高速移动环境下组网方案张传福1 李梦迪2 王刚1（1 中网华通设计咨询有限公司 北京 100070）（2 北京邮电大学 北京 100876）摘　要　随着我国经济的迅速发展，高速公路和高速铁路将会越来越多。

如何解决高速移动环境下的网络覆盖是运营商非常重视的问题。

本文介绍了高速移动环境的特征，需要解决的问题。

详述了网络规划和组网方案，包括组网方式、天馈选型、站点选择、LAC和RAC规划。

关键词　高速移动环境 多普勒效应 BBU RRU实现良好的高速环境（高速公路和铁路）覆盖，一直是全球通信业界的一大挑战。

高速铁路的速度更高，目前，全球运营的高速铁路包括德国的ICE、法国的TGV、西班牙的AVE和日本的新干线，最高运营时速约在200〜350km/h之间。

而作为第一家采用磁悬浮技术建造的商用高速列车，上海磁悬浮列车最高时速可达到431km/h。

根据未来高铁的发展趋势和欧洲同类国家的运营状况，高铁覆盖方案应该能满足350km/h以上，最快达到450km/h的高速行驶要求。

同时新型全封闭车厢对手机信号的衰耗在24dB之上。

表1为我国高铁列车基本信息材料。

1 高速移动环境的特征高速公路和高速铁路的覆盖目标是公路和铁路沿线的线性狭长地带和车站所在区域，既要面状覆盖又要链状覆盖。

容量一般不是制约因素，最大限度的延伸覆盖才是主要目标。

高速移动环境覆盖具有以下特征。

（1）沿线地形复杂、无线电传播环境恶劣；（2）列车、机动车的快速移动，信号传播的连续性和可靠性至关重要；（3）列车穿透损耗大：列车车身由金属包裹，屏蔽效应明显；（4）话务量存在突发：对于高速公路，用户密度低，用户相对分散；对于高速铁路，用户分布在车厢内，沿线一般情况下话务量需求接近零，列车经过时话务量剧增。

导致忙时话务量和闲时话务量差距明显，呈现明显的波动趋势；另外，枢纽地区用户密度高，区间用户密度低；（5）线状覆盖：铁路线一般呈线状分布，因此铁路沿线的基站也呈线状分布，多普勒效应明显；列车类型运营速度最高速度载客人数列车长度列车材质CRH1200km/h250km/h670213.5m不锈钢CRH2200km/h250km/h610201.3m中空铝合金车体CRH3330km/h380km/h暂无200.0m暂无CRH5200km/h250km/h604205.2m中空铝合金车体表1 CRH列车基本信息表- 74 -（6）多普勒效应对基站的影响：当终端在运动中通信，特别是高速情况下，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，多普勒效应影响通信质量。

对于WCDMA，多普勒频移偏恶化了相关性检测性能。

快速移动使得快衰落的时间相关性变短，影响了快速功控的增益。

在80km/h 速度以上，快速功控对网络质量甚至起到了负面作用。

快速移动对平滑切换和重选提出了更高的要求。

2 高速移动环境覆盖所带来的挑战高速运动中正常通信遇到的挑战有3个：穿透损耗、多普勒效应和快速切换。

速度越快，影响越大，解决难度也越大，对技术的要求也越高。

切换区域的设计对切换有非常重要的影响。

切换区域过小就会因为无法满足切换时延的要求而导致切换失败。

2.1 穿透损耗高速列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。

一般情况下高速列车的穿透损耗约20〜30dB。

2.2 多普勒效应高速覆盖场景对系统性能影响最大的效应是多普勒效应。

在移动通信系统中，特别是高速场景下，这种效应尤其明显，多普勒效应所引起的附加频移称为多普勒频移，可用下式表示：其中：θ为终端移动方向和信号传播方向的角度；v是终端运动速度；C为电磁波传播速度；f为载波频率，对于WCDMA，大约为2GHz。

