车在进行小区切换时，可以很快速地穿过小区间的切换区。

如果小区的切换区设置过小，那么用户在还没来得及进行切换就已经穿过了切换区，导致切换失败而掉话。

由于切换时延包括测量处理和切换执行2个过程，需要根据高速移动的情况，合理规划切换区的大小以及合理设置与切换相关的参数。

在切换区大小不变的前提下，速度越快的终端穿过切换区的时间越小。

因此，当终端的移动速度足够快以至于穿过切换区的时间小于系统处理软切换的最小时延，此时会导致掉话的产生。

一般情况下软切换时延取值为300ms ，本案的高铁时速设计为v ，因此切换区应当设置为d =v Δt根据速度和距离的关系，可以大致获得终端运动速度与所需最小切换区大小的对应关系，这里考虑将预留余量切换时间设置为1s ，则可以得出相应的最小切换区域（见表3）。

对于覆盖高铁的设备，由于隧道涵洞之间间距都是500m ，因此隧道内切换都是考虑500m 的2个小区重叠覆盖，隧道口则采用H 杆上面架设天线延伸覆盖方式，将切换区延伸到隧道口，一般可以考虑100~200m 的切换距离，这样将有更大的软切换区域，可以保证软切换的正常进行。

3结束语通过对高速铁路覆盖的专网规划建设，能较好地解决现有高速铁路带来的影响。

但随着列车的进一步提速，以及在高速列车所发生话务量和数据业务流量的增加，需要对专网建成后及时进行专网的优化，包括BSC 、MSC 区域的划分，LAC 区的划分等，以便更好地解决高速移动带来的一系列问题。

参考文献：［1］华为技术有限公司.cdma20001x 无线网络规划与优化［M ］.北京：人民邮电出版社，2005.［2］啜钢，王文博，常永乐，等.移动通信原理与应用［M ］.北京：北京邮电大学出版社，2002.一直以来致力于路由器研发的瞻博网络近日在光网络会议上亮相，为此瞻博网络产品市场副总裁Luc 先生认为，瞻博网络虽然没有光传输相关的产品，但他们却清楚地看到了未来大规模网络建设后，基于IP 包交换方式的流量也在飞速地增长。