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XX高铁无线覆盖方案
马雪亮

【摘要】：随着我国高速铁路在全国的迅速建设，人们的出行更加便捷，但也对移动通信的网络规划和建设造成新的困难和压力。本文针对高铁某段通信覆盖问题，通过分析高铁环境对无线通信网络的影响，阐述高速铁路建设难点，给出了XX高铁某段无线覆盖方案。
【关键词】：高速铁路、专网覆盖、多普勒效应、无线
1、引言
由于受到高速移动时的多普勒效应、快衰落、列车材质等问题的影响，在高铁上会经常出现掉话率高、接通率低、切换混乱等现象，为确保XX高铁某段的通信覆盖质量，本文通过总结高铁建设经验，给出了XX高铁某段无线覆盖方案。
2、高铁无线覆盖难点分析
高铁覆盖与一般无线场景覆盖的主要区别是：(1)高铁无线覆盖区是狭长定向形，天线的指向角度比较明确；（2)终端的快速移动引起信号多普勒频移，需要预先估计信号畸变产生的影响；（3)高铁通信的无线路径，存在车体的阻挡，必须估算不同机车的穿透衰耗。
2.1多普勒频移分析
因波源或观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象称为多普勒效应[1]。
在移动通信中，特别是高速环境下，多普勒效应比较明显。多普勒效应产生附加频移称为多普勒频移：
（1）

图2-1多普勒频移示意图
根据相关文献[2]，GSM最大允许的多普勒频移是1.3kHz。按火车速度300公里/小时，GSM900/1800MHz网络频率偏差是500/1000Hz，处于接收机允许接收范围。因此，高速环境下多普勒频移对网络影响较小。
2.2车体损耗
目前，我国的高铁机车类型主要有庞巴迪、动车组列车。下表为国内正在运营的四种动车组列车概况[3]，其中CRH1动车组为庞巴迪列车：
表2.2-1动车组机车概况

根据测试统计，庞巴迪穿透损耗为20～30dB（一般取24dB），其他列车穿透损耗为5～10dB。具体穿透损耗见下图：

图2-2不同类型列车穿透损耗图
目前沪宁高铁运行的是CRH3车型，穿透损耗约25dB，若再考虑实际覆盖时基站入射角度与列车夹角等问题，实际穿透损耗会更大，从而导致列车内覆盖严重下降，影响正常切换，产生掉话和通话质量差的问题。
2.3切换频繁
以某段高铁为例，设计时速250km/h,按照原公网设计（站间距1.5km）列车每20s通过一个基站，这种高速移动将导致列车在较短的时间内频繁的穿过多个小区，致使大量的信道资源被占用，切换成功率低。
而小区重选也需要时间完成，根据通信协议规定邻区C2值高于服务小区C2值连续维持5s，手机将小区重选，因此高铁通信设计中两小区重选重叠区应保证列车10s运行时间[4]。
不同运行速度下手机在常规小区中驻留的时间和所需重叠覆盖区距离如下表所示：
表2.3-1重叠区距离统计
列车行驶速度（km/h）穿越单个小区所用时间（s）6s重叠覆盖距离（m）10s重叠覆盖距离（m）150242504172001833355625014.44176943001250083335010.358397240096661111但因动车穿透损耗较大，公网基站的重叠宽度一般不能保障10s的重叠覆盖，高铁用户经常出现脱网和掉话现象。
综上所述，高铁的无线覆盖应重点考虑覆盖重叠区的设计、站址的合理选择等因素。传统公网的GSM基站建设密度和位置一般不能满足现有高铁覆盖的要求，目前较为理想的覆盖方案就是利用现有网络资源，基于分布式基站技术以专网的形式进行高铁覆盖。
3、基于分布式基站覆盖高铁的问题分析
基于分布式基站的高速铁路覆盖技术是指使用分布式基站，采用BBU+RRU的射频拉远技术、自动频率校正技术、快速切换算法及多RRU共小区技术的综合方案，对高铁沿线进行专网覆盖[4]。其原理是在多个不同站点的RRU配置相同的频率组，利用BBU控制多个RRU的同步收发。这几个站点的RRU属于一个逻辑小区，即利用共小区方式，扩大单小区覆盖范围，减少高铁上的小区切换与重选次数，节约基站建设费用，提高覆盖网络质量。具体设计思路是把S个物理小区合成一个逻辑小区，即将S个RRU映射到单独一个逻辑小区进行覆盖，一台BBU负责管理S个RRU构成的这个逻辑小区；n台BBU构成的n个逻辑小区沿着高铁线路依次级联，每相邻两个逻辑小区的边界处RRU形成相互切换关系，同时保证前后两个相互级联的逻辑小区间才能做相互切换。从而实现在高铁列车运行方向上逻辑小区间的固定切换，这种切换过程简单易实现，切换准确，极大的减小了小区边缘切换掉话的可能性。下图是分布式基站组网原理图：

图3-1分布式基站组网方案
高铁覆盖方案在实际的建设中，还有一些问题需要考虑，经分析主要涉及以下几点。
3.1高铁覆盖站间距规划
（1）单基站小区覆盖：一般高铁覆盖均使用单小区双方向覆盖的方式（如下图）。这种方式采用高增益天线增加了铁路覆盖范围，又减少了切