高铁LTE网络覆盖精细化规划及优化探究论文_潘英莉

中国移动通信集团广东有限公司清远分公司

摘要：高铁已经成为承载大客流量的重要交通工具之一，未来几年新增高铁里程仍然保持一定的增长速度。高铁覆盖具有车速快产生的多普勒频移量大、车厢穿透损耗高、用户量突发等特点。在规划时应采用专网覆盖的方式，选择合理的站址、设计合理的小区合并方案、规划充足的容量资源，打好网络基础。建成后应用多普勒频移补偿算法、做好公专网协同优化、做好容量监控及保障，全方位提升网络质量和用户感知。

关键词：高铁；覆盖：LTE；规划；优化；容量

1 引言

到2016年底，中国高铁里程达到2.2万公里，根据我国《中长期铁路网规划2016-2025》，到2020年高速铁路长3万公里，里程增加36%，到2025年，高速铁路3.8万公里，里程增加73%，高铁主干网从“四纵四横”扩展到“八纵八横”。高铁已经成为我国承载大客流量的重要交通工具之一，然而由于高铁车速快、车厢密闭、用户量突发等特殊性，高铁的网络覆盖却存在着较多的问题，探究LTE高铁网络覆盖规划及优化方案有重要的意义。

2 高铁移动通信网络特点

高铁最明显的特点是车速快，它将使高铁移动通信网产生多普勒频移量大、小区切换频繁、脱出专网后难恢复等问题；其次，高铁车厢密闭，对高铁移动通信网产生穿透损耗高的问题；最后，高铁的客流量集中，导致高铁移动通信网络用户量突发，引发容量受限的问题。本文将对这三类特点分别进行探讨。

2.1 高铁车速快

2.1.1 多普勒频移量大

国内高铁的运行速度普遍为300公里/小时，在高速移动下的手机终端产生的多普勒频移不可忽视。多普勒频移会破坏载波间的正交性，直接影响接收机解调性能，影响小区重选、小区切换等，进而影响用户感知。多普勒频移计算公式如下：

2.1.2 小区切换频繁

若按公网的组网方式，单天线归属单小区，由于单天线的覆盖半径有限，车速快将导致小区频繁切换。假设列车以300km/h速度运行，单天线覆盖距离最大达到800m，则列车每10s左右将进行一次小区间切换，如图2所示。频繁的小区切换将极大降低网络的性能，切换失败则容易导致掉线甚至业务中断。目前各设备厂商都支持小区合并功能，为此，为了减少切换，需根据设备能力，进行小区合并的规划，并做好小区切换带的优化。

2.1.3 脱出专网后难恢复

高铁由于车速快，且穿梭的环境复杂多变，对弱覆盖、干扰等造成的影响十分敏感，导致容易脱出专网，脱出专网后由于车速过快，在公网小区覆盖间频繁重选或切换，覆盖波动大，难以测量到稳定的信号返回专网，造成手机终端长时间信号差的问题，严重影响用户感知。为此，需要重点开展公专网的协同优化，做好邻区优化、降低干扰等。

2.2 车厢穿透损耗高

高铁列车是全封闭的车厢，车身由铝合金和不锈钢材质组成，车窗采用特种材质制成，损耗比普通列车大幅增加。目前国内高铁列车的主要车型有CRH2、CRH3、CRH5、CRH380AL、CRH380BL等，损耗15dB-32dB不等，如表2所示。而现网运行的列车大部分车型损耗是30dB左右，高铁运行性能要求越来越高，预计未来更多地采用高车损的列车。为此，规划时因计算车损为30dB左右。

2.3 用户量突发

铁路沿线一般情况下已有公网覆盖，而无公网覆盖的郊区只有少量的用户占用专网，专网小区平时用户量极低，但是列车经过时用户量剧增。根据不同车型，高铁各类车型能容量的最大人数如下表3所示。按照16节车厢计算，一般高铁车体总长约330米，而小区合并后的高铁小区一般覆盖范围平均为2.5km，因此可以认为整辆高铁全部人员均分布在同一小区，考虑极限情况下的最大人数为1244人；再考虑会车情况，一个小区总计最大人数为2488人。过多的用户接入将导致用户平均分配的资源降低，甚至由于小区超负荷时将限制部分用户接入，影响用户感知。因此，在进行规划时需对容量进行测算，并在建网后做好容量监控及保障。

3 高铁LTE覆盖规划

高铁车厢穿透损耗高的特点，使得在LTE网络规划过程中对站点规划要求更加严格，本文将从隧道外、隧道内、隧道口的规划进行仔细研究。小区切换频繁的特点，需利用设备厂家小区合并功能并设计合理的小区切换方案，本文重点从小区切换带的规划进行研究。用户量突发的特点，容易导致容量受限，本文将从用户容量估算的方法进行研究。

3.1 隧道外站址规划

3.1.1 站轨距

站轨距即基站到高铁轨道的垂直距离，与入射角有关。由于车厢密闭，车内覆盖需穿透车厢进入车内，因此入射角的大小将影响穿透损耗。根据试验结果，入射角越小，穿透损耗越大，如图3所示。