淺談高速鐵路GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的設(shè)計(jì)方案

　　摘 要：伴隨著鐵路不斷提速，現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)已不能適應(yīng)高鐵覆蓋要求，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。本文介紹了高鐵對移動通信的影響因素，并針對高鐵車站、高鐵區(qū)間和隧道三種特定場景從GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和切換提出了設(shè)計(jì)方案。
　　關(guān)鍵詞：高速鐵路 GSM 覆蓋 切換
　　中圖分類號：TN929文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2011)08(b)-0009-02
　　
　　伴隨著鐵路數(shù)次提速廣大乘客享受到了便捷、快速的服務(wù)，但與此同時由于新型列車具有密封性能好、車體穿透損耗高、運(yùn)營速度快（最高運(yùn)營時速350km）等特點(diǎn)，其對列車內(nèi)的移動通信質(zhì)量產(chǎn)生了較大影響。如何在高速移動條件下，為用戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量成為GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化的一個研究熱點(diǎn)。
　　本文根據(jù)高鐵特點(diǎn)從GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的信號強(qiáng)度和切換區(qū)域設(shè)置等方面分別針對高鐵車站、高鐵區(qū)間和隧道三種特定場景討論GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)高速鐵路覆蓋的設(shè)計(jì)思路。
　　
　　1 高速鐵路對網(wǎng)絡(luò)影響分析
　　1.1 網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度
　　在高速鐵路的車站和鐵路沿線GSM網(wǎng)絡(luò)都存在嚴(yán)重的弱信號弱覆蓋現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
　　高鐵車站內(nèi)由于建筑物對信號的屏蔽阻擋作用室外信號在室內(nèi)快速衰落，室內(nèi)成為信號覆蓋弱區(qū)，部分區(qū)域例如地下通道等區(qū)域成為覆蓋盲區(qū)。
　　高鐵車輛采用鋁合金或不銹鋼材料制造列車具有良好的屏蔽性，導(dǎo)致GSM信號穿透損耗較大，使車廂內(nèi)成為弱覆蓋區(qū)。高鐵車廂損耗數(shù)據(jù)見表1。
　　鐵路沿線弱覆蓋現(xiàn)象嚴(yán)重。目前GSM移動公網(wǎng)在鐵路沿線的室外信號強(qiáng)度平均為-80dBm左右，經(jīng)過車體穿透損耗信號強(qiáng)度為-100dBm左右。因?yàn)槿醺采w導(dǎo)致車廂內(nèi)的通話質(zhì)量差。
　　GSM信號在隧道內(nèi)傳播時受隧道狹長空間影響，信號發(fā)生多重折射，隧道內(nèi)基本為信號弱覆蓋區(qū)或盲區(qū)。
　　1.2 切換
　　旅客進(jìn)出車站和列車進(jìn)出車站時移動用戶需要在多個覆蓋小區(qū)間進(jìn)行切換。
　　由于列車的高速移動對切換重疊覆蓋區(qū)的要求提高，高鐵線路區(qū)間GSM網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋區(qū)過短導(dǎo)致切換成功率下降。
　　高速移動導(dǎo)致手機(jī)用戶頻繁位置更新，同時用戶集中使沿線基站易發(fā)生信令擁塞。
　　通常鐵路沿線隧道較長隧道內(nèi)一般存在兩個扇區(qū)信號，因此進(jìn)出隧道時會發(fā)生切換而列車的高速移動容易導(dǎo)致切換失敗。
　　
　　2 設(shè)計(jì)思路
　　針對高速鐵路對GSM網(wǎng)絡(luò)的影響分析，GSM網(wǎng)絡(luò)必須實(shí)現(xiàn)深度覆蓋和具有較長的重疊覆蓋區(qū)域才能在高速移動的情況下保證其網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。由于高鐵呈帶狀的運(yùn)行環(huán)境和GSM移動網(wǎng)絡(luò)常規(guī)的蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式的差異，如果單純通過調(diào)整既有GSM移動網(wǎng)絡(luò)很難解決高鐵覆蓋問題，因此采用專門組網(wǎng)的覆蓋思路，將鐵路列車考慮為一個話務(wù)流動用戶群，為其提供一條服務(wù)質(zhì)量良好的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，用戶群從車站出發(fā)，直至抵達(dá)目的站，用戶都附著在鐵路小區(qū)網(wǎng)絡(luò)上，發(fā)生的話務(wù)/數(shù)據(jù)流也都為鐵路小區(qū)吸納，到達(dá)火車站后，重選/切換至車站或周邊小區(qū)，實(shí)現(xiàn)為用戶提供優(yōu)質(zhì)鐵路覆蓋服務(wù)。
　　2.1 高鐵車站設(shè)計(jì)方案
