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浅谈高速铁路GSM移动通信网络覆盖的设计方案

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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 浅谈高速铁路 GSM 移动通信网络覆盖的设 计方案 作者:林琳 来源:《科技资讯》2011 年第 23 期 摘 要:伴随着铁路不断提速,现有移动通信网络已不能适应高铁覆盖要求,从而导致网 络性能下降。本文介绍了高铁对移动通信的影响因素,并针对高铁车站、高铁区间和隧道三种 特定场景从 GSM 网络的覆盖和切换提出了设计方案。 关键词:高速铁路 GSM 覆盖 切换 中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)08(b)-0009-02 伴随着铁路数次提速广大乘客享受到了便捷、快速的服务,但与此同时由于新型列车具有 密封性能好、车体穿透损耗高、运营速度快(最高运营时速 350km)等特点,其对列车内的移 动通信质量产生了较大影响。如何在高速移动条件下,为用户提供良好的网络服务质量成为 GSM 移动通信网络建设和优化的一个研究热点。 本文根据高铁特点从 GSM 移动通信网络的信号强度和切换区域设置等方面分别针对高铁 车站、高铁区间和隧道三种特定场景讨论 GSM 移动通信网络高速铁路覆盖的设计思路。 1 高速铁路对网络影响分析 1.1 网络信号强度 在高速铁路的车站和铁路沿线 GSM 网络都存在严重的弱信号弱覆盖现象,主要体现在以 下几方面。 高铁车站内由于建筑物对信号的屏蔽阻挡作用室外信号在室内快速衰落,室内成为信号覆 盖弱区,部分区域例如地下通道等区域成为覆盖盲区。 高铁车辆采用铝合金或不锈钢材料制造列车具有良好的屏蔽性,导致 GSM 信号穿透损耗 较大,使车厢内成为弱覆盖区。高铁车厢损耗数据见表 1。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 铁路沿线弱覆盖现象严重。目前 GSM 移动公网在铁路沿线的室外信号强度*均为-80dBm 左右,经过车体穿透损耗信号强度为-100dBm 左右。因为弱覆盖导致车厢内的通话质量差。 GSM 信号在隧道内传播时受隧道狭长空间影响,信号发生多重折射,隧道内基本为信号 弱覆盖区或盲区。 1.2 切换 旅客进出车站和列车进出车站时移动用户需要在多个覆盖小区间进行切换。 由于列车的高速移动对切换重叠覆盖区的要求提高,高铁线路区间 GSM 网络重叠覆盖区 过短导致切换成功率下降。 高速移动导致手机用户频繁位置更新,同时用户集中使沿线基站易发生信令拥塞。 通常铁路沿线隧道较长隧道内一般存在两个扇区信号,因此进出隧道时会发生切换而列车 的高速移动容易导致切换失败。 2 设计思路 针对高速铁路对 GSM 网络的影响分析,GSM 网络必须实现深度覆盖和具有较长的重叠覆 盖区域才能在高速移动的情况下保证其网络质量。由于高铁呈带状的运行环境和 GSM 移动网 络常规的蜂窝状网络构成方式的差异,如果单纯通过调整既有 GSM 移动网络很难解决高铁覆 盖问题,因此采用专门组网的覆盖思路,将铁路列车考虑为一个话务流动用户群,为其提供一 条服务质量良好的覆盖网络,用户群从车站出发,直至抵达目的站,用户都附着在铁路小区网 络上,发生的话务/数据流也都为铁路小区吸纳,到达火车站后,重选/切换至车站或周边小 区,实现为用户提供优质铁路覆盖服务。 2.1 高铁车站设计方案 2.1.1 室内布线系统 根据 GSM 移动通信网络建设标准,GSM 室内信号覆盖强度一般为-75dBm,边缘值为85dBm。为了达到室内深度覆盖的要求在高铁车站可以采用室内布线系统。室内布线系统包括 天线、功分器、耦合器、射频电缆以及功率放大器等设备。通过室内布线系统可以达到 GSM 网络室内信号强度要求,有效消除覆盖弱区和盲区。 2.1.2 火车站的切换 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 由于火车站是用户进入高速铁路 GSM 移动网络的出入口,因此在高铁车站切换主要需要 考虑两个方面的问题:移动大网与高铁专网之间的切换和高铁专网内部之间的切换。根据火车 站建筑结构特点两种切换分别设置在火车站站前广场和火车站站台。火车站切换区如图 1 所 示。大网与专网 A 之间存在切换关系,专网 A 与专网 B 之间存在切换关系,大网与专网 B 之 间不存在切换关系,这样的切换设置可以保证旅客进入车站后占用高铁信号,实现高铁车站的 切换过渡功能。 2.2 高铁区间设计方案 2.2.1 基站+射频拉远组网 为了减少高速运行列车上的小区切换,尽可能延长单小区的覆盖距离,采用基站+射频拉 远单元的组网方式。同时为了减少铁路沿线小区位置更新的数量,沿铁路线设置线性位置区, 使覆盖铁路的小区处于同一个位置区。区间组网如图 2 所示。 2.2.2 相邻小区重叠区域设置 GSM 通信事件中,小区重选与小区切换需要一定的时间来完成接续工作。其中小区重选 规则中,当手机测量到邻小区 C2 高于服务小区 C2 值且维持 5s,手机将发起小区重选,若在 跨位置区处,则邻小区 C2 必须高于服务小区 C2 与 CRH 设置值的和并且维持 5s,手机发起小 区重选和位置更新。而在小区切换过程中,通常测量报告在经过设定的 SACCH 窗口值*滑 后,经 BSC 判断,将发起小区切换,而整个切换的时间取决于 SACCH 的设置值,该值通常设 为 8。列车运行在两小区覆盖区域时,从 A 小区运行至 B 小区,A 小区的信号越来越弱,B 小 区的信号越来越强,切换时长为 5s,则重叠区长度为:S=V×2T,其中 V 是列车运行速度,T 是切换时长。按照列车最快运行速度 350km/h 计算,则覆盖长度为 972m。 2.3 高铁隧道设计方案 2.3.1 泄漏电缆 采用泄漏电缆进行隧道覆盖是目前比较常用的一种方式。采用泄漏电缆的优点是可以使信 号在隧道内均匀分布。同时与安装八木天线或板状天线等定向天线相比,采用泄漏电缆可以有 效降低隧道内施工难度。而从长远角度考虑,泄漏电缆的宽频特性也为今后其他系统接入预留 *台。 2.3.2 隧道口的切换 为了避



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