高速铁路无线网络规划方案(V1.3版本)

高速铁路无线网络规划方案(V1.3版本)

高速铁路无线网络规划

指导书

版本：V1.3

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TD网规网优工作指导书

版本说明：

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关键字：

高速运动、覆盖、方案

摘要：

本文主要描述高铁覆盖的整体方案、设备选型和站点设置。缩略语：

参考资料：

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目录

1高速运动存在的问题 0

1.1 高速移动下的多普勒频移 0

1.2 高速移动下的重选和切换 0

1.3 高速移动对TD系统的影响 0

2高铁覆盖方案整体思路 (1)

2.1 多普勒频移解决方案 (1)

2.2 重选和切换解决方案 (1)

2.3 专网解决方案 (2)

3高铁覆盖中设备选型 (3)

3.1 RRU设备选型 (3)

3.2 天线选型 (3)

4传播模型 (4)

5链路预算 (5)

5.1 小区内中心扇区链路预算表 (5)

5.2 小区内边缘扇区链路预算表 (6)

6容量估算 (8)

7小区覆盖半径 (9)

8站点设置 (10)

8.1 小区间间距 (10)

8.2 小区内扇区间间距 (12)

8.3 逻辑小区间距 (14)

8.4 所需站点数目 (14)

8.5 站点选定原则 (15)

附录A高铁相关距离计算表格 (16)

