高速铁路解决方案

高速铁路系统的覆盖和一般室外宏蜂窝系统在无线网络规划方面存在一些显著的差别，主要体现在独特的传播环境、多普勒频移、链路预算、容量规划、切换的考虑等方面。本文将就以上提到的几点，给出高铁解决方案的一些思路。

1铁路无线网络的设计原则

铁路系统大部分为链状结构，只有在铁路交汇区域，才会存在网状结构。铁路系统特殊的移动环境，高速铁路网络特殊的业务需求，都应该在无线规划工作当中考虑到。

基站的设置是移动通信网中的一个重要环节，基站站址的选择合理与否不仅关系到本基站的覆盖效果，还和其他基站的设置产生互动影响，关系到全网的通信质量。因此在充分考虑本网实施的网络现状和远期发展目标的情况下，本着有利于工程协调与发展的目的，应注意以下原则。

1.1站址规划的原则

通过新增站址和基站在现网基础上建设一层专网，针对高速铁路运行特性采取相应的规划，通过网络结构的设置和参数等的调整，使车内用户由专网覆盖，这样在满足通话需求的同时，提供可靠的通话质量、系统指标，降低与其他基站之间的切换/重选和位置区/路由区更新。

1.2基站高度设计的原则

为了提高基站覆盖的效率，建议新建基站的天线

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—收稿日期：2009-10-08

施衍

（诺基亚西门子网络，四川成都610000）

摘要：从站址规划、基站高度设计、覆盖规划、切换规划等方面介绍了铁路无线网络的设计原则，并通过一个高速铁路案例给出了高速铁路解决方案。

关键词：高速铁路；站址规划；覆盖规划；切换规划；解决方案

中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-3043（2009）12-0022-04

High-speed Railway Solution of Wireless Network

SHI Yan

（Nokia Siemens Networks，Chengdu610000，China）

Abstract：It presents the design principles of railway wireless network,from the points of station address planning,base station height design,coverage planning and handover planning.Based on the high-speed railway case,it gives the high-speed railway solution.

Keywords：High-speed railway；Station address planning；Coverage planning；Handover planning；Solution

高速铁路解决方案高度高于轨道30m。

1.3覆盖规划的原则

覆盖规划是整个分层小区的关键步骤。考虑到350km/h的列车最大速度对应的是97m/s的移动速度，只有通过合理的小区规划才能得到满意的覆盖效果。网络规划期间，切换参数、切换重叠区域的长度，沿途传播都需要仔细规划。对于2个小区的常规站点，在列车高速通过时，切换一般发生在站点附近旁瓣的交叠处。这个区域的面积不大，但信号波动大，因此不希望切换发生在基站处。所以在专网覆盖中提出了复合小区的概念。

复合小区是指每个基站使用2个定向天线，每个天线分别指向不同覆盖方向。2个天线由1个功分器连接，并且连到基站内同一个发射机上。这样1个基站的2个天线同属于1个小区。该方案减少了沿线的切换次数，并且避免了切换发生在基站处。

通过合理的模型预测，可以得到一个基于理想站址的模拟覆盖草图（见图1）。

1.4切换规划的原则

相邻小区间必须有足够的重叠长度保证高速条件下切换的安全进行。信号检测时间、测量值平均时间、切换执行时间和安全裕量都必须考虑。希望在自由空间传播条件下重叠区域的设置能够确保切换成功。允许第一次切换失败后，系统有充足的时间尝试第二次切换。需要注意在重叠区域内2个小区的电平都应该比所需的最小接收电平大。

切换用小区所需重叠区域与最大速度以及成功切换处理所需时间有关（见图2）。

例：HO min=V max×T ho=350km/h×4s/3600=3m

Overlap>2×HO min=778m

1.5功分器损耗

对同一基站不同方向的小区而言，由于彼此的重叠区域只是依靠尾瓣覆盖的小块区域，所以并不希望切换发生在基站处。

如果每个基站使用2个增益为18dBi的定向天线，每个天线沿轨道分别指向不同覆盖方向。2个天线由1个功分器连接并且连到基站内同一个发射机上。这样1个基站的2个天线同属1个小区。该方案能够大大地扩大单小区的覆盖长度，减少沿线的切换次数，并且避免了切换发生在基站处，同时在一定程度上可以增加中继效率。另外，在铁路的高速区段和低速区段可以很方便地采用不同的设计。

