GSM网络优化：高速铁路覆盖技术方案知识讲解.ppt

1 哈大 长吉城际铁路吉林段专网覆盖技术方案 中国移动通信集团吉林有限公司2009年12月 2 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 3 目录 技术原理及规划方案 投资估算 4 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 AFC算法 AFC AutomaticFrequencyControl 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 高速频偏切换算法 利用多普勒效应判断移动台的移动方向和移动速度 根据终端移动速度判断是否发起快速频偏切换 取消初始切换时间的限制 减少判决时间 加快切换速度 引入 指数滤波 更好的反映变化趋势 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PACKETCELLCHANGENOTIFICATION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PACKETCELLCHANGENOTIFICATION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 8 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 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 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 规划方案之容量预算 建议采用O6的小区配置 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 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 得到高铁的车内传播模型 Loss 56 28 92 log d 0 42 log d log h 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 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 规划方案之铁塔距轨道距离 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 17 目录 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 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 lkm 中驻留的时间如下表所示 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 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 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 23 目录 24 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 分布式基站建设方案之专有技术 TRAIN RRU RRU RRU 1 5km 1 5km RRU RRU 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7 8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 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 切换重叠区的设计 新 27 GSM R网络共存 28 GSM R和GSM存在交调干扰和杂散干扰 运营商建设专网时必须配套滤波器 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 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 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 分布式基站建设方案之专网组网方案 考虑到容量受限的问题在野外可使用6个位置组共小区在市区建议使用3 4个位置组共小区 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 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 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RRU 射频拉远模块 分布式基站建设方案之分布式基站简介 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 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 37 目录 难点分析之位置区边界设计 列车在3 5秒内穿过位置区边界 强制列车上所有用户在极短时间内进行位置更新 瞬时产生大量SDCCH信道请求和拥塞 严重影响呼叫建立成功率 实际测试得知 当位置区边界小区配置180个SDCCH子信道时 每小时SDCCH拥塞次数还能达到1000次以上 单独小区在位置区边界无法应对SDCCH的冲击 所以建议采用如下结构新建两个公网基站应对SDCCH冲击