王星，秦文，周雙波，王韜

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 引言

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中的定義，高速鐵路定義為新建鐵路旅客列車設(shè)計(jì)最高行車速度達(dá)到250 km/h及以上的鐵路。各運(yùn)營(yíng)商各個(gè)系統(tǒng)的高鐵公網(wǎng)覆蓋都要求帶狀連續(xù)覆蓋，而高鐵貫穿多種地形地貌，同時(shí)高速移動(dòng)帶來的多普勒頻移大、切換頻次多、各系統(tǒng)切換時(shí)間不一致、重疊覆蓋切換區(qū)隨車速而增大、高鐵車體穿透損耗高、不同車體穿損相差大等因素使得鐵塔公司在多運(yùn)營(yíng)商共建公網(wǎng)覆蓋的最大難題是站址的選擇。一個(gè)好的站址設(shè)置方案必須既滿足各運(yùn)營(yíng)商多系統(tǒng)的良好覆蓋，又能最大限度地共建共享，本文通過分析各運(yùn)營(yíng)商覆蓋受限的網(wǎng)絡(luò)，研究各系統(tǒng)重疊切換區(qū)域的設(shè)置，對(duì)比不同車體的損耗，給出了這樣一種方案。

2 高鐵列車穿透損耗分析

高速鐵路上行駛車輛車型分為五大類和若干子類，其設(shè)計(jì)時(shí)速會(huì)影響切換重疊區(qū)的設(shè)置，穿透損耗直接決定了站距，車體高度和車窗位置影響了站址高度、站址與軌道的距離以及入射角度。表1對(duì)高鐵列車的重要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了比較。

表1 高鐵列車參數(shù)一覽

高鐵列車車體損耗大，且不同區(qū)域的損耗值不同，如車廂連接處、乘客坐席處的損耗就不同。目前國(guó)內(nèi)高速列車中除 CRH2、CRH380A（原型車 CRH2C）外，其他車型穿透損耗均較高。

對(duì)不同車型穿透損耗不同引起覆蓋能力的差異分別進(jìn)行核算，考慮到高鐵線路上同時(shí)運(yùn)營(yíng)多種車型，如福建等南方線用到CRH1型車，沈陽(yáng)等東北線用到CRH380B型車，因此本文采用高穿損車型為參考模型，以滿足、兼容高速鐵路通信網(wǎng)對(duì)全系列高速列車的參考要求。本文對(duì)各系統(tǒng)采用的穿透損耗見表2。

3 各通信系統(tǒng)覆蓋分析

3.1 通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制式與覆蓋目標(biāo)

根據(jù)各運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制式和發(fā)展規(guī)劃，近期分場(chǎng)景的系統(tǒng)建設(shè)典型需求見表3。

主要場(chǎng)景為3運(yùn)營(yíng)商滿足5～7個(gè)制式系統(tǒng)的建設(shè)需求，各系統(tǒng)高鐵覆蓋目標(biāo)和要求見表4。

3.2 通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制式鏈路預(yù)算

按照上文高鐵車體分析結(jié)論和各運(yùn)營(yíng)商關(guān)于高鐵覆蓋的目標(biāo)，分析各運(yùn)營(yíng)商各通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制式的鏈路預(yù)算，選取覆蓋受限的網(wǎng)絡(luò)如下。

表3 高鐵各運(yùn)營(yíng)商近期系統(tǒng)建設(shè)典型需求

（1）中國(guó)移動(dòng)主要是TDD-LTE覆蓋受限

表5給出了限定條件下測(cè)算的TDD-LTE和GSM最大路徑損耗結(jié)論。

（2）中國(guó)聯(lián)通WCDMA系統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)和VP業(yè)務(wù)一般為上行鏈路受限

對(duì)于FDD-LTE系統(tǒng)，從鏈路預(yù)算可以看出，F(xiàn)DD-LTE覆蓋距離略大于WCDMA CS64K連續(xù)覆蓋情況，因此基站站間距以WCDMA CS64K連續(xù)覆蓋為準(zhǔn)。表6給出了限定條件下測(cè)算的WCDMA CS64K和FDD-LTE最大路徑損耗主要結(jié)論。

