城际铁路专网覆盖技术方案

排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -1- 中国移动通信集团吉林有限公司 2009年 12月 城际铁路专网覆盖技术方案 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -2- 2 目 录 二 专网建设的必要性分析 三 分布式基站建设方案 四 BSC设置方案 五 六 城际铁路建设背景 一 技术原理及解决方案 难点分析 七 投资估算 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -3- 3 一 城际铁路建设背景 全国铁路发展概况 吉林省高速铁路概况 高铁对无线网络影响 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -4- 4 城际铁路建设背景 之 2007年 4月 18日中国铁路第六次大提速 最高时速由 160公里提高至 250公里 ， 2008年月 1日开通的京津城际铁路最高时速更是高达350公里 ！ 主要路段： 京哈线（北京 -哈尔滨） 京广线（北京 -广州） 京沪线（北京 -上海） 京九线（北京 -深圳） 陇海线（连云港 -兰州） 浙赣线（杭州 -株洲） 兰 新 线 （ 兰 州 -乌鲁 木 齐 ） 广深 线 （广州 -深 圳 ） 胶济线 （ 济 南 -青岛 ） 武九 线 （武 汉 -庐 山） 宣杭 线 （宣城 -杭州） 成渝 线 （成都 -重 庆 ） 第六次铁路大提速后 ， 京沪 、 京广 、 陇海 、 浙赣 、 广深等干线时速达 200公里 ， 京哈 、京广 、 京沪 、 胶济线部分区段时速达到 250公里 。 至此我国铁路时速 120公里及以上线路延展里程达到 2.2万公里 ， 比第五次大提速增加 6000公里 。 其中 ， CRH高速铁路延展里程达到 6003公里 。 08年底 ， 全国铁路有 480列 CRH列车运行 ， 覆盖全国 17个省 、 直辖市 。 这意味着中国铁路将以此为起点 ， 将进入全新的高速列车时代 。 全国铁路发展概况 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -5- 5 城际铁路建设背景 之 吉林省高速铁路概况 长吉城际铁路 ， 于 2007年 5月 13日开工建设 ， 计划于 2010年通车 ， 通车之后 ， 长春到吉林之间乘坐火车仅需 30分钟 。 由长春站始发 ， 终点站为吉林站 ， 正线全长 109公里 ， 共设 7个车站 ,包括长春 、 龙嘉机场 、 新吉林站 、 吉林站 4个车站 ， 预留空港新城 、 西营城子 、 新梯厂 3个车站 ， 其中约 32%为高架线路 ， 设计时速 200公里 ， 预留 250公里 ， 总投资 86亿元 。 这条铁路建成后 ， 将极大地缩短两市之间的 时空距离 ， 使长春至吉林之间乘火车的时间由两小时左右压缩至分钟左右 。 目前长吉城际铁路桥墩全部浇筑完成 ， 已经从桥梁基础施工转入上部结构施工 。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -6- 6 城际铁路建设背景 之 吉林省高速铁路概况 哈大铁路客运专线是国家 “ 十一五 ” 规划的重点建设工程项目之一。 2007年 8月 23日正式开工建设，预计 2013年完全竣工，部分路段可能于 2010年左右完工并投入使用。客运专线全长 904公里，总投资额约为 980亿元。最高时速可达 350公里以上，开通平均时速 200公里。途径东北 3省 4个副省级城市和 6个地级市 23个站点。 我省境内 277.28公里，投资约 244.64亿元。省内共新建新扶余、新德惠、新长春、新公主岭、新四平等 5个站点。其中高架桥达 2/3以上，平均高度 4.2m,最高 22m，专线宽度 18m。目前，高架桥建设工程已完成 70%，铁路架设工程完成 60%，新车站正在建设之中。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -7- 7 城际铁路建设背景 之 高铁对无线网络影响 目前，国内运行在高速铁路上的列车类型主要有动车组列车、庞巴迪列车。下表为国内运营的四种动车组列车基本概况，其中 CRH1型动车组为庞巴迪列车。 列车类型 运营速度 最高速度 载客人数 列车长度 列车材质 CRH1 200km/h 250km/h 670 213m 不锈钢 CRH2 200km/h 250km/h 610 201m 中空铝合金车体 CRH3 330km/h 380km/h 557 200m 轻型铝合金 CRH5 200km/h 250km/h 604 205m 中空铝合金车体 不同型号动车组列车基本概况 : 根据测试统计，庞巴递列车穿透损耗为 20 30dB（典型值为 24dB），其他型号动车组及普通快客列车穿透损耗为 5 10dB。由于庞巴迪列车穿透损耗最大，因此在制定覆盖方案进行链路预算时，以庞巴迪列车 24dB的穿透损耗为基础进行计算，因为满足庞巴迪列车的覆盖要求，必然可以满足其他类型列车的覆盖要求。