１０ ｓ），列车运行设计时速为２５０ ｋｍ／ｈ，则场强重叠区长度 应最为明显，由此可得出ＧＳＭ系统在不同的运行速度下 为：Ｓ＝ＶｘＴ＝（２５０ ０００／３ ６００）×１０＝６９４ ｍ。 切换情况分析如图ｌ所示，其中，ｃ点为移动台启动越 产生的最大频率偏差（见表３）。 表３不同速度下的频率偏差 运行速度（ｋｉｎ／ｈ） 频率偏差（Ｈｚ）１００ ８３ １５０ １２５ ２００ １６７ ２５０ ２０８ ３００ ２５０ ３５０ ２９２ 区切换测量计算，ａ、ｂ点为不同方向移动台完成切换时间， 切换在ｃ—ｂ或ｃ—ａ段完成。 如图ｌ所示，当时速为２５０ ｋｍ，切换时间为５ Ｓ时，需 要两个小区信号重叠覆盖区域为６９４ ｍ，场强大于一９０ ｄＢｍ， 即可保证小区间的顺利切换。不同速度、不同切换时间的 ＧＳＭ制式标准允许的中心频率偏差为＋３００ Ｈｚ，最大 允许运行时速可达到３６０ ｋｍ／ｈ．因此在时速为３００ ｋｍ／ｈ 重叠覆盖距离见表２。 时，不会影响网络的正常运行。 ２。３多普勒效应的影响 ２．４单站覆盖距离 列车高速运行时由于多普勒效应，对ＧＳＭ射频信号 ２。４。ｌ 理论推导 的中心频率产生频率偏差。多普勒公式如下： Ｏｋｕｍｕｒａ／Ｈａｔａ模型是应用较为广泛的覆盖预测模型， ａｆ＝ＦｘＶｘ（ｃｏｓＯ）／Ｃ 一般可取手机天线有效高度为ｌ。５ ｍ，则在ＧＳＭ９００系统 其中，Ｆ：中心频率（Ｈｚ）；Ｖ：列车运行速度（ｍ／ｓ）；Ｃ 中，Ｏｋｕｍｕｒａ／Ｈａｔａ模型为：Ｌｂ＝１４６．８３３—１３。８２１ｇｈｂ＋（４４。９— （光速）：３×１０ （ｍ／ｓ）；０：列车行动方向与电磁波传播方 ６。５５１ｇｈｂ）ｌｇｄ—ｓ（ｎ）。 向的夹角。 假设基站为６０ Ｗ，即输出功率为４８ ｄＢｍ，以６载波预 当列车行动方向与电磁波传播方向一致时．多普勒效 测每载波输出功率为４０ ｄＢｍ，高速覆盖上一般采用两面 天线背向发射，设功分器、馈线、接头等损耗为 甲小区 乙小区 ６ ｄＢ，天线增益为２１ ｄＢｉ，水平波瓣角为３２。，天 Ｉ Ｉ Ｉ』Ｉ Ｉ Ｉｌ Ｉ ｆ Ｉ ｌ ｆ Ｉ Ｉ Ｉ ｆ 线口有效辐射功率为５５ ｄＢｍ，ｓ 取２０ ｄＢ。 当车内信号强度需一８５ ｄＢｍ时．车外接收信 非切换区 切换区 非切换区 号强度尺Ⅺ ＝一８５ ｄＢｍ＋ＴＰＬ＋校正因子＝（一８５＋２４＋ 本小区 相邻小区 ５）ｄＢｍ＝一５６ ｄＢｍ；假设为自由空间传输则允许最 甲小区 乙小区 大路径损耗为： 叫 ＝尸ｌ＿尺Ⅺ ５５一（－５６）＝ｌｌ ｌ ｄＢ。 ｝强 ＼． ．／ 当天线挂高３０ ｍ时，ｌ４６．８３３—１３．８２１【ｇｈｂ＋ （４４．９—６．５５１ｇｈｂ）ｌｇｄ （ｎ）＝ｌｌ ｌｄＢ，可知ｄ＝ｌ＿３４９ ｋｍ。 表４给出了不同天线高度下的覆盖距离。 ｉＢｍ 。’’ Ｉ１经验测试结果 ．’．＇ ’ 、ｍ ｌ：． ２．４．２’’＿＿－ 测试方法：首先在已完成覆盖的区段，沿铁 ２５ｏ ｌ／ｈ ： 路线用路测软件打点测试，每１００ ｉｎ做一次记 （ａ） （ｃ） （ｂ） 录，每个点记录２０个数据，取统计平均值。 （１）郊区测试场景 图１切换分析 郊区测试场景如图２所示。 表２不同速度切换时间的重叠覆盖距离 测试条件：发射点ｌ距离铁轨距离为５０ ｉｎ。 天线挂高均为３０ ｉｎ，天线口注入功率：３４ ｄＢｍ， 天线增益：２１ ｄＢｉ，天线水平波瓣角：３２。，与铁路 夹角：ｌ０。，俯角：５。；发射点２距离铁轨距离为 １７０ ｍ，天线挂高均为３５ ｍ，天线口注入功率： ３４ ｄＢｍ，天线增益：２１ ｄＢｉ，天线水平波瓣角： ３２。，与铁路夹角：４。，俯角：３。。 