（3）中國(guó)電信主要是FDD-LTE覆蓋受限

對(duì)于CDMA系統(tǒng)鏈路預(yù)算需要考慮cdma2000 1x語(yǔ)音和數(shù)據(jù)覆蓋、Ev-Do覆蓋。Ev-Do上行和cdma2000 1x數(shù)據(jù)上行鏈路預(yù)算接近，經(jīng)比較，cdma2000 1x數(shù)據(jù)上行覆蓋受限。表7給出了限定條件下測(cè)算的FDD-LTE和CDMA最大路徑損耗結(jié)論。

表4 高鐵各運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)和要求

表5 中國(guó)移動(dòng)鏈路預(yù)算

表6 中國(guó)聯(lián)通鏈路預(yù)算

表7 中國(guó)電信鏈路預(yù)算

4 各通信系統(tǒng)重疊覆蓋區(qū)分析

重疊覆蓋區(qū)用于覆蓋的相鄰基站設(shè)置切換帶，以免高速列車行駛引發(fā)的快速切換導(dǎo)致掉話等行為。合理設(shè)置重疊覆蓋區(qū)域是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)連續(xù)的基礎(chǔ)，重疊覆蓋區(qū)域過小會(huì)導(dǎo)致切換失敗，過大則會(huì)導(dǎo)致站間距減小，因此高鐵覆蓋要合理設(shè)計(jì)重疊覆蓋區(qū)域。覆蓋重疊距離應(yīng)按式（1）計(jì)算。

其中，L為覆蓋重疊距離，V為列車時(shí)速，T為切換時(shí)間。

相鄰小區(qū)間設(shè)置足夠的重疊覆蓋區(qū)域，以滿足終端在高速移動(dòng)過程中對(duì)切換時(shí)間的要求?？紤]到小區(qū)間的雙向切換，重疊覆蓋距離應(yīng)為切換距離的2倍以上，具體見表8。

5 各通信系統(tǒng)高鐵覆蓋站間距要求

根據(jù)上文鏈路預(yù)算結(jié)論和重疊覆蓋區(qū)域設(shè)置結(jié)論，參考各運(yùn)營(yíng)商的指導(dǎo)，考慮高鐵300 km/h的主流速度，各通信系統(tǒng)高鐵覆蓋站距分析如下。

中國(guó)移動(dòng)分市區(qū)F頻段，市區(qū)D頻段，郊區(qū)、農(nóng)村 F頻段，場(chǎng)景站間距要求見表9。對(duì)于市區(qū)內(nèi)路段，LTE應(yīng)結(jié)合GSM高鐵覆蓋站點(diǎn)情況，采取共用+新建補(bǔ)充站點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)。GSM高鐵采用專網(wǎng)覆蓋，市區(qū)站間距建議不超過1 km，郊區(qū)、農(nóng)村路段站間距建議不超過1.7 km。

中國(guó)聯(lián)通綜合不同場(chǎng)景和小區(qū)組網(wǎng)技術(shù)對(duì)小區(qū)站間距的要求，給出站間距的設(shè)置，詳見表10。

從上述分析中可以看出，滿足語(yǔ)音連續(xù)覆蓋的站間距設(shè)置區(qū)間為1.84～2.34 km，滿足CS64k連續(xù)覆蓋站間距設(shè)置在1.77～2.28 km。根據(jù)京滬高鐵實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，站間距應(yīng)控制在1.6～2 km。綜合鏈路預(yù)算和實(shí)測(cè)結(jié)果，取其中最小值區(qū)間作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中站間距的設(shè)置要求，中國(guó)聯(lián)通站間距設(shè)置區(qū)間為1.6～2 km，最佳站間距區(qū)間為1.6～1.8 km。

表8 各移動(dòng)通信系統(tǒng)列車運(yùn)營(yíng)速度與重疊區(qū)域?qū)?yīng)

表9 中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)站間距要求

根據(jù)中國(guó)電信CDMA不同場(chǎng)景下鏈路預(yù)算結(jié)果，考慮受限因素，站間距市區(qū)約為1 km，郊縣及農(nóng)村站間距約為2.2 km。FDD-LTE連續(xù)覆蓋站間距在1.77～2.28 km。

