浅谈高速铁路的LTE无线网网络覆盖Word格式.docx
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AFC是针对铁路快速移动的特点设计的基站频率校正算法,通过快速测算由于高速所带来的频率偏移,补偿多普勒效应,改善无线链路的稳定性,从而提高解调性能;
AFC算法是—唯一通过430公里时速验证的系统;
在综合考虑了协议要求、高铁频偏模型、隧道覆盖模型、实际高速场景(外场实测信号)的基础上,根据不同业务信道结构特征,设计了性能优异的AFC算法,支持450Km/h的终端运动速度。
2、超级小区方案降低切换和重选次数
不同基站的射频模块采用相同的频率及参数设置,在逻辑上设置为同一小区。
通过将相邻的射频模块设置为同一小区,可以有效避免传统覆盖方案中切换过于频繁的问题,同时可缓解小区间的干扰问题。
超级小区方案还可增加高铁专网单个小区的覆盖面积,不仅减少了专网的切换次数,提升了网络指标,还可以有效减少站点需求数,减少配套、土建等投资。
3、成熟的网优手段有效提升高铁覆盖性能
和普通覆盖场景相比,高铁覆盖的参数优化更加复杂和敏感。
通讯凭借多年的网络优化经验,摸索出一套成熟的高铁网优手段,可有效提升高铁覆盖的网络性能.高铁移动速度快,导致终端在一个小区驻留时间内可能无法完成小区选择,通过优化手段可排除一些不需要或重复的系统信息,简化邻区关系,降低重选时间;
还可以合理设置重叠覆盖区,保证小区重选成功率;
优化切换参数,缩短切换时延;
优化呼叫流程,缩短呼叫时延;
合理设置计时器参数。
4、LTE回传方案
为了进一步提升高铁覆盖性能,一些设备厂家提出了LTE回传方案.LTE回传方案在高铁内部署LTE机载台,在高铁外部署LTE机载台天线,机载台将接收到的LTE信号经过解调和放大再传输给下一层部署的LTE室内微基站或WiFi信号转发器(见图1)。
这样做可极大提升高铁内部网络覆盖质量。
简述回传技术对于高铁覆盖的意义
1。
网络架构创新,从根本上解决无线信号穿透车体所带来的损耗;
2.利用车体穿透损耗,避免车厢外的公网信号给车厢内分布网络带来的无线干扰;
3.车载天线可选用高增益天线以改善车载台与基站之间的无线链路;
4.为车厢内部用户提供相对静止的无线传播环境,提升网络服务性能。
四、LTE网络规划设计注意要点
1、高铁组网规划
高铁采用双通道RRU进行覆盖组网,利用MIMO提升网络数据业务速率;
同时采用多RRU小区合并,减少小区间切换,从而提升网络性能.
图4—1单杆双RRU背靠背双向覆盖方案
1)双通道RRU组网体积小,方便部署,同时可结合双通道天线实现MIMO可实现多个RRU级联,降低工程实施难度.
2)多RRU小区合并组网高铁场景下,最大可支持6个RRU进行小区合并多个子站合并为一个小区,列车经过无需进行小区切换,提高性能.