篓懑 维普资讯 http://www.cqvip.com 遥营与应用 表４不同天线高度下的覆盖距离 ＣＲＨ２内的场强在一７０ ｄＢｍ以上．每个站点采用２副 天线，可以覆盖１ ０００ ｍ的距离 以上两种场景，可以考虑应用在不同类型的区域， 在郊区及乡村区域内，用户较少，频率复用距离较大， 建议采用郊区测试场景的方式进行覆盖，单站覆盖距 离可以设计为２ ｋｍ；在城区区段，频率复用距离较小， 建议采用城区测试场景的方式进行覆盖．便于频率规 划，规避同邻频干扰，单站覆盖距离在１ ｋｍ左右。 ２＿４＿３天线角度设计 以典型的３０ ｍ基站天线挂高为例．天线方向角与 垂直铁轨距离的关系见表７。 图２郊区测试场景 ２．５信源基站载波配置 乘坐ＣＲＨ１列车进行测试，分别测试发射点１及发射 国内列车行车“闭塞区间”一般为１０ ｋｍ（闭塞区间指 点２的覆盖电平，结果见表５。 单向两列列车的最小运行间隔）．目前国内ＣＲＨ线路大部 测试结果：覆盖天线挂高３０ ｍ左右，每副天线可以覆 分为双线，本方案考虑２０ ｋｍ范围内，最多有２列旅客列 盖１ ０００ ｍ左右的路段．保证ＣＲＨ１内的场强在一８５ ｄＢｍ 车．按每辆列车１ ０００人计算，８５％持有手机，其中移动用 以上，每个站点采用２副天线，可以覆盖２ ０００ｍ的距离。 户约占持手机用户７０％，即２ ０００ｘ８５％ｘ７０％＝１ １９０人；每 （２）城区测试场景 线话务量按０．０２ Ｅｒ１，话务量为１ １９０ｘ０．０２＝２３．８Ｅｒｌ。 测试条件：天线挂高８ ｍ，天线距离铁轨距离５ ｍ．天 按无线信道呼损率２％设计，小区至少需要３２个信 线口注入功率：３６ ｄＢｍ，天线增益：１８ ｄＢｉ，天线水平波瓣 道．考虑到可以开半速率信道，因此每个铁路专网小区建 角：３０。，与铁路夹角：０。，俯角：０。，ＣＲＨ１和ＣＲＨ２的测试 议采用４个载频小区，可基本满足峰值容量要求。 场强见表６ 如果实际运营中数据业务需求量大，应适当增加载 测试结果：在天线挂高８ ｍ时，每个天线可以覆盖 波，对于城镇地段铁路专网小区，也应结合当地情况适当 ５００ ｍ的路段，保证ＣＲＨ１内的场强在一８５ ｄＢｍ以上， 增加载波。 表５测试覆盖电平 维普资讯 http://www.cqvip.com
２．６天线选择 由于铁路属于狭长地形场景覆盖，并且专网小区基站 根据实际地理条件与铁路沿线可能有一定距离，因此根据 实际情况需要选择不同的天线。 为避免越区覆盖，优先采用３０。窄波束高增益天线（如 专网结构完全不吸收大网业务，只吸收列车上的业务。 ３．２专网频率规划原则 铁路专网属于封闭型连续覆盖专网，为了保证专网的 独立性，在频率规划方面需要注意以下几点。 （１）不规则频率分配方式 ＯＤＰ．０３２／Ｒ２１．ＤＢ）．并且每个小区使用两副高增益天线对 通常情况下，在做网络频率规划的时候，ＢＣＣＨ频点 铁路实施覆盖。为保证一定的覆盖距离（暂定为１ ０００ ｍ）， 在基站中心两侧总长度为Ｌ（Ｌ＜４００ ｍ）的范围内将主要通 与ＴＣＨ频点有严格的界定。但在ＧＳＭ通信中Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ２会下发ＩＤＬＥ ＢＡ表的邻区测量频点，如果专网 过天线的副瓣进行主力覆盖。 频率与周围大网采用相同的ＢＣＣＨ规划，则不能够保证手 如果专网基站与铁路沿线的垂直距离大于２００ ｍ，但 机由专网附近邻区的小区重选至专网小区内。 不超过３００ ｍ，可采用６５。波束天线（如ＯＤＰ．０６５／Ｒ１８－ＤＢ）。 在手机关机再开机时，同样由于ＢＣＣＨ的记忆效应， 覆盖方式同上．