高速铁路LTE网络覆盖方案浅析

建筑工程　ｌ　ＩＮ＂　Ｃｈｉｎ￣ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　高速铁路ＬＴＥ网络覆盖方案浅析　张跃腾　（河北电信设计咨询有限公司０５００２１）　［摘要］本文主要对ＬＴＥ网络覆盖高铁场景面ＩＩ盏的难题及解决方案进行探讨。　［关键词］ＬＴＥ，高铁　中国分类号：ＴＮ９２９．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１５）１８—０２１８—０１　一　背景　掉话率。　近年来，国内开通了大量的高速铁路，随着高速铁路的不断开通，安全性　在高铁覆盖中，有专网和公网两种组网方案。专网组网即以专用网络覆盖　高、运输景大的高铁成为越来越多商务人士的选择。提高移动网络对高铁沿线　的覆盖水平有利于得到高价值用户群的认可、从而提高企业形象。　高铁的覆盖有两大特点，一是终端高速移动；二是高铁车体密封性能好，穿　透损耗大。由于以上两大特点使得高铁ＬＴＥ网络覆盖形成三大难题，一是高速　移动产生的多普勒频移，二是高速移动造成的频繁切换，三是高密封性造成穿　透损耗较大。因此本文主要针对这三个问题问题进行探讨。　＝　对抗多蕾勒频移　高速铁路沿线，与公网相对独立。公网组网即不单独考虑高速场景的覆盖，与其　他场景合为一体统一地由室外宏蜂窝公网提供覆盖。　专网组网有利于切换链的设计，除了在车站和列车停留区域与公网允许切　换外，沿线采用链形邻区设计，不与公网发生切换。可以很好保证高铁的用户在　高速移动时切换和重选的路径，提高通信质量，有利于应用专用于高速场景的　无线资源管理算法、切换和重选策略和网络参数值，从而更好地提高整个网络　的质量。　在移动通信系统中，特别是在高速运动的情况下，接收端的信号频率会发　生变化，称为多普勒频移。多普勒频移代表了信道的衰落速率，它是由物体的相　对运动产生的，是在在发射的射频（ＲＦ）载波和来自运动目标的反射回波之间的　频率上的偏移。多普勒频移与相对速度、信号波长、移动方向与信号到达方向之　公网方案则不用考虑误附着等问题，且资源利用率高，成本相对低，但是公　网很难兼顾一般场景和高速场景的通信需求，覆盖效果较差。　速度在２００ｋｉｎ以内的普通铁路和高速公路场景下可以考虑采用公网组网　方式，而在行驶速度更高的高铁场景中采用专网方式有利于提供高可靠的网络　质量。考虑到高速铁路沿线覆盖区域低速用户很少，可以在高铁沿线小区采用　链形邻区设置、专用于高速场景的无线资源管理算法，根据快速切换的需要规　间的夹角相关。用户移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移最大；完　全垂直时，没有多普勒频移。此外，列车的运行速度越快，多普勒频移也越大。　在无线通信系统中多普勒效应引起频率变化的关系可以通过下面的公式　求出：　划切换带、优化切换参数。在专网公网出人口，如车站小区，可以根据移动路径　灵活规划邻区关系和切换带，从而满足切换需求。　四　对抗穿透损耗　穿透损耗目前没有简单的理论模型可以推导计算，只能通过测试的方法确　ｆ＝．ｆｏ一．／　ｃｏｓ０　ｆｏ～（ｖ／％）ｃｏｓ０　（最大频移厂Ｄ＝±ｖ／　）　式中，厂：考虑多普勒效应后的合成频率，　：系统工作频率－　定。天线的入射方向与列车行驶方向的夹角为人射角，经测试随着入射角的减　小，列车车厢穿透损耗增加ｌ幅度增大。