在载波频率f、移动速度v固定的情况下，多普勒频移随着cosθ的变化而改变有关。

另外，由于UE 根据接收到基站的信号频率校准发射频率，因此对于Node B而言将产生两倍的多普勒频移，因此进一步表示fd 为：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，图1为系统通信时的频移产生示意图。

图1 多普勒频移示意图多普勒效应主要导致中心频率的偏移，当频率偏移过大时，会导致解调符号产生较大相位偏差使得信道估计不准确，以及出现基站与移动台的频率同步问题。

2.3 高速对切换的影响在高速场景下对UE切换的性能会有较大的影响。

为保证用户无缝移动性及QoS，最基本的要求就是需要保证用户通过切换区域的时间一定要大于切换的处理时间，否则切换流程无法完成，会造成用户的QoS下降甚至掉话。

假设切换区大小不变，速度越高终端穿越切换区的时间越小。

因此，当终端移动速度足够快，以至于穿越切换区的时间小于系统处理软切换的最小时延时，软切换流程将无法完成，进而导致掉话。

3 规划与组网方案3.1 组网方式针对高速移动场景的移动通信网络覆盖，目前通常有两种组网形式：专网方式和大网方式。

专网组网即以专用网络覆盖所要解决的高速沿线，专用网络与大网相对独立，除了在停车站台，候车厅等旅客上下车和列车停留地方作为缓冲区与大网相互允许切换外，沿线禁止与大网发生切换。

除缓冲区外，沿线覆盖组成一个带状覆盖区，覆盖车体经过的区域。

大网组网方式不单独考虑高速场景的覆盖，与其它场景合为一体统一由室外宏蜂窝提供覆盖。

实际上两种思路在基础覆盖上的思路是相通的，其覆盖设计标准基本相同，两者都要求形成简洁清晰f d ＝×v×cosθ fCf d ＝2·f·v2·tC·v2·t2＋d2- 75 -的主覆盖信号序列，其主要差别在于建设优化的方式以及对外围影响的控制方法上。

二者的相同点：两者都基于高速列车的特点提出了覆盖深度的要求，信号场强要求基本相同；考虑到覆盖效果建议两个方案的基站站址距离铁路300m之内且从基站可以目视到铁轨，考虑到铁路沿线安全问题，铁塔类型的宏站与铁路垂直距离需大于50m。

由于对信号泄漏要求更严格，因此专网方案中的基站站址要求基本符合上述要求，而大网方案中少量基站的要求可适当放宽。

二者具有以下不同点。

对于覆盖区域，专网方式只覆盖高速铁路带状区域，铁路附近其它区域覆盖由大网解决；大网方式对高速铁路和铁路附近区域均需覆盖；对于信号场强要求，专网要求信号只覆盖铁路，不覆盖周边区域。

要求对信号有很好的控制，尽量避免对外围区域的泄漏；大网方式对铁路覆盖和周边大网统一规划，不存在信号泄漏问题；对于业务量需求，专网方式只需满足列车上用户的需求，业务量需求较低；大网方式需满足列车上用户及铁路周边区域用户的需求，业务量需求较高；对于频率配置，由于3G系统为自干扰系统，专网方式覆盖站点和外部大网基站需按照异频方式配置，建议使用专用频率；大网方式和周边大网统一进行频率配置，不需要专用频率；对于邻区设置，专网方式只在车站区域设立专网与大网的出入口，铁路覆盖内部小区不设大网邻区，不与大网进行小区重选和切换，所有切换和重选只在内部进行；大网方式中覆盖铁路的小区虽在网络优化时尽量减少与外网邻区关系，但一般还保留与大网的主要相邻关系；对于网络优化，专网方式后期的网络优化相对简单，只需要考虑缓冲区内与大网之间的优化；大网方式后期的优化较困难，特别是在缓冲区或高速线经过较为复杂的地理环境时，如何兼顾高速移动用户和低速移动用户是优化的难点。