图3示出的是高速区段和低速区段之间的切换。

1.6车厢穿透损耗

列车车厢内的信号衰落非常严重，根据诺基亚西门子在欧洲所做的测试，车厢内的损耗为25~40dB，设计可以取32dB。

1.7高架地势补偿因子

由于高铁轨道铺设在高架桥上，根据欧洲铁路项目和诺基亚西门子的经验，沿轨道的无线传播模型有

图1模拟覆盖草图图2小区重叠区域与最大速度和切换处理时间的关系

图3高速区段和低速区段之间的切换

图6多普勒频移与基站距轨道距离的关系（车速为300km/h ）

表1多普勒频移与车速的关系

车速/（km/h ）

f d ，max /Hz 3 5.5100185.0150277.0200370.0250462.0300

555.0

别于沿线地区的无线传播，铁轨的高架地势应该通过补偿因子来考虑。根据经验公式，15m 高度的铁轨有

10dB 的场强补偿因子。

2容量规划

由于铁道部要求列车的最小间隔为3min ，因此基站之间的高速列车最多为对开的2列。每节车厢的乘客为100人（按10节车厢考虑），假设其中有40%的乘客为联通用户，可以得到每个基站需要承担的用户为100×10×0.4=400人。

京津高速铁路的话务模型：每站用户数：400。每用户话务量：0.02Erl 。呼损率:2%。

根据以上模型，在铁路沿线的站点单载频就可满足要求。对于沈阳枢纽站，可以使用室内覆盖来吸收话务，同时通过参数设置，在站台附近将登车旅客通过门小区引导进专网。

3多普勒频移的考虑

多普勒频移是由物体的相对运动产生的，与相对速度、信号波长、移动方向与信号到达方向之间的夹角相关（见图4和图5）。基站越靠近路轨，多普勒频移越大。列车的运动速度越快，多普勒频移也越大（见表

1）。

f d =v λ

cos θ式中：

f d ———

多普勒频移v ———

接收机运动速度λ———

信号波长θ———

移动方向与信号到达方向的夹角在基站附近，多普勒频移的变化非常大。从图6可

以看出，假设基站离路轨100m ，在站点附近的频移可

以从

+400Hz 在很短的时间内变化成-400Hz 。

4NSN 高铁案例

4.1上海磁悬浮

上海磁悬浮的覆盖是在31km 的路段上放置12个GSM 站点，使用专网覆盖方式。

a ）设计最大时速：430km/h （119m/s ）。

图8通过扫描仪测试得到的RSCP分布

b）总长度：31km。

c）路轨高度：12~13m。

在站点选择中，确保可以通过天线主瓣覆盖路轨，站址尽量靠近路轨。在EFI功能（自适应均衡器）打开

Predicted coverage vers us measured RSCP for Voice（Based on end zone penetration loss：13dB）的情况下，GSM900/GSM-R可以支持500km/h的列车时速。

乘客通过2个门小区进入专网，专网内的站点不与的站点建立邻区关系，另外在小区选择、小区重选、切换的参数上保证进入专网的用户停留在专网内，的用户也无法进入专网。

4.2欧洲之星

在欧洲之星的测试路段上设置了26个UMTS站点，共3个RNC。部分是专网覆盖方式，部分是非专网覆盖方式。

该路段的传播环境复杂，包含隧道、高架桥和茂盛的植被。对这些区域的规划需要建立在对包括运行列车穿透损耗在内的广泛测量基础之上。

通过仿真得到的RSCP预测见图7。通过扫描仪测试得到的RSCP分布见图8。

安捷伦科技推出针对下一代高带宽示波器芯片组：安捷伦科技日前宣布，成功推出采用磷化铟（InP

）技术的前端芯片组，为下一代高带宽示波器实现了突破性的新功能。

新的芯片组的诞生，将使安捷伦科技能够在2010年上半年推出提供16 GHz以上的真正模拟带宽的示波器。工程师能够使用示波器对于高速串行数据链路进行抖动测量和其他参数测量，以确保其互通性符合工业标准。（李雪松）安捷伦科技Infiniium9000系列示波器荣膺EDN China最佳测试与测量产品创新奖：安捷伦科技近日宣布，其Infini－ium9000系列示波器荣膺EDN China