当入射角在１Ｏ度以内，列车穿透损耗增加　幅度明显加快，在网络规划设计的时候，我们建议实际的入射角应该控制在ｌ０　度以上。为了保证入射角大于１Ｏ度，建议基站与铁路间距取１５０ｍ以外ｔ而考虑　．厂ｎ：最大多普勒频移；　：１，：移动台的运动速度，　多径信号合成传播方向与移动台行进方向夹角，　：到空间损耗和高增益天线的使用，基站据铁路垂直距离尽量在２００ｍ以内。基站　距离铁路距离在１５０－２００ｍ范围内不但能得到较好覆盖效果，还可以有效的确　波长Ｉ　由于覆盖高铁的基站距离铁路较近，天线挂高较低，与列车运行方向形成　夹角较小，因此可近似认为ｅ为零度，多谱勒频移最为明显。　保与铁路的安全距离，在发生意外时不会影响高铁设施。　另外穿透损耗还与入射位置有关，车厢连接处穿透损耗最大，车顶次之，车　窗最小。　现在ＬＩＥ主流设备厂家的基站均支持频偏补偿，具体实现方法是基站根据　接收到的上行信号的频偏，调整收信机接收频率，抵消多普勒效应导致的上行　频率偏移；同时相应对下行发信频率置相同的偏移量，保证同手机的正常通信。　工程实施中我们选择具有频偏补偿的设备来对抗多普勒频移　三，对抗频繁切换　切换是指当移动台在通话期间从一个小区进入另一个小区时，将呼叫在其　进程中从一个无线信道转换到另一个信道的过程。如果切换区大小不变，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切换的最小时延的时候，切换流程将无法完成，从而　导致掉话。因此在高铁覆盖的规划时，必须保证相邻小区间有足够长的重叠区　域以保证高速条件下的切换安全进行。按照预留２次切换时间，４００／＆里时速的　高速铁路的轨道高度在１０￣２０￣左右，为了提高基站的覆盖效率，减少损　耗，尽量使天线主波瓣的能量辐射到车厢高度，天线挂高建议设置在２０ｒｎ左右，　尽量使信号从车窗位置入射，降低穿透损耗。　根据链路预算，为确保车厢内有效覆盖，站间距保持在１－１．５公里左右较　为合理。　五．天线的选择　由于高铁沿线地理情况复杂，因此天线选择要因地制宜。　目前室外宏基站覆盖选用的天线增益范围一般在：１５ｄＢｉ＇２１ｄＢｉ。规格主要　有：１５ｄＢｉ、１７ｄＢｉ、１８ｄＢｉ、２ＩｄＢｉ等等。　波束宽窄的选择包括水平波瓣与垂直波束宽度的选择，而这两者又是互相　情况下计算ＬＴＥ切换区应大于２６咪，工程上为确保性能可靠，我们通常取３００　关联的。选择的主要依据是具体的覆盖要求及干扰控制。　对于用户较少的农村区域，在铁路较为笔直的场景下，优先选择高增益窄　波瓣天线，这样基站的覆盖范围大，切换次数少－而对于市区、郊区、沿途有车　站、铁路有弧度的区域适合选择中等增益天线，确保列车在天线主波瓣的覆盖　下。　　、米切换距离做为典型参数。　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，因此不希望切换发生在基站所在位置。把切换区域设置在两个基　站中间，可以做到较长距离的切换区，便于列车在高速行驶过程中进行小区切　换，避免掉话。因此可以考虑采用宏分集技术使得同一个基站两个扇区同属一　个逻辑小区，避免在此处发生切换。　另外测试发现，切换失败多发生在跟踪区边界，因为此时同时需要进行位　六．总结　综上所述，ＬＩＥ高速铁路覆盖不能照搬其他场景的经验，合理的设备选型、　天线选型、站址位置选择、网优参数设置是保证高铁覆盖效果的前提。　匿区更新流程。故此设置独立的链状跟踪区，减少位置更新次数可有效的降低　２ｌ８　ｉ科技博览