但整个覆盖范围内基本上依靠天线主瓣对 手机会首先扫描关机前所占用的频点。这就可能会存在这 铁路沿线进行主力覆盖。 样一种情况．即手机关机前占用服务小区的频点与专网频 综上，应根据实际天线的性能参数、天线架设高度和 点相同，那么在专网附近开机可能会误选至专网小区上。 倾角大小，通过计算和实测确定天线的最终覆盖范围。 因此，在铁路专网频率规划时，ＢＣＣＨ采用大网的 ２．７光纤传输解决方案 ＴＣＨ频点做规划，另外，专网的ＮＣＣ的设置也与大网不 铁路专网覆盖方案采用基站射频拉远的方式，从基站 同，从而在规划上确保了专网的独立性。 到射频拉远单元之间需要光纤裸纤连接．由于受光纤传输 （２）不使用ＥＧＳＭ频点 距离的限制，在基站与拉远单元之间的光纤传输距离最大 由于ＥＧＳＭ频点即将被无线电管理委员会回收．因此 不能超过１８ ｋｍ．因此为了保证基站覆盖足够长的铁路线 在做专网频率规划时，不考虑采用ＥＧＳＭ频点。 路，光纤要尽可能沿铁路线布放。对于基站之间的已有传 （３）周围宏站的频率规划 输路由，如果跨越不同的环或者绕行距离太远，要考虑重 在专网小区吸收大网话务测试中，发现吸收话务比例 新布放光缆。 约为５％，这意昧着专网建设完成后周围宏站的话务会略 ３高速铁路覆盖专网优化 有转移，为了降低频率规划的难度，建议对专网周围的高 配置宏站减容１到２个ＴＲＸ，同时开启半速率来弥补 采用专网覆盖方式，需要结合各种网络优化的手段， ＴＣＨ信道的减少。 对现有网络进行调整优化，才能实现专网覆盖的目标。网 ３．３专网信道配置原则 络优化主要从以下几方面进行。 专网信道配置方面涉及到ＴＣＨ、ＳＤＣＣＨ和ＰＤＣＨ的 ３．１ 专网与大网的关系 配置，在前面的分析中，已经确定了专网内小区的ＴＲＸ载 专网结构要求专网信号只覆盖铁路，不覆盖周边区 频是４，位置区边界小区考虑到信令流量大，载频数设置 域，要求对信号有很好的控制．尽量避免对外围区域的 为５。专网小区各项参数设置建议见表８。 泄露 边界小区增加ＳＤＣＣＨ和ＰＤＣＨ数目是为了给手机有 专网形成虚拟的独立网络，只允许在车站区域设立专 足够的信道资源完成位置更新和路由区更新，而增开半速 网与大网的小区重选择和切换．其他区域的专网小区则不 率是为了确保足够的ＴＣＨ信道资源。 设大网邻区，不与大网进行小区重选和切换，所有切换和 ３．４小区参数设置原则 重选只在内部进行。 合理的小区参数设置也是控制好专网覆盖的一个重 表８小区信道配置 维普资讯 http://www.cqvip.com 运营与应阁 要的手段。对铁路专网小区参数建议做如下定义。 ・（２）二次切换时间惩罚值 ＡＣＣＭＩＮ：在铁路专网设计方案中。列车内手机覆 ＿在铁路专网设计中，由于各相邻小区之间均有一定 的重叠覆盖距离，而手机在发起切换后。同样可能由于 盖电平强度最低为一９０ ｄＢｍ，因此，建议ＡＣＣ＿ＭＩＮ 值定为一９５ ｄＢｍ。 ・信号衰弱等影响造成回切，一旦发生．掉话几率必将大 增。结合考虑列车行驶的速度，建议将惩罚值设为１０ ｓ。 保证手机在发起切换后，在进入下一个邻区时才会发起 第二次切换。 （３）紧急切换参数 ＣＲＯ：铁路专网采用９００ ＭＨｚ系统设备组网．ＣＲＯ 设置值建议为０。 上／下行功控：在ＧＳＭ规范中，上／下行功控的消息 传送每隔０．４８ ｓ一次。考虑到ＣＲＨ的行驶速度以及 系统切换算法的特性，建议专网小区关闭上／下行的 功率控制。 ・铁路专网的封闭性决定了相邻切换关系均是一级接 一级，为了减少切换算法的复杂度。