高速铁路专网设计与优化.doc

        高速铁路专网设计与优化     XX有限公司 2007年6月   目　　录 一、 摘要 4 关健字： 4 二、 课题研究背景 4 2.1 铁路提速 4 2.2 CRH简介 4 三、 高铁专网设计方案 5 3.1专网设计目标 5 3.2列车穿透损耗测试 5 3.2.1 T型列车测试 5 3.2.2 K型列车测试 6 3.2.3庞巴迪列车测试 7 3.2.4 CRH2测试 7 3.2.5测试小结 8 3.3重叠覆盖距离估算 8 3.3.1 手机重选与切换 8 3.3.2列车时速与重叠覆盖距离 9 3.4传播模型采用 9 3.4.1传播模型简介 10 3.4.2传播模型校正原理及方法 10 3.4.2.1 SPM校正原则 10 3.4.2.2 SPM校正流程 11 3.4.3传播模型应用 13 3.5话务模型分析 17 3.5.1列车话音业务估算方法 17 3.5.2列车数据业务估算方法 19 3.6天线选择 23 3.7站台与大网的衔接 24 四、 高铁专网组网方案 24 4.1专网小区组成 24 4.1.1已建宏站采用方案 24 4.1.2 新增宏基站建设方案 25 4.1.3直放站方案 25 4.2专网吸收周围大网话务预估 27 4.3各厂商BSC承载能力 27 4.4 BSC归属和LAC设置原则 28 4.5切换关系设置原则 30 五、 高铁专网优化方案 31 5.1专网频率规划原则 31 5.2专网信道配置原则 31 5.3小区参数设置原则 32 5.4切换参数设置原则 33 六、 技术方案总结 33                                     一、 一、       摘要 铁路大提速后，为保证乘客的通信畅通和通信质量，特制定高速铁路专网建设与优化技术方案。本方案立足于铁路专网设计总体目标，重点解决铁路提速后手机用户通信时发生的切换混乱、接通率低和掉话等现象，为此提出了高速铁路组网方案，包括位置区划分、基站配置和BSC归属等，并结合实际情况制定了相应的优化方案，包括专网频率规划和专网小区无线参数设置原则等。方案特别关注铁路提速后引入的动车组列车，对各种列车的穿透损耗进行了测试与分析，通过引入标准传播模型以及对地貌因子的校正，为基站位置和天线放置位置的正确选择提供了依据；同时通过建立行驶列车中乘客的话务模型和数据业务模型，提出了各专网小区的载频配置原则。方案所提及关键技术和指导原则均在沪宁铁路（上海段）专网覆盖建设中得到应用，效果明显，表明此方案对于铁路专网建设具有指导性、实用性和有效性。 关健字： 高速铁路、穿透损耗、传播模型、话务模型、网络规划、网络优化 二、 二、       课题研究背景 2.1 铁路提速 随着城市经济的发展，铁路运输系统承担起越来越多的客流运送任务。自2007年4月18日起，中国铁道部将进行第6次列车提速。届时，列车时速将提升至200公里，而京哈、京沪、京广、胶济等提速干线部分区段可达到时速250公里。 2.2 CRH简介 在本次铁路提速的同时，铁道部引入了CRH这一新型列车，该列车全称为“中国高速铁路列车”，CRH是（China Railway High-speed）英文字母的缩写。该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类，其中，CRH1、2、5均为200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h）。 CRH3为300公里级别（营运速度330KM/h，最高速度380KM/h）。而CRH2具有提升至300KM级别的能力。 表1：CRH列车基本信息表 列车类型 运营速度 最高速度 载客人数 列车长度 列车材质 CRH1 　200KM/h 　250KM/h 　670 　213.5M 　不锈钢 CRH2 　200KM/h 　250KM/h 　610 　201.3M 　中空铝合金车体 CRH3 　330KM/h 　380KM/h 　暂无 　200.0M 　暂无 CRH5 　200KM/h 　250KM/h 　604 　205.2M 　中空铝合金车体 三、 三、       高铁专网设计方案 3.1专网设计目标 列车中的用手机用户进行通信时，由于受到高速移动过程中的快衰弱影响，列车材质对无线信号衰减的影响，往往会发生切换混乱，无法接通，掉话等现象。另外，由于组网过种中涉及的位置区过多，在LAC边界处又会由于大量位置更新而造成SDCCH溢出。因此，铁路专网设计的目的就是在克服上述影响的情况下，提高通信质量，从而提高用户感知度。因此，本次专网设计的目标值为列车内电平强度达到(-85dBm～-80dBm)，DT指标尽量达到集团要求的城市DT测试标准。 3.2列车穿透损耗测试 高铁专网设计中，首先要对各列车类型做相关的穿透损耗测试，以穿透损耗最大的车种作为设计基础，来确保用户在各种车型中都可以获得正常的通话电平值。为此，我们对铁路上海段行驶的T型列车、K型列车、庞巴迪列车和子弹头CRH2型列车逐一做了相关测试工作。其中测试发信工具采用爱立信发设设备、定向天线支架和衰减器，该设备安装在列车外空地上；测试收信设备采用SAGEM OT290，该设备将在车厢外及车厢内多点处进行接收采样，从而比较出车厢内外的电平值差异。 