3)方案优势:
RRU光纤拉远,适合高铁线性覆盖,便于光纤铺设;
BBU集中放置,便于站址获取,集中管理和维护多RRU小区合并,减少小区间切换,提升网络性能。
2、高铁切换重叠带设计
合理的重叠覆盖区域规划是实现网络业务连续的基础,重叠覆盖区域过小会导致切换失败,过大则会导致干扰增加,进而影响用户业务感知,因此高铁覆盖规划中要合理设计重叠覆盖区域
图4—2重叠覆盖带设计
小区切换重叠带划分:
过渡区域A:
邻区信号强度达到切换门限所需要的距离
切换执行B:
满足A3事件至切换完成所需要的距离,此处考虑2次切换需求距离
考虑单次切换时,重叠距离=2*(切换迟滞对应距离+切换测量距离(128ms)+2次切换执行距离(50ms)
移动速度(km/h)
过渡区域A(m)
切换区域B(m)
切换重叠需求距离(m)
200
40
10
100
250
13
106
300
15
110
350
18
116
400
20
120
表4-1考虑单次切换时的叠距离
考虑二次切换时,重叠距离=2*(切换迟滞对应距离+1次切换测量距离(128ms)+定时器(500ms)+2次切换测量距离(128ms)+2次切换执行距离(50ms))
42
170
53
192
63
216
73
238
84
260
表4—2考虑二次切换时的重叠距离
3、高铁覆盖链路预算(F)
高铁覆盖规划:
考虑终端在车内,即规划中需要考虑列车车体的穿透损耗
•高铁环境简单,基站与列车之间无遮挡,属于直视径传输;
因此传播模型采用Cost231—hata模型,其中高铁场景Cm修正值:
Cm=-20(F)
•覆盖规划中,考虑列车车体最大损耗(F频段24dB),天线增益18dBi
•高铁覆盖规划目标基于RSRP>
-110dBm进行链路预算
•估算主要考虑3种典型站高结构:
10m,20m以及35m;
出于安全考虑高铁铁轨通常比地面高出10米左右,因此该站高均为相对铁轨的高度
发射端
工作频率
MHz
1890
RS功率/port
dBm
12。
2
12.2
基站天线增益
馈线和接头损耗
dB
0。
5
0.5
EIRB/RE
30
接收端
终端接收电平
—110
-110
储备
阴影衰落余量/慢衰落储备
4。
05
4.05
车厢穿透损耗
24
储备总计
28.05
28。
最大允许路损
111。
66
111.66
覆盖
站点相对高度
m
35
覆盖半径
km
0.8265
0.6738
0.5357
表4—3高铁F频段覆盖距离估算
站点相对铁轨高度
站离铁轨300m内
站离铁轨100m内
非小区边界杆间距
小区边界杆间距
〈1500m
〈1300m
〈1600m
<
1400m
1200m
1000m
1100m
〈900m
700m
〈1050
850m
表4-4高铁F频段双RRU背靠背组网方案间距估算
4、高铁覆盖链路预算(D)
高铁覆盖规划:
•高铁环境简单,基站与列车之间无遮挡,属于直视径传输;
因此传播模型采用Cost231-hata模型,其中高铁场景Cm修正值:
Cm=-23(D)
•覆盖规划中,考虑列车车体最大损耗(D频段27dB),天线增益18dBi
•高铁覆盖规划目标基于RSRP〉-110dBm进行链路预算
10m,20m以及35m;
出于安全考虑高铁铁轨通常比地面高出10米左右,因此该站高均为相对铁轨的高度
2600
4
26
27
31.05
31。
105。
16
105.16
0.4833
0.4034
3292
表4-5高铁D频段覆盖距离估算
1050m
〈850m
〈1000m
800m
600m
〈1000m
〈550m
〈600m
400m
〈800m
表4-6高铁D频段双RRU背靠背组网方案间距估算
5、高铁公专网邻区规划
1)车站室分与高铁专网的邻区规划
根据切换策略,在车站站台位置,高铁专网站点需要与车站室分互相切换,邻区规划需要遵循如下原则
1。
高铁专网和车站室分互配邻区关系
2。
专网与站台室分切换位置尽量不要落在列车站台上下车区域
3.车站室分与公网互配邻区。
2)铁路沿线
高铁在运行期间的区段上只需要考虑链形小区前后2个方向上各一个小区做为邻区即可,与公网的邻区规划,建议配置单向邻区,如下:
1.高铁路线上专网间互配邻区,保证专网用户在路线小区间的成功切换。
与周边宏网站点配置单向邻区,保证公网用户不切换到专网,从而影响专网的容量。
6、高铁无线网参数规划
1)PCI规划:
PCI用于区分不用小区,在终端下行同步时使用,高铁PCI规划原则与宏站基本相同:
同频邻区中不能出现相同PCI。
2。
保证高铁小区与路线上的前后小区PCI模3错开,同时与相近宏网强邻区PCI模3错开。
2)PRACH规划:
PRACH信道用作随机接入,是用户进行初始连接、切换、连接重建立的保障。
高铁场景PRACH规划方法与普通宏网存在较大不同:
采用高速下PRACH规划方法计算循环移位取值。
2.基于高速场景的要求进行根序列选择。
3)TA规划:
TA(跟踪区)用于终端寻呼及位置更新管理高铁TA规划原则:
高铁路线上尽量规划为同一个TAlist,减少大量用户跨TAlist带来的TAU信令冲击.2.TAlist边界建议规划于低速地带。
3。
TAlist不跨MME.