　　2.1.1 室內(nèi)布線系統(tǒng)
　　根據(jù)GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，GSM室內(nèi)信號覆蓋強(qiáng)度一般為-75dBm，邊緣值為-85dBm。為了達(dá)到室內(nèi)深度覆蓋的要求在高鐵車站可以采用室內(nèi)布線系統(tǒng)。室內(nèi)布線系統(tǒng)包括天線、功分器、耦合器、射頻電纜以及功率放大器等設(shè)備。通過室內(nèi)布線系統(tǒng)可以達(dá)到GSM網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)信號強(qiáng)度要求，有效消除覆蓋弱區(qū)和盲區(qū)。
　　2.1.2 火車站的切換
　　由于火車站是用戶進(jìn)入高速鐵路GSM移動網(wǎng)絡(luò)的出入口，因此在高鐵車站切換主要需要考慮兩個方面的問題：移動大網(wǎng)與高鐵專網(wǎng)之間的切換和高鐵專網(wǎng)內(nèi)部之間的切換。根據(jù)火車站建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩種切換分別設(shè)置在火車站站前廣場和火車站站臺?；疖囌厩袚Q區(qū)如圖1所示。大網(wǎng)與專網(wǎng)A之間存在切換關(guān)系，專網(wǎng)A與專網(wǎng)B之間存在切換關(guān)系，大網(wǎng)與專網(wǎng)B之間不存在切換關(guān)系，這樣的切換設(shè)置可以保證旅客進(jìn)入車站后占用高鐵信號，實(shí)現(xiàn)高鐵車站的切換過渡功能。
　　2.2 高鐵區(qū)間設(shè)計(jì)方案
　　2.2.1 基站+射頻拉遠(yuǎn)組網(wǎng)
　　為了減少高速運(yùn)行列車上的小區(qū)切換，盡可能延長單小區(qū)的覆蓋距離，采用基站+射頻拉遠(yuǎn)單元的組網(wǎng)方式。同時為了減少鐵路沿線小區(qū)位置更新的數(shù)量，沿鐵路線設(shè)置線性位置區(qū)，使覆蓋鐵路的小區(qū)處于同一個位置區(qū)。區(qū)間組網(wǎng)如圖2所示。
　　2.2.2 相鄰小區(qū)重疊區(qū)域設(shè)置
　　GSM通信事件中，小區(qū)重選與小區(qū)切換需要一定的時間來完成接續(xù)工作。其中小區(qū)重選規(guī)則中，當(dāng)手機(jī)測量到鄰小區(qū)C2高于服務(wù)小區(qū)C2值且維持5s，手機(jī)將發(fā)起小區(qū)重選，若在跨位置區(qū)處，則鄰小區(qū)C2必須高于服務(wù)小區(qū)C2與CRH設(shè)置值的和并且維持5s，手機(jī)發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。而在小區(qū)切換過程中，通常測量報(bào)告在經(jīng)過設(shè)定的SACCH窗口值平滑后，經(jīng)BSC判斷，將發(fā)起小區(qū)切換，而整個切換的時間取決于SACCH的設(shè)置值，該值通常設(shè)為8。列車運(yùn)行在兩小區(qū)覆蓋區(qū)域時，從A小區(qū)運(yùn)行至B小區(qū)，A小區(qū)的信號越來越弱，B小區(qū)的信號越來越強(qiáng)，切換時長為5s，則重疊區(qū)長度為：S=V×2T，其中V是列車運(yùn)行速度，T是切換時長。按照列車最快運(yùn)行速度350km/h計(jì)算，則覆蓋長度為972m。
　　2.3 高鐵隧道設(shè)計(jì)方案
　　2.3.1 泄漏電纜
　　采用泄漏電纜進(jìn)行隧道覆蓋是目前比較常用的一種方式。采用泄漏電纜的優(yōu)點(diǎn)是可以使信號在隧道內(nèi)均勻分布。同時與安裝八木天線或板狀天線等定向天線相比，采用泄漏電纜可以有效降低隧道內(nèi)施工難度。而從長遠(yuǎn)角度考慮，泄漏電纜的寬頻特性也為今后其他系統(tǒng)接入預(yù)留平臺。
　　2.3.2 隧道口的切換
　　為了避免用戶在隧道內(nèi)發(fā)生掉話等，切換宜設(shè)置在隧道口。通過在隧道口安裝定向板狀天線將隧道內(nèi)信號引出，在隧道外設(shè)置滿足相鄰小區(qū)切換條件的重疊覆蓋區(qū)。
　　高速鐵路GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，高鐵特殊的無線傳輸環(huán)境決定了其網(wǎng)絡(luò)的特殊性，在具體設(shè)計(jì)中，在著力解決覆蓋深度和切換問題的同時應(yīng)進(jìn)一步考慮專網(wǎng)與大網(wǎng)之間的優(yōu)化問題，減少對大網(wǎng)影響的同時充分利用既有網(wǎng)絡(luò)資源從而降低建設(shè)成本。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]王文博.移動通信原理與應(yīng)用[M].北京郵電大學(xué)出版社出版.
　　[2]吳克非.中國鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[M].中國鐵道出版社出版.
　　[3]高速鐵路現(xiàn)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化方案.中國移動廣東分公司.
　　[4]高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化.中國移動上海分公司.
　　[5]諾西、華為、京信等設(shè)備廠家技術(shù)資料.