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -8- 8 城际铁路建设背景 之 高铁对无线网络影响 城际铁路吉林段运行的列车主要以 CRH列车为主，由于列车的高速移动以及列车的车体损耗大，对现有无线网络造成以下一些问题： 列车内场强弱，小区间重叠覆盖区域缩短； 用户通话接通率低，质量差； 切换频繁，掉话率高； GPRS/E-GPRS重选频繁，影响数据业务的使用； 位置更新频繁，信令负荷大。 中国铁路的快速发展，对铁路的 GSM网络覆盖提出了更高的要求！ 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -9- 9 目 录 二 专网建设的必要性分析 三 分布式基站建设方案 四 BSC设置方案 五 六 城际铁路建设背景 一 技术原理及规划方案 难点分析 七 投资估算 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -10- 10 一 技术原理及规划方案 AFC算法 高速频偏切换算法 网络辅助小区重选（ NACC）算法 规划方案 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -11- AFC算法 AFC（ Automatic Frequency Control）技术是一种针对快速移动场景设计的基站自动频率校正技术，该算法采用先进的自动频率校正技术，根据高速移动的特点，通过快速测算基站和终端无线链路的比特流，自动校正两者的频率偏差，从而补偿高速移动下产生的多普勒频移。 AFC算法以帧为单位，进行频偏计算和补偿，在高速场景下能够有效改善上行接收质量，提升用户感受。 AFC在上海磁悬浮列车的测试结果。 由上图可以看出：在高速场景中， AFC算法能够有效改善上行接收质量。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -12- 高速频偏切换算法 1. 利用多普勒效应判断移动台的移动方向和移动速度。 2. 根据终端移动速度判断是否发起快速频偏切换。 3. 取消初始切换时间的限制，减少判决时间，加快切换速度。 4. 引入 指数滤波，更好的反映变化趋势 。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -13- 网络辅助的小区重选 NACC 手机在决定进行小区重选之前，会向 BSC发送 PACKET CELL CHANGE NOTIFICATION消息，其中携带有目标小区的 ARFCN和 BSIC信息。如果服务小区支持 NACC， BSC收到 PACKET CELL CHANGE NOTIFICATION消息后，将判断目标小区是否支持 NACC，如果目标小区支持 NACC，则向手机下发目标小区的系统消息 SI1， SI3， SI13 。 NACC算法在邢台高铁试验局测试 结果：重选时间由 2390ms缩短到 290ms。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -14- 14 一 规划方案 邻区表配置和频率规划原则 切换位置及位置区边界设置 容量预算 高铁小区覆盖方案 站间距设计 塔高设计 铁塔距轨道距离 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -15- 规划方案 之 邻区表配置和频率规划原则 在可满足与周围大网切换需求的前提下，公网改造方案应尽量简化 BA2表，以便减少需要监听的邻区 BCCH数量，缩短监听周期。监听周期过长将造成小区重选、切换的滞后，严重影响网络性能 高铁覆盖的频率规划需要结合大网进行统一规划，尽量使用备用频点或其他专用频点，为降低铁路沿线的频率复用度，减少干扰，可以考虑铁路沿线两侧的其他站点适当清频，改用 1800MHz的频点进行覆盖。 考虑铁路部门日后对 E频段的使用，为了减小干扰，建议铁路附近的基站尽量不要使用 E频段附近的频点。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -16- 规划方案 之 切换位置规划 当列车停在相邻小区的边界处时，有可能会发生“乒乓”切换，也就是说，由于无线信号衰落的变化，在两个小区间会发生多次切换。因此，切换区域应该远离车站等列车经常停靠的地方或是无线信号衰落极为严重的地区 规划方案 之 位置区边界规划 位置区边界设置在话务量很少的地区。 位置区边界小区应尽量多配置 SDCCH信道，满足列车通过时大量的位置更新对SDCCH信道的需求。 配置动态 SDCCH信道，满足信令信道的应急需求。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -17- 规划方案 之 容量预算 列车类型 高速列车（单组） 列车满员数量 557 手机持有率 100% 运营商市场占有率 70% 人均忙时话务量（ Erl） 0.015 最大话务量（ Erl） 27 72 1%呼损信道数量 38 PDCH信道数量 4 载频数量（ TRX） 6 建议采用 O6的小区配置 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -18- 规划方案 之 高铁小区覆盖方案 单小区双方向是铁路覆盖的最优方案（如下图）。