7、隧道覆盖方案
1)定向天线隧道覆盖方案
2)泄露电缆隧道覆盖方案
3)方案对比
定向天线方案:
1、隧道内天线架设难度大,适合短隧道覆盖场景。
2、直线传播,对于弯曲的隧道场景效果相对较差.
3、隧道信号填充效果明显,信号覆盖效果不佳。
泄露电缆方案:
1、泄露电缆布放简单、难度小,适用多种隧道场景。
2、泄露电缆损耗较大,成本较高。
定向天线与泄露电缆覆盖均有各自的优缺点,实际网络中隧道种类繁多,建设中建议采用定向天线+泄露电缆的方式进行覆盖.
4)覆盖场景
1、长隧道覆盖:
2:
连续隧道覆盖:
隧道内采用泄露电缆进行覆盖,两侧洞口采用定向天线朝外延伸,增大室外宏站与隧道区域的重叠覆盖带区域,保证切换的顺利完成。
8、隧道覆盖估算
1)隧道内泄露电缆覆盖估算
PLmax=PRRU–(LPOI+Pdes+L1+L2+L3+L4);
各参数说明如下:
PRRU:
RRU的输出功率
LPOI:
POI系统的插损,一般设计要求POI插损小于6dB,此处取5dB
Pdes:
接收端的覆盖电平要求,此处为—110dBm
L1:
泄露电缆95%2m处的耦合损耗
L2:
人体损耗,LTE主要为数据业务,暂不考虑人体损耗,默认取0dB
L3:
宽度因子,L3=10lg(d/2),d为移动台距离漏缆的距离,默认取4m
2)隧道内泄露电缆覆盖估算
宽度因子
3
POI插损
89。
71
耦合损耗
漏缆百米损耗
29
覆盖距离
552。
6384
1.隧道内重叠覆盖估算方法同宏站,估算结果为300km/h左右时,隧道内小区间重叠覆盖区域约200米左右
2.采用泄露电缆覆盖,F频段小区边界RRU间距建议不大于850m,非小区边界站点间距不大于1.1km;
对于中小型隧道,建议隧道覆盖区域RRU合并为一个小区,以避免隧道内的小区切换
9、高铁容量规划
1)高铁列车用户量估算
1.乘客量估算(以CRH3型列车为例)
•标配8节车厢,通常采用重联方式,即单列车共16节车厢
•列车一等座车2节,二等座车12节、带厨房的二等座车2节。
一等座共160个,二等座共954个,整列车定员数为1114人
终端用户量估算
考虑列车满载情况,分为网络发展初期及后期两种情况:
初期:
按照中国移动用户渗透率70%,其中LTE终端渗透率30%,则单列车LTE终端用户数为:
234个.
后期:
按照中国移动用户渗透率70%,其中LTE终端渗透率80%,则单列车LTE终端用户数为:
624个。
2)高铁容量需求估算
用户业务模型
考虑每业务用户下行平均速率1mbps,上下行比例为1:
5,用户激活附着比为60%(即60%用户处于激活态),用户业务并发率初期为10%,后期为20%。
则单用户平均速率需求为:
上行12kbps,下行60kbps(初期)
上行24kbps,下行120kbps(后期)
单列车用户吞吐量需求
基于LTE终端用户量可得,单列车上下行速率需求为
上行:
234*12=2。
8mbps;
下行:
234*60=14mbps
上行:
624*24=14。
9mbps;
下行:
624*120=74.9mbps
在列车会车时,需求吞吐量将翻倍.
五、城区段高铁组网问题探讨
目前城区段高铁的覆盖方案有如下三种:
1)双通道专网覆盖(与公网异频):
该方式能够有效规避城区段公网与高铁专网的干扰问题,高铁覆盖效果好,性能优.
2)双通道专网覆盖(与公网同频):
RSRP覆盖性能好,但由于城区段公网信号与高铁信号相互重叠干扰,对宏网以及专网性能都会产生影响,降低宏专网用户感知
3)公网八通道覆盖:
该方式有如下问题
•公网站点之间无法进行小区合并,该方式会造成高铁线路切换次数明显增多
•城区段高铁架高较高,公网站点需同时兼顾高铁线路及周边宏网区域覆盖效果,站点规划难度高,覆盖效果相比专网要差
TDS和GSM高铁建设经验:
高铁专网与公网采用异频方式建设。
考虑到城区段高铁公与网间干扰问题,建议高铁与网不公网异频建设。
北京中网华通设计咨询有限公司设计二院
赵宝云
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