根據(jù)上文分析，鑒于3家運(yùn)營(yíng)商的使用頻率、設(shè)備能力及組網(wǎng)方式不同，各運(yùn)營(yíng)商各制式高鐵站間距推薦取值見表11。

6 多運(yùn)營(yíng)商共建站址的設(shè)置方案

在滿足各系統(tǒng)站距要求的基礎(chǔ)上，要提高共建共享率，需詳盡調(diào)研運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)性能要求、頻率使用方案、設(shè)備能力、設(shè)備型態(tài)，推薦使用多小區(qū)合并技術(shù)、同PN碼等技術(shù)提高站距，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)一的站點(diǎn)布局規(guī)劃。具體步驟上可參考如下原則。

表10 不同方式站間距設(shè)置

表11 高鐵各運(yùn)營(yíng)商站間距推薦取值

（1）優(yōu)先選取表11中站間距要求最嚴(yán)格的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行規(guī)劃布點(diǎn)，作為基礎(chǔ)站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

（2）在基礎(chǔ)站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上，按照其他運(yùn)營(yíng)商的覆蓋需求，參考表11中的站距要求，進(jìn)行需求合并，不斷優(yōu)化。

（3）考慮到工程實(shí)施相對(duì)于規(guī)劃站址的偏離，選址偏移要盡量控制在規(guī)劃點(diǎn)方圓R/4（R為基站覆蓋半徑）范圍內(nèi)或D/6（D為基站平均站距）范圍內(nèi)，以保持基站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性，同時(shí)參考表11選址偏移要求不影響小區(qū)內(nèi)合并以及小區(qū)間切換。

天線掛高按照COST231-Hata模型的適用范圍，每升高5 m獲得的平均增益見表12。

在具體工程中，天線視距覆蓋不被樹木等遮擋的條件下，可根據(jù)站間距要求調(diào)整天線掛高，覆蓋距離要求較大的天線可掛于塔桅較高位置，并根據(jù)共享情況確定掛高。

考慮4小區(qū)合并6塔桅建設(shè)市區(qū)和郊區(qū)站間距示例分別如圖1和圖2所示。

7 結(jié)束語(yǔ)

鐵塔公司多運(yùn)營(yíng)商高鐵共建公網(wǎng)覆蓋涉及面廣、選站難度大，站址設(shè)置方案必須分析各當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商的具體覆蓋要求、設(shè)備選型情況，考慮具體高鐵線路的實(shí)際運(yùn)行情況，尋求最大限度的共建共享。今后還需繼續(xù)深入研究隧道、橋梁等特殊場(chǎng)景的高鐵共建公網(wǎng)覆蓋方案。

表12 覆蓋半徑與高度變化獲得增益變化關(guān)系

圖1 市區(qū)4小區(qū)合并6塔桅站間距示例

圖2 郊區(qū)農(nóng)村4小區(qū)合并6塔桅站間距示例

[1]國(guó)家鐵路局.鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范TB 10088-2015[S].2015.

State Railway Administration.Code for design of railway digital mobile communication system(GSM-R):TB 10088-2015[S].2015.

[2]國(guó)家鐵路局.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范TB 10621-2014[S].2014.

State Railway Administration.Code for design of high speed railway TB 10621-2014[S].2014.

[3]中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司.4G網(wǎng)絡(luò)高速鐵路覆蓋技術(shù)要求[S].2014.

China Mobile Communications Corporation. Technical requirements for high speed railway coverage of 4G network[S].2014.

[4]中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司.關(guān)于高速鐵路覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的指導(dǎo)意見[S].2012.

China Mobile Communications Corporation.Guiding opinions on the construction of high speed railway covering network[S].2012.

[5]中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司.高速鐵路WCDMA/LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)指導(dǎo)意見[S].2014.

China Unicom Co.,Ltd.Guiding opinions on the construction of WCDMA/LTE network of high speed railway[S].2014.

[6]中國(guó)電信集團(tuán)公司.高速鐵路CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)指導(dǎo)意見[S].2009.

China Telecom Co.,Ltd.Guiding opinions on the construction of high-speed railway CDMA network[S].2009.