这样，不但采用高增益天线增加了覆盖范围，又减少了切换次数，虽然每个方向上额外增加了 3.5dB的功分器衰减，但总覆盖距离增加了约 50%。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -19- 规划方案 之 站间距规划 在甬台温高铁进行 900MHz信号传播模型矫正测试，得到车外电磁波传播模型： Loss=31+28.92*log（ d） -0.42*log(d)*log(h) d：基站与机车台的距离（ m） h：基站天线高度（取 20m） 在此模型基础上增加 25dB车体损耗，得到京沪高铁的车内传播模型： Loss=56+28.37*log（ d） 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -20- 规划方案 之 站间距规划 切换时间主要由切换统计时间组成，切换过程为 200 300ms，切换统计时间一般设置为 2s，切换重叠区宽度按照 6秒进行设计。如下图所示 6秒的切换重叠区能够满足 10秒的重选要求。 按照车内覆盖电平大于 -85dBm进行设计。 站间距 =单扇区覆盖距离 2重叠区宽度 1.5km 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -21- 规划方案 之 天线挂高设计 天线选用 21dbi天线，水平波瓣宽 30度 天线挂高 20m，下倾角设置为 5度，最远覆盖距离 1.5km 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -22- 规划方案 之 铁塔距轨道距离 不同 d值下的 sin D 30M 50M 100M 0 0 0 0 30 0.707107 0.514496 0.287348 50 0.857493 0.707107 0.447214 100 0.957826 0.894427 0.707107 200 0.988936 0.970143 0.894427 300 0.995037 0.986394 0.948683 400 0.997199 0.992278 0.970143 500 0.998205 0.995037 0.980581 600 0.998752 0.996546 0.986394 700 0.999083 0.997459 0.989949 800 0.999298 0.998053 0.992278 900 0.999445 0.99846 0.993884 列车距离铁塔 100米以内时，铁塔与铁轨的距离对频移影响明显。 铁塔距离铁路过远容易吸收公网用户 建议铁塔距离铁轨 50m左右 。 多普勒频移公式 F频移 v/*sin V：车速， m/s ：波长 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -23- 23 目 录 二 专网建设的必要性分析 三 技术原理及规划方案 二 BSC设置方案 五 六 城际铁路建设背景 一 难点分析 七 投资估算 分布式基站建设方案 四 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -24- 专网建设的必要性分析 高速列车迅速穿越小区，导致用户频繁切换 新型动车车厢穿透损耗很大 常规覆盖模式重叠区不足 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -25- 专网建设的必要性分析 之 频繁切换 公网小区沿铁路覆盖距离短稳定性差，手机切换（重选）到骤强小区，由于不能及时切出容易导致掉话。专网小区沿铁路覆盖距离长，信号强度高，更适合覆盖列车内的用户。 高速列车用户在常规小区中只能驻留十几秒，为保障业务的连续性，手机必须频繁切换或重选。不同车速下，手机在常规小区中驻留的时间如下表所示。 列车行驶速度（ km/h） 穿越单个小区所用时间（ s） 150 24 200 18 250 14.4 300 12 350 10.3 400 9 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -26- 专网建设的必要性分析 之 车厢穿透损耗大 新型动车组穿透损耗远大于传统列车，这也导致车内覆盖下降，重叠区不足。不但影响正常切换，而且通话质量大幅下降。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -27- 专网建设的必要性分析 之 重叠区不足 重叠区要以重选时间要求进行设计。协议规定邻区的 C2值高于服务小区的 C2值连续 5s触发重选 两小区重选重叠区长度应保障列车 10s运行时间。 由于动车穿透损耗增大，公网的重叠宽度不能保障 10s的重叠覆盖，高速用户经常出现掉话和脱网。