1.1.1.1

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1 高速运动存在的问题

1.1 高速移动下的多普勒频移

高速铁路的无线信道特征基本上可以看作是一个较大的多普勒频率偏移加上很小

的频率色散。其中较大的多普勒频率偏移是由高速列车相对基站收发信机的高速

运动形成；而很小的频率色散是由用户相对于车内反射散射体的低速运动形成。

另外，高速铁路场景的基站侧角度扩展较小，且时延扩展较小，有利于发挥智能

天线波束赋形增益。

1.2 高速移动下的重选和切换

高速铁路场景是线性覆盖区域，同时所服务的对象具有运动速度快，车体密闭，

穿透损耗大的特点。要确保车体内能够被良好信号覆盖，需要在网络规划上采取

必要措施。

高速移动时，UE最佳的服务小区变化较快，小区选择与重选，切换发生的频率明

显加快，如果按照普通场景的小区选择与重选，切换参数默认配置，则容易导致

小区重选，切换不及时，导致重选失败或切换掉话等现象。

1.3 高速移动对TD系统的影响

1）基于技术上的区别，3GPP标准协议规定FDD系统需支持最高移动速度为

500km/h，TDD系统最高移动速度则定义为120km/h，因此，高速移动对

TD-SCDMA系统本身会带来较大的影响。目前根据TD现有的机制，在250KM/h

之内，TD完全有能力保证正常的通话能力。对于时速在350Km/h的高速铁路。

TD系统本身必须作出一定的改进和调整。

2）TD-SCDMA系统要求实现严格的上行同步，在高速移动环境下，可能出现同

步偏差而不能达到系统要求的1/8Chip的同步精度，可能致使系统性能有一定程

度的下降。

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2 高铁覆盖方案整体思路

2.1 多普勒频移解决方案

高速列车场景的多普勒频移通常高达几百赫兹，对系统设备和终端的接收机性能

都构成了挑战，如果接收机不进行检测和补偿，那么链路性能将大大下降，严重

恶化网络覆盖及容量等指标。

中兴自主知识产权的高速频偏校正算法能够检测并补偿至少高达800赫兹的多普

勒频率偏移。

2.2 重选和切换解决方案

高速移动场景下，需要加快小区切换和重选对速度，因此一方面切换迟滞和测量

上报时延以及小区重选对迟滞和测量时间都需要相应的缩短，另一方面在物理上

利用多个小区合并为超级小区来减少小区间的切换。

1）重选切换参数调整

根据高速移动场景，建议小区重选和切换参数配置如下。

重选：Treselection =1s Qhyst=2dB。

切换：TimeToTrigger =320ms Hyst = 2dB

2）超级小区

将多个小区合并为一个小区。目前高铁覆盖采用4天线6扇区解决方案，后期随

着基带处理板能力的提升，可以采用8天线6扇区超级小区。本文讨论的链路预

算，站间距等都是基于8天线6扇区解决方案。

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图表2-1超级小区

2.3 专网解决方案

将高铁覆盖的站点设置成专网。这样会带来如下好处：

1）可以避免公网中常见的多LAC切换。

2）避免由于多用户引起的干扰。

3）专网与其他网络分开，避免有切换关系，这样可以针对专网进行切换，重选等

无线参数优化。

4）通过专网覆盖，其频点，扰码可以独立设置。保证专网的独立性。

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3 高铁覆盖中设备选型

3.1 RRU设备选型

目前市场推行RRU设备有R08i和R11。

R08i为室外8通道RRU，为高集成度8通道6载波塔顶单元设备。

R11为室外单通道RRU，为覆盖增强的大功率发射单元设备，提供6载波的支

持能力。

两者参数对比如下表：

针对高铁覆盖，因为需要采用RRU组成超级小区，RRU设备建议采用8通道RRU：

R08i。

3.2 天线选型

为了保证高度移动的信号，天线选型方面应该把握2个原则：

1）尽量先用波速宽度较窄的天线。

2）选用天线增益较高的天线。

因此根据不同的覆盖方案，可以采用：

1）使用15-18dBi甚至21dBi增益的窄波瓣的高增益天线，获得较好的无线覆盖

2）常规智能天线。如30度单极化或者双极化天线。

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4 传播模型

高铁作为特殊的覆盖环境，在实际规划中也必须进行相关的传模测试工作。

业务半径以CS64K业务连续覆盖为基本要求。

传播模型采用天津农村区域传播模型。

PATHLOSS= 123.54+35logd。

穿透损耗取值30dB。

针对不同的环境会有不同的传播模型。

如北京高铁覆盖采用如下SPM模型：

本报告中以京津高铁天津段为例进行讨论。

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5 链路预算

通过链路预算计算CS64K业务上行覆盖半径。按照超级小区组网的方案，必然存

在4个扇区在小区内部，2个小区位于小区边缘。由于在小区中心的4个扇区采

用了上行分集接收技术，因此上行接收分集增益为3dB。处于小区边缘的两个扇

区则没有该分集接收增益。

正是因为存在小区中心和小区边缘的分集接收增益，导致存在不同的链路预算表。

由此也导致在后面的讨论中有不同的扇区间距，不同的小区间距等等。

5.1 小区内中心扇区链路预算表

通过链路预算计算CS64K业务上行覆盖半径。由于在小区中心的4个扇区采用了

上行分集接收技术，因此上行接收分集增益为3dB。

处于小区边缘的两个扇区则没有该分集接受增益。

下表是位于小区中心4个扇区的上行链路预算。

注：请关注：智能天线分集增益一项

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5.2 小区内边缘扇区链路预算表

小区边缘2个扇区的上行链路预算表。

注：注意智能天线分集增益一项

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6 容量估算

容量估算必须基于单用户话务模型。单用户话务模型可以基于如下考虑：

CRH的标准配置为8节车厢，额定载客人数约为600人次，根据预计发车时间间

隔为5分钟，那么在单方向一个小区内仅会有1列车，单小区用户最多是发生在

两车交会时。两车交会时单小区总用户数为1200人，建设3G用户数占70%，中

国移动占有80%的用户数，那么实际的在线用户数为672人。

下表是规划的输入参数。话务模型参考了郊区的话务数据特征模型。

通过kaufman-roberts算法进行TD-SCDMA的容量估算，其估算结果如下。

可见，在一个8天线6扇区合并的小区里，3个载波可以满足两列列车通过时的

容量需求。

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7 小区覆盖半径

图表7-1小区覆盖半径

根据不同的传模模型，分小区中心和小区边缘分别计算小区半径，可以得到如下

结果：

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8 站点设置

按照超级小区组网的方案，一个超级小区包含6个扇区，其中4个扇区位于小区

内部，2个小区位于小区边缘。两者不同的分布位置导致两者存在分集增益的差

异。

从而导致两者覆盖半径存在区别，进一步的，导致两者之间存在的重叠覆盖区也

有一定差异，影响到站间距之间的差异。

下文从重叠区计算着手，计算两者之间的站间距差异。

8.1 小区间间距

图8-1 重叠覆盖区域计算图-小区间间距

小区间距的计算重点在重叠区的计算。具体重叠区分布图见图7-1。

上图说明：

【场强过渡区】对应场强下降切换参数（Hysteresis/2）dB列车前行的距离。

【测量时延】对应切换参数TimeToTrigger时间内列车前行的距离。高铁中

TimeToTrigger一般为320ms

【切换时长】系统执行切换所需时间内列车前行的距离。一般为800ms。

【d1】站点到场强过渡区边缘的距离。

【d2】站点到场强过度区中心点的距离。

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【小区覆盖半径】链路预算得到的小区半径。这里设其为R 【站点到铁路距离】为TD 站点到铁路的垂直距离。 根据上图，容易得到：

重叠覆盖区=（场强过渡区+测量时延+切换时长）*2 根据上图结合传播模型，可以得到以下三个公式： 1) Pathloss1=K1+K2lg （d1） 2) Pathloss2=K1+K2lg （d2）

