高速移动环境下组网方案

高速移动环境下组网方案

张传福1 李梦迪2 王刚1

（1 中网华通设计咨询有限公司 北京 100070）

（2 北京邮电大学 北京 100876）

摘　要　随着我国经济的迅速发展，高速公路和高速铁路将会越来越多。如何解决高速移动环境下的网络覆盖是运营商非常重视的问题。本文介绍了高速移动环境的特征，需要解决的问题。详述了网络规划和组网方案，

包括组网方式、天馈选型、站点选择、LAC和RAC规划。

关键词　高速移动环境 多普勒效应 BBU RRU

实现良好的高速环境（高速公路和铁路）覆盖，一直是全球通信业界的一大挑战。高速铁路的速度更高，目前，全球运营的高速铁路包括德国的ICE、法国的TGV、西班牙的AVE和日本的新干线，最高运营时速约在200〜350km/h之间。而作为第一家采用磁悬浮技术建造的商用高速列车，上海磁悬浮列车最高时速可达到431km/h。

根据未来高铁的发展趋势和欧洲同类国家的运营状况，高铁覆盖方案应该能满足350km/h以上，最快达到450km/h的高速行驶要求。同时新型全封闭车厢对手机信号的衰耗在24dB之上。表1为我国高铁列车基本信息材料。

1 高速移动环境的特征

高速公路和高速铁路的覆盖目标是公路和铁路沿线的线性狭长地带和车站所在区域，既要面状覆盖又要链状覆盖。容量一般不是制约因素，最大限度的延伸覆盖才是主要目标。高速移动环境覆盖具有以下特征。

（1）沿线地形复杂、无线电传播环境恶劣；

（2）列车、机动车的快速移动，信号传播的连续性和可靠性至关重要；

（3）列车穿透损耗大：列车车身由金属包裹，屏蔽效应明显；

（4）话务量存在突发：对于高速公路，用户密度低，用户相对分散；对于高速铁路，用户分布在车厢内，沿线一般情况下话务量需求接近零，列车经过时话务量剧增。导致忙时话务量和闲时话务量差距明显，呈现明显的波动趋势；另外，枢纽地区用户密度高，区间用户密度低；

（5）线状覆盖：铁路线一般呈线状分布，因此铁路沿线的基站也呈线状分布，多普勒效应明显；

列车类型运营速度最高速度载客人数列车长度列车材质CRH1200km/h250km/h670213.5m不锈钢CRH2200km/h250km/h610201.3m中空铝合金车体CRH3330km/h380km/h暂无200.0m暂无

CRH5200km/h250km/h604205.2m中空铝合金车体

表1 CRH列车基本信息表

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（6）多普勒效应对基站的影响：当终端在运动中通信，特别是高速情况下，终端和基站都有直视信号，接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应，多普勒效应影响通信质量。对于WCDMA，多普勒频移偏恶化了相关性检测性能。快速移动使得快衰落的时间相关性变短，影响了快速功控的增益。在80km/h 速度以上，快速功控对网络质量甚至起到了负面作用。快速移动对平滑切换和重选提出了更高的要求。

2 高速移动环境覆盖所带来的挑战

高速运动中正常通信遇到的挑战有3个：穿透损耗、多普勒效应和快速切换。速度越快，影响越大，解决难度也越大，对技术的要求也越高。切换区域的设计对切换有非常重要的影响。切换区域过小就会因为无法满足切换时延的要求而导致切换失败。

2.1 穿透损耗

高速列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。一般情况下高速列车的穿透损耗约20〜30dB。

2.2 多普勒效应

高速覆盖场景对系统性能影响最大的效应是多普勒效应。在移动通信系统中，特别是高速场景下，这种效应尤其明显，多普勒效应所引起的附加频移称为多普勒频移，可用下式表示：

其中：θ为终端移动方向和信号传播方向的角度；v是终端运动速度；C为电磁波传播速度；f为载波频率，对于WCDMA，大约为2GHz。

在载波频率f、移动速度v固定的情况下，多普勒频移随着cosθ的变化而改变有关。另外，由于UE 根据接收到基站的信号频率校准发射频率，因此对于Node B而言将产生两倍的多普勒频移，因此进一步

表示f

d 为：

在用户移动过程中，多普勒频移随着用户位置的

变化而变化，图1为系统通信时的频移产生示意图。

图1 多普勒频移示意图

多普勒效应主要导致中心频率的偏移，当频率偏

移过大时，会导致解调符号产生较大相位偏差使得信道

估计不准确，以及出现基站与移动台的频率同步问题。

2.3 高速对切换的影响

在高速场景下对UE切换的性能会有较大的影响。

为保证用户无缝移动性及QoS，最基本的要求就是需

要保证用户通过切换区域的时间一定要大于切换的处

理时间，否则切换流程无法完成，会造成用户的QoS

下降甚至掉话。

假设切换区大小不变，速度越高终端穿越切换区

的时间越小。因此，当终端移动速度足够快，以至于

穿越切换区的时间小于系统处理软切换的最小时延时，

软切换流程将无法完成，进而导致掉话。

3 规划与组网方案

3.1 组网方式

针对高速移动场景的移动通信网络覆盖，目前通

常有两种组网形式：专网方式和大网方式。

专网组网即以专用网络覆盖所要解决的高速沿

线，专用网络与大网相对独立，除了在停车站台，候

车厅等旅客上下车和列车停留地方作为缓冲区与大网

相互允许切换外，沿线禁止与大网发生切换。除缓冲

区外，沿线覆盖组成一个带状覆盖区，覆盖车体经过

的区域。大网组网方式不单独考虑高速场景的覆盖，

与其它场景合为一体统一由室外宏蜂窝提供覆盖。

实际上两种思路在基础覆盖上的思路是相通的，

其覆盖设计标准基本相同，两者都要求形成简洁清晰

f d ＝×v×cosθ f

C

f d ＝

2·f·v2·t

C·v2·t2＋d2

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