不同车速下所需重叠覆盖区宽度如下表所示 列车行驶速度（ km/h） 6s重叠覆盖距离（ m） 10s重叠覆盖距离（ m） 150 250 417 200 333 556 250 417 694 300 500 833 350 583 972 400 666 1111 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -28- 高铁用户是移动通讯覆盖的新领域。其运动速度快，覆盖强度低，用户感受差，覆盖高速铁路有利于树立良好的服务品牌。 常规基站在信号强度和切换秩序上都无法满足高速铁路的覆盖需求。 铁路专网结构简单，稳定性高，是最有利的高铁覆盖解决方案。 小结 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -29- 29 目 录 专网建设的必要性分析 三 分布式基站建设方案 二 BSC设置方案 五 六 城际铁路建设背景 一 难点分析 七 投资估算 分布式基站建设方案 四 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -30- 30 一 分布式基站建设方案 高铁覆盖专有技术 市区覆盖方案分析 专网组网方案 分布式基站简介 远距离供电方案 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -31- 分布式基站建设方案 之 专有技术 BBU BSC TRAIN RRU RRU RRU 1.5km 1.5km 1.5km RRU RRU 1.5km 1.5km subsite0 subsite1 subsite2 subsite3 subsite4 subsite5 RRU 普通的覆盖方案，一个物理站点的有效覆盖距离在 1.5公里左右，时速 300Km的列车通过只需要 18秒，而完成两次切换的时间就需要 78秒的时间，切换过于频繁，网络体验下降。 RRU共小区：归属于同一个 BBU的不同物理位置的 RRU，可以配置为相同配置的同一个小区，包括载波的频点、数量，其功率可以根据不同应用场景微调，列车经过同一个小区的多个位置时无切换，提高质量。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -32- 普通覆盖方式， 7次切换 共小区覆盖方式， 2次切换 cell3 cell5 cell4 cell2 cell6 cell1 cell7 handover handover handover handover handover handover cell8 handover cell2 cell2 cell2 cell2 cell2 cell1 cell2 handover cell3 handover 分布式基站建设方案 之 专有技术 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -33- 分布式基站建设方案 之 市区覆盖方案 在铁路围墙内建设专网 利用现有公网覆盖铁路 利用现有站址建设专网 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -34- 市区覆盖方案 之 在铁路围墙内建设专网 利用铁路围墙和铁路周边建筑物作为天然屏障，建立矮塔或在墙上设置抱杆建设专网。 专网和公网重叠区很小，两者不作邻区关系。 在火车站处建设室分系统，组网和室分系统建立邻区关系。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -35- 市区覆盖方案 之 利用现有公网覆盖 对现有公网进行功分小区设置，简化邻区关系，优化频率，覆盖铁路用户 。 适合既有铁路，站址协调困难，当地用户多的场景。 市区覆盖方案 之 利用现有站址建设专网 专网站址采用现有基站铁塔，对原小区进行适当 RF调整。 专网信号和公网信号重叠严重，切换秩序很难保证。 在新建火车站，周边开阔切用户较少的地区可以使用。 哈大和长吉铁路进入市区后周边用户密集，建议长春市、吉林市采用原网结构覆盖。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -36- 分布式基站建设方案 之 专网组网方案 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -37- 分布式基站建设方案 之 专网组网方案设备数量 在哈大、长吉高铁规划时充分考虑了现有公网铁塔的可利用性，对距离铁路 150m以内的既有站址加以利用。 位置区边界新建公网基站，防止 SDCCH冲击 。 BBU RRU 边界新建公网基 站 边界利旧公网基站 RRU利旧公网基站 长吉长春段 6 34 2 2 3 长吉吉林段 6 30 2 0 3 哈大长春段 11 62 4 0 3 哈大抚余段 4 23 4 0 0 哈大四平段 12 67 4 0 8 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -38- 分布式基站建设方案 之 分布式基站简介 CPRI BBU RRU APM30 华为 GSM 分布式基站系 统 DBS3900 由以下子系 统组 成： 1. 