采用大网方式的优点是投资小，工程周期短，见效快；缺点是大网覆盖的基站难以提供良好的高速铁路沿线覆盖；高速移动场景的无线参数设置需与常规不同，大网难以同时兼顾高速移动场景和周边普通场景的参数设置需求；高速铁路和周边区域的规划优化需求不同，两者互相牵制，造成规划及优化难度加大；维护成本高。

采用专网的优点是通过专网覆盖，能最大程度上满足高速场景的覆盖要求；通过物理设备及参数配置，保证了专网与大网的分离。

在网络扩容、重新规划中，可根据专网与大网各自需求，分别独立规划，不需同时兼顾，避免了互相牵制，降低了优化和规划难度；专网系统可为高速移动场景配置特别的无线参数取值及算法，不会造成对大网的影响；维护成本低。

缺点是需为高速铁路覆盖增设新的设备，投资大，工程周期较长，初期规划难度加大。

根据两种组网方式的优缺点，在组网规划中可综合考虑高速环境所处的地理位置、地貌、容量需求、现网站址资源等多种因素，因地制宜地采用以上一种或两种方式的组合。

若高速环境沿线或周边区域的容量需求较大，今后有较大的扩容可能性，例如在城区范围内运营的高速铁路，可采用专网方式，这主要是由于网络扩容、优化调整的频度会比较高，避免相互影响；对于400km/h以上的超高速场景，也建议专网覆盖，使覆盖小区尽可能归属于同一个RNC和LA/ RA，以避免超高速移动环境下跨RNC或MSC的切换失败、位置更新失败。

对于目前容量需求不高、长期扩容需求不大的场景且原有站址的建设主要为满足高速移动线路覆盖，若通过网络规划仿真和实地测试证实原有站址已可满足高速移动线路覆盖，可采用大网方式。

高速环境采用专网方式时主要有对已有宏基站进行改造、新建宏基站和新建直放站3种方式。

3.2 天馈选型高速环境属于狭长地形的线覆盖场景，要求天线- 76 -覆盖范围尽可能远。

因此天馈选型建议如下。

天线安装的相对高度相对较高，一般天线挂高为40〜60m；使用窄波瓣的高增益天线，获得较好的无线覆盖，例如对于WCDMA，选用增益20〜22dBi的天线；优选33°水平波瓣角；如基站离铁路较远，可选用65°水平波瓣角的天线，垂直波瓣角选用5°或以上；因高速铁路覆盖的站点挂高较高，基站距离铁路较近，要求天线具备零点填充功能，以保证基站下的覆盖；天线的主瓣沿高速线路方向形成覆盖；一般不使用下倾或只采用小角度下倾；采用STSR站型时，扇区天线的前后抑制比要求可适当放宽，以保证扇区之间有足够的重叠覆盖范围；若采用多小区合并站型，因同一小区的多个扇区之间不存在信号干扰，天线的前后抑制比要求可进一步放宽；馈线长度超过50m时，要求使用塔放改善上行覆盖性能；若采用RRU直接安装在天线下的方式，无需使用塔放；可采用S1/1实现扇区覆盖；也可通过BBU+RRU 的方式使同一个站点的不同天线，甚至不同发射点的天线隶属于相同的小区，在保证覆盖的同时，减少越区切换/重选次数；距离较长的高速铁路隧道首选泄漏电缆进行覆盖。

3.3 站点选择站高要求：为满足覆盖要求，扩大单站覆盖范围，可选择较高的天线高度；为避免站点之间的相互干扰，防止越区覆盖，应兼顾周边基站，尽量与周边基站的天线高度相差不大；天线高度应高于目标覆盖区，保证基站天线与目标覆盖区之间可视。

站距要求：高速铁路覆盖的基站分布必须保证各小区覆盖范围间有足够的重叠区，以保证小区重选和切换的完成。