2009年度最佳测试与测量产品创新奖。

Infiniium9000系列是业界首款具

有600MHz~4GHz带宽以及内置逻辑

和协议分析功能的示波器产品系列。同

时，它也是业界第一种支持USB2.0、

PCIe1.1、MIPI和SATA协议触发与解码

的混合信号示波器。

这些集成特性扩展了示波器的功

能，Infiniium9000系列拥有出色的性能

和丰富的应用软件，可以满足工程师当

前的需求，同时它还具有逻辑分析和协

议分析功能，并且外形非常小巧，使工程

师能够更轻松地对复杂设计进行测试，

从而提高示波器的利用率，并获得更高

的投资回报率。（松雪）

安捷伦科技亮相第13届北京分析测试

学术报告会及展览会：安捷伦科技近日

参加了2009年11月25日-28日在北

京举办的第13届北京分析测试学术报

告会及展览会。

本次展会上，安捷伦以“Clearly Bet－

ter”为主题展示了其近2年推出的新产

品和新技术，及为各行业量身打造的整

体解决方案，充分展现了安捷伦科技作

为市场领跑者的雄厚实力。会议期间，安

捷伦科技还举办了安捷伦科技成立10

周年庆祝活动。（松雪）

近日，从烽火网络甘肃办获悉，在甘肃移动BOSS系统的全面升级中，烽火网络以太网交换机和路由器在全省范围内得到了规模应用。据悉，此次烽火网络以太网产品在甘肃移动的大量使用，将有效地满足BOSS系统全面升级中对带宽的需求。

此次烽火网络被广泛用于甘肃移动

BOSS系统改造中的设备主要有以太网

交换机S3552、S2224MF和路由器

R2620、S3552、S2224MF是烽火网络为

满足客户电信级业务接入和精细化需求

而推出的，可以适应各种复杂网络的应

用需求。而路由器R2620可以适用于各

网络接入层，能够实现大规模、高密度的

专线、拨号和宽带接入，满足高端组网应

用的需求。

在BOSS系统的升级中，甘肃移动

运用这些设备能够实现网络从核心层到

接入层的顺畅过渡，保障网络的高带宽。

（燕）

日前，烽火科技集团所属武汉虹信通信成功中标重庆移动渝怀、成渝铁路隧道GRRU覆盖项目。该项目是重庆市重点关注项目，也是重庆移动将GRRU数字直放站产品首次应用在无线网络优化覆盖项目上。

虹信通信研制的新一代数字光纤射频拉远设备，通过数模转换、数字滤波以及数字信号处理等创新技术，使其具有

更好的噪声抑制和控制自激等功能，对

当前用户量大、载波数量多等情况能起

到很好的覆盖效果，可以完美解决高铁、

隧道、密集城区、城中村、高层建筑等环

境的移动通信信号覆盖问题，更能广泛

应用于小区覆盖、大型社区覆盖以及偏

远村落的广度覆盖。虹信通信的GRRU

数字直放站产品已成功应用于甬台温高

速铁路、温福高速铁路、重庆铁路、湖北

京广铁路等国家大型重点工程网络建

设。虹信通信成功中标重庆移动渝怀、成

渝铁路隧道GRRU覆盖项目，说明技术

实力得到了重庆移动的充分认可。

（燕）

烽火网络力推甘肃移动BOSS系统全面升级武汉虹信通信成功中标重庆移动铁路隧道项目作者简介：

施衍，工程师，硕士，主要从事UMTS及GSM无线网络设计及优化方面的工作。

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