电源系统，一般是 APM30，内置 AC/DC以及提供蓄电池备电；无备电场景， 2. BBU模块，内置主控传输模块 GTMU，可以提供 6个 CPRI光口，支持 RRU拉远，每个 CPRI端口支持 3级 RRU级联； CPRI速率 1.2288Ghz，容量大，可以支持新特性开发 3. RRU，射频拉远模块。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -39- 分布式基站建设方案 之 分布式基站简介 哈大、长吉铁路建议采用 O6配置，发射功率40dBm/TRX 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -40- 分布式基站建设方案 之 远距离供电方案 铁塔支架 APM30电源柜 ， 下面是蓄电池柜 。 供电方案 BBU插入不同的电源模块 ， 支持 -48V或者 24V电源输入 。 默认配置支持 -48V电源输入 。 DBS3900 RRU支持 220V AC、 110V 双火线 、 48V DC输入电源解决方案 。 交流 RRU不能上铁塔 ， 可以安装在电线杆和简易发射架上 ， 这种情况下要求交流电源线必须通过穿室外 PVC套管进行保护 ， 减少安全隐患 ， 降低人为安全风险 。 直流 RRU可上塔 ， 必须提供 -48V电源 ， -48V电源线长度可支持 100m， 如果是铁塔 ， 塔下有机房 ，能够提供 -48V电源 ， 可以采用这种方式 。 如果塔下没有机房 ， 可以采用室外型电源柜来提供 -48v直流电源 ， 同样直流电源柜与直流 RRU之间距离要求在 100米以内 。 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -41- 集中供电系统 集中供电系统 RRU 输电线缆 光纤线路 逻辑框图 近端开关电源设备 近端逆变转换设备 RRU 传输和电力综合线路 直流电 BBU BSC 市电 CPRI光纤 分布式基站建设方案 之 远距离供电方案 BBU主控传输单元 开关电源 220V 48V/24V；电池充电， BBU、传输供电； 逆变器 24V/48V到 220V转换 集中供电系统 RPU 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -42- 站型 O2 O2 O4 TOC 30W 20W 20W 最大功耗 (W) 230 200 420 铜芯线 2.50 3190 3668 1747 5.00 6379 7336 3493 10.00 12758 14672 6987 16.00 20413 23475 11179 25.00 31895 36680 17466 铝芯线 2.50 1998 2297 1094 5.00 3995 4595 2188 10.00 7991 9189 4376 16.00 12785 14703 7001 25.00 19976 22973 10940 分布式基站建设方案 之 远距离供电方案拉远距离 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -43- 分布式基站建设方案 之 铁塔选型 铁塔选型： 由于高速铁路建设工程是国家十一五重点形象工程，所以在铁塔选型方面也应该考虑实用、美观等因素，建议以单管美化铁塔为主。 但各路段轨面高度不同，限于美化塔的高度问题，及综合考虑共建共享的需求，本期工程推荐以单管美化塔为主，辅助以四角角钢塔的建设方式。 具体要求见下表： 如果美化塔需要共建共享，则在铁塔发货前，铁塔厂家需要与建设单 位确认好铁塔平台数、铁塔需安装天线数及天线的挂高等技术参数！ 序号 铁塔高度 铁塔类型 1 大于 50米 四角角钢塔 2 小于等于 50米 单管美化塔 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -44- 分布式基站建设方案 之 天线选型 位置区边界基站兼顾到铁路周边的覆盖功能，建议采用普通 6518天线。 除位置区边界外，为了减少专网对周边公网的影响，建议采用窄波瓣高增益天线，具体参数如下 工作频率 (MHz) 824 960 阻抗 () 50 增益 (dBi) 20.5 功率容量 (W) 500 驻波比 1.4 极化方向 45 交叉极化 水平面波瓣宽度 32 4 净重 (kg) 50 支架重量（ kg） 3 体积 (mm) 2500 600 120 抱杆直径 (mm) 50 110 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -45- 45 目 录 专网建设的必要性分析 三 分布式基站建设方案 二 BSC设置方案 五 六 城际铁路建设背景 一 难点分析 七 投资估算 分布式基站建设方案 四 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -46- BSC设置方案 考虑到计费和维护方便等问题，建议按照地级市划分 BSC，网络结构如下图所示 排版 : /webmoney 城际铁路专网覆盖技术方案 企业机密 严禁外传 -47- 47 目 录 专网建设的必要性分析 三 分布式基站建设方案 二 BSC设置方案 五 六