文档介绍：GSM高铁覆盖规划
目录
1 概述 3
2 铁路无线网路设计原则 3
站址规划原则 3
基站高度设计原则 3
基站与铁轨垂直距离设计原则 3
重叠覆盖区规划原则 6
小区重选对重叠覆盖区的要求 6
切换对重叠覆盖区的要求 7
3 高铁分场景覆盖规划 7
地面行车场景 7
覆盖策略 7
覆盖规划 8
隧道场景 11
覆盖策略 11
覆盖规划 11
链路预算 14
4 附录 16
高铁列车规格 16
天线选择建议 20
概述
高速铁路系统的覆盖和传统的室外和微蜂窝系统覆盖有着显著的差别,主要体现在独特的传播环境、多普勒频移、链路预算、容量规划、切换的考虑、移动性管理等多个方面,本文将针对上面提到的覆盖相关的因素进行讨论,给出高铁覆盖的解决方案。
铁路无线网路设计原则
铁路系统大部分是链状结构,只有在铁路的交汇处才会形成网状结构,所以高速铁路特殊的移动环境和高铁特殊的业务需求都应在无线规划中考虑到。
站址规划原则
通过新增站址和基站在现网基础上建设一层高铁专网,针对高铁铁路运行特性采用相应的规划,通过网路结构的设置和参数的调整,使车内用户由专网覆盖,这样在满足通话需求的同时可以提供可靠的通话质量、系统指标,降低和其它基站之间的切换、重选、位置区/路由区更新。
基站高度设计原则
为了提高基站的覆盖效率,建议新建基站的天线高度高于轨道30m。
基站与铁轨垂直距离设计原则
传统的GSM网络所支持的移动速度一般为200Kmh,随着铁路运营速度的大幅提升,对GSM网络性能带来了较大影响,最直接的就是高速导致的频偏效应,即多普勒频移。
多普勒频移简而言之就是接收机靠近信号发射源时,接收到的信号频率变高;远离信号发射源时,接收到的信号频率变低。
设发射机发出的信号频率为(f发),接收机接收到的信号频率为(f收),发射机与接收机之间的相对运动速度为V。
公式:f收=(c±v)/λ=f发±fd。其中c为电磁波在自由空间的传播速度:3×10^8米/秒。fd即为多普勒频移,fd的大小取决于信号波长λ及相对运动速度V。
由fd=v/λ得出:当接收机与发射机之间以每秒一个波长的速度作相对运动时,所产生的多普勒频移即为1Hz。接收基靠近基站,f收变大;接收机远离基站,f收变小。
图2-1 多普勒频移
下图是在不同车速下900M/1800M的频偏测试结果:
车速(km/h)
频偏(Hz)
200
250
300
350
400
450
500
550
600
900M频段
167
208
250
292
333
375
417
458
500
1800M频段
333
417
500
583
667
750
833
916
1000
考虑入射因子(900M)
118
147
177
206
235
265
295
324
354
考虑入射因子(1800M)
235
295
354
412
472
530
589
648
707
表2-1 不同频段在同速度下频偏测试结果
入射因子为假设入射信号与车体呈45度角,实际高铁运行中,移动台和发射机之间必然存在角度,因此需要考虑入射角对频偏的影响。根据下图可以看出,因为,中的存在,运行在小区边缘的火车频偏最大,变化较慢;而在经过基站近段0点时频偏最小,但频偏变化最大。
下面为一组典型参数:=1000m ,=900MHz,=600km/h。以及分别给出了在100m、80m、60m、40m、20m时的仿真曲线。
图表 2 2 高铁模型的频偏曲线(900MHz,600km/h)
为了减少多普勒频移对网络性能的影响,在没有AFC(自动频率校正)算法保证的前提下,应远离铁路建站,且尽量避免天线覆盖方向和铁路平行。
在移动台和发射机存在直射径的场景,需要分析值和残留频偏的影响。仿真结果如下:
图表 2 3 不同高铁速度下1阶环AFC残留频偏图(900MHz,Fcut=2Hz)
根据以上的理论推算结果得出,如果城区的目标时速为300km/h,。如果目标时速为450km/h,。在现实中,由于AFC的频偏残留会降低信道解调性能。但是,频偏的时变区都停留在基站的尽端,电平信号强度较好,完全可以对抗一定频偏的影响。
时速(km/h)
150
300
450
600
最短距离(m)
10
40
5