3) d1在铁路的覆盖距离≈ 小区覆盖半径。

或者≈2

2

)()(站点到铁路的距离小区覆盖半径- 准确的说，

d1在铁路的覆盖距离=22)()(站点到铁路的距离小区覆盖半径--（测量时延+切换时长）。

考虑到距离精度，直接用公式3）d1在铁路的覆盖距离≈ 小区覆盖半径。 4）场强过渡区=d1-d2

由第四章传播模型PATHLOSS= 123.54+35logd ，第六章小区边缘扇区小区覆盖半径538米，假设站点到铁路距离150米，高铁车速为300Km/h, 扇区间过渡区包括2dB 场强过渡时延，高铁覆盖中测量时延为320ms ，切换时长800ms 。 可以得到如下结果 d1=1.07d2 d1=538米。

1dB 场强过渡区=538-538/1.07=35米 测量时延=320ms*300Km/h=26.6米 切换时长=800ms*300Km/h=66.6米 则：

重叠覆盖区=（1dB 场强过渡区+测量时延+切换时长）*2 =（35+27+67）*2=256米

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小区间距=（小区在铁路上覆盖距离-重叠覆盖区）*2+重叠覆盖区 =（517-256）*2+256=778米

8.2 小区内扇区间间距

扇区间距的计算和小区间距计算相同，只是两者的覆盖半径存在差异。

图 8-2 重叠覆盖区域计算图-小区间间距

小区间距的计算重点在重叠区的计算。具体重叠区分布图见图7-1。 上图说明：

【场强过渡区】对应场强下降切换参数（Hysteresis/2）dB 列车前行的距离。 【测量时延】扇区切换测量时延。

【切换时长】系统执行切换所 需时间内列车前行的距离。一般时间较短 【d1】站点到场强过渡区边缘的距离。 【d2】站点到场强过度区中心点的距离。 【小区覆盖半径】链路预算得到的小区半径。

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【站点到铁路距离】为TD 站点到铁路的垂直距离。 根据上图，容易得到：

重叠覆盖区=（场强过渡区+测量时延+切换时长）*2 根据上图结合传播模型，可以得到以下三个公式： 1) Pathloss1=K1+K2lg （d1） 2) Pathloss2=K1+K2lg （d2）

3) d1在铁路的覆盖距离≈ 小区覆盖半径。

或者≈2

2

)()(站点到铁路的距离小区覆盖半径- 准确的说，

d1在铁路的覆盖距离=2

2)()(站点到铁路的距离小区覆盖半径--（测量时

延+切换时长）。

考虑到距离精度，直接用公式3）d1在铁路的覆盖距离≈ 小区覆盖半径。 4）场强过渡区=d1-d2

由第四章传播模型PATHLOSS= 123.54+35logd ，第六章小区边缘扇区小区覆盖半径655米，假设站点到铁路距离150米，高铁车速为300Km/h, 扇区间过渡区包括2dB 场强过渡时延，以及测量时延+切换时延大约60ms 左右。60ms 内，终端移动距离为5米，考虑5米余量，暂定10米。 可以得到如下结果 d1=1.07d2 d1=655米。

场强过渡区=655-655/1.07=43米 则：

重叠覆盖区=（1dB 场强过渡区+测量时延+切换时长）*2 =（43+10）*2=106米

扇区间距=（小区在铁路上覆盖距离-重叠覆盖区）*2+重叠覆盖区 =（517-90）*2+90=1170米

8.3 逻辑小区间距

逻辑小区间距=小区内间距*2+小区边缘扇区间距

=1170*2+778

=3118米

8.4 所需站点数目

高铁覆盖所需的站点数基于本章前面计算的两小区间距，小区内物理扇区间距，

逻辑小区间距。

8天线6扇区超级小区组网，逻辑小区间距为3118米。

假设京津高铁天津段全场70公里。计算可得所需逻辑小区数：70km/3.1km+1=24

个。

则所需站点数为24*3=72个站点。

站点的布置遵照两小区间距以及物理扇区间距。

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8.5 站点选定原则

高铁的站点在实际建网中，一般都是由现网或者2G站点中选择，因此不存在绝

对模型化的方式。但是以下几个原则应该注意：

1）站点距离铁路一般不宜过远，最好小于200米。

2）站间距的选择应和计算的相当，不可超过计算的间距。

3）站点周围不应有阻挡物，站高不宜过高，一般选择站高高于铁路20米左右的

站点，下倾角不宜过大或过小，根据站点的高度，尽量选择信号能从窗户进入动

车的角度，建议下倾角在2度左右。

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