3.2.1 T型列车测试 图1：T型列车测试平面图 表2：T型列车测试结果 车厢类型 位置 接收电平(dBm) 衰耗值(dB) 硬座车厢 a点 -60 0 a1点 -75 15 b点 -60 0 b1点 -61 1 b2点 -72 12 c点 -61 0 c1点 -61 0 c2点 -74 13 T型列车车窗比较大，车窗玻璃衰耗很小，衰耗约为 2dBm；车内综合衰耗(人体、座椅等)约为10dB；播音室损耗16dB。 3.2.2 K型列车测试 D 图2：K型列车测试平面图 表3：K型列车测试结果 　 位置 接收电平(dBm) 衰耗值(dB) 硬座车厢 A点 -60 0 A1点 -76 16 D点 -80 20 B点 -61 0 B1点 -63 2 B2点 -72 11 C点 -62 0　 C1点 -64 2 C2点 -74 12 软卧车厢 E点 -61 0 E1点（门开） -67 6 普通K型列车窗玻璃衰耗约为3dB；车内综合衰耗(人体、固定物)约为10dB；值班室或播音室衰耗约为16 dB；卧铺车厢车体衰耗约为7dB，卧铺车厢门衰耗约为7dB。 3.2.3庞巴迪列车测试 图3：庞巴迪型列车测试平面图 表4：庞巴迪型列车测试结果 车厢类型 位置 接收电平(dBm) 衰耗值(dB) 软卧车厢 A点 -53 0 C点 -70 17 F点(门开) -74 21 F点(门关) -77 24 B点 -52 0 D点 -72 20 E点(门开) -76 24 E点(门关) -79 27 庞巴迪车体衰耗约为17 dB，车厢内空间衰耗约为4 dB（相比T和K型列车，车厢内的人非常少），卧铺车厢门衰耗约为3 dB。 3.2.4 CRH2测试 图4：CRH2型列车测试平面图         表5：CRH2型列车测试结果 车厢类型 位置 接收电平(dBm) 衰耗值(dB) 软座车厢 A点 -49 0 C点 -50 1 E点 -60 11 B点 -53 0 D点 -55 2 F点 -62 9 车体衰耗约为1dB，通过模拟测试发现CRH列车车体基本没有损耗。车厢内空间衰耗约为10 dB（相比T和K型列车，损耗也较小）。 3.2.5测试小结　 通过对上述4种类型的列车进行穿透损耗测试，可以发现新型CRH列车的穿透损耗未高于庞巴迪列车，因此上海段的专网设计中，假如要求车厢内提供用户通信的电平值要达到-85dBm以上，则列车车厢外的覆盖电平需达到-60dBm。 表6：各车型穿透损耗总结 车型 普通车厢（dB） 卧铺车厢（dB） 播音室中间过道（dB） 综合考虑的衰减值 T型列车 12 － 16 12 K型列车 13 14 16 14 庞巴迪列车 － 24 － 24 CRH2列车 10 － － 10 专网设计采用值 　 　 　 24 注：铁路上海段目前行驶的CRH仅为CRH2型，其它类型的CRH穿透损耗需按实际情况重新测试。 3.3重叠覆盖距离估算 3.3.1 手机重选与切换 在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5秒钟，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设置值的和且维持5秒钟，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窗口值平滑后，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。   表7：小区重选与小区切换 通信事件 满足条件 估算时长 小区重选 C2（邻）＞C2（服务）且时间达到5秒 5秒 位置更新 C2（邻）＞C2（服务）＋CRH（服务）且时间达到5秒 5秒 小区切换 rxlev(邻）＞rxlev(服务）且时间达到给定的SACCH设定值 小于5秒 3.3.2列车时速与重叠覆盖距离 我们在研究专网小区重叠覆盖区域的同时，假定重叠区域覆盖是均匀的。在左图中，点A、C和点B、D分别是两个小区的边界，E点为两小区RxLev等值点。BC段为两小区重叠覆盖距离。取小区重选与小区切换较长的时间（5秒钟）作为计算基础，若列车由小区1行驶至小区2，则列车在EC段之内必须完成小区重选或小区切换，因此重叠覆盖距离BC段的列车行驶时间为10秒钟，按照公式： 在列车在市区时的进站和出站时由于是变速行驶，我们给出的平均速率为180KM/h，折50M/s；在列车均速行驶时，按照其运营速率200KM/h，折算等于55M/s；按照其最大速率250KM/h，折算等于70M/s。因此专网小区的最小重叠覆盖距离为市区内平均330M，市区按运营速率计算为550M，按最大速率计算为700M。 表8：专网小区重叠覆盖距离 区域 市区内 市区外 运营速率 最大速率 最小重叠距离 　500M 550M 700M 建议设计的重叠距离 　600M 660M 840M 3.4传播模型采用 在无线规划中，采用合适的传播模型可以准确地预估所需要的基站数量以及覆盖强度，而在铁路专网的设计中，我们采用的传播模型是ALCATEL A9155 V6中的标准传播模型（SPM模型）。 3.4.1传播模型简介 ALCATEL A9155 V6中的标准传播模型（SPM模型）以COST231-Hata经验模型为基础，可用于150-2000MHz的无线电波传播损耗预测，作为无线网络规划的传播模型工具，具有较好的准确性和实用性。 SPM传播模型 SPM模型的数学表达形式是： （式1） 表9：SPM模型各系统含义 系数 说明 默认值 K1 频率相关因子 12.4 K2 距离衰减因子 44.9 K3 基站发射天线有效高度相关因子 5.83 K4 衍射计算相关因子 0 K5 发射天线有