建议关闭质量紧急切 ・ＳＡＣＣＨ测量窗口：手机上报的测量报告经过测量窗 口平滑后，经ＢＳＣ判断发出切换请求，由于高速移 换和电平紧急切换功能，仅留下功率切换预算一种。 动通信中，快衰落影响较正常速度大。因此适当增 大ＳＡＣＣＨ值可以较好地平滑电平波动，该值建议 设为６，但最大值不能超过ｌ０，否则列车的重叠覆 盖距离需重新设计。 ・４ 结束语 通过对高速铁路覆盖的专网规划建设．能较好地解决现 有高速铁路带来的影响。但随着列车的进一步提速，以及在 高速列车所发生话务量和数据业务流量的增加，需要在专网 建成后及时进行优化，包括ＢＳＣ、ＭＳＣ区域的划分，ＬＡＣ区的 ＣＢＱ：因铁路沿线较长．不排除用户在列车上开机和 更换手机电池的可能性．为确保列车上手机开机能 划分等，以更好地解决高速移动带来的一系列问题。 【作者简介］应伟光，硕士，高级工程师，华信邮电咨询 设计研究院有限公司移动分院设计三所所长，长期从事网 顺利进人专网中，ＣＢＱ值需设为ＨＩＧＨ。 －ＣＲＨ：火车站候车室与大网是位置边界区．为避免 频繁位置更新，建议相应的大网与专网小区之间 ＣＲＨ设置为８ ｄＢ 络规划优化工作．具有丰富的２Ｇ／３Ｇ网络规划和优化经 验；葛海平，硕士，高级工程师，华信邮电咨询设计研究院 ３．５切换参数设置原则 （１）功率预算参数ＨＯ ＭＡＲＧＩＮ 功率预算参数建议设为３ ｄＢ，保证通话状态的手机及 时做小区切换。 有限公司移动分院副院长，长期从事网络规划优化工作， 具有丰富的２Ｇ／３Ｇ网络规划和优化经验；韩金阳，华信邮 电咨询设计研究院有限公司移动研究院设计一所所长．主 要从事移动通信行业咨询，研究、规划及设计。 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ Ａｂｏｕｔ ｔｈｅ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｙｉｎｇ Ｗｅｉｇｕａｎｇ，Ｇｅ Ｈａｉｐｉｎｇ，Ｈａｎ Ｊｉｎｙａｎｇ （Ｈｕａｘｉｎ Ｐ＆Ｔ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｓｐｅｅｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒａｉｓｅｄ ｔｏ ａｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ ｎａｔｉｏｎｗｉｄｅ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｐｒｏｂａｂｌｙ ｋｅｅｐ ｂｅｉｎｇ ｒａｉｓｅｄ， ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｒｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｓｔｉｃｔｒｅｒ．Ｏｎ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｔｈａｔ ｃｏｖｅｒ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙｓ，ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ，ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ （收稿日期：２００８—０４—１５）
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