浅谈高速铁路的CDMA网络规划

　　【摘要】文章对高速铁路CDMA网络规划的特殊性、目标及思路进行了初步探讨，对高速铁路CDMA覆盖网络规划中的需注意问题提出了建议。
　　
　　【关键词】高速铁路，CDMA，网络规划
　　
　　截止2010年底，我国高速铁路运营里程达到8358公里，在建里程1.7万公里，位居世界第一。“十二五”期间，我国仍将继续大力发展高速铁路，并逐渐形成全国性高速铁路网络，高速铁路将成为旅客日常出行的主要方式。实现对高速铁路的全程无线覆盖，为高铁旅客提供无缝通信服务，成为电信运营商重点关注的问题之一。本文针对高速铁路CDMA网络规划的特殊性、目标及思路进行初步探讨，对高速铁路CDMA覆盖网络规划中需注意问题提出相关建议。
　　
　　1高速铁路网络规划特殊性
　　1.1车体穿透损耗
　　高速铁路车厢为满足高速行驶的需要，采用了密闭的箱体设计，具备更高的车体穿透损耗。国内几种常见的高速铁路列车车厢垂直穿透损耗值，以CRH1型庞巴迪列车为最大，达到24dB，在高速铁路网络规划中，应采用该车型的垂直穿透损耗值为参考，进行高速铁路覆盖的链路预算。
　　1.2高速运行所导致的多普勒频移
　　目前高速铁路设计时速在200～350公里之间，高速运行列车将导致多普勒效应。目前CDMA基站所使用的高通CSM6700、6800芯片所能容忍的最大频移值为1440、960Hz，根据多普勒频移公式计算可允许的列车最大运行速率为972、648公里/小时，可见目前CDMA基站主设备能满足列车高速运行的覆盖要求。
　　1.3复杂的地形地貌
　　我国地域幅员广阔，地形复杂多样，高速铁路呈线状分布，经过平原、丘陵、山区等具有鲜明地貌特点的区域，还需要经过城区车站、长短隧道、隧道群、高架桥等各类差异很大的地形区域，无线网络规划更具复杂性。
　　
　　2高速铁路网络规划目标
　　高速铁路CDMA网络规划，包含覆盖和容量两大目标。
　　高速铁路沿线覆盖效果的评判，1X语音业务和数据业务前向以Ec/Io指标为主，信号电平的强弱为辅进行；反向则以移动台发射功率进行。各项具体指标详见下表：
　　表11X业务覆盖门限指标
　　地区类型 反向手机发射功率（≤dBm） 前向手机接收功率（≥dBm） Ec/Io（≥dB）
　　密集城区和一般城区 15 -90 -12
　　农村和郊区 20 -94 -12
　　在进行高速铁路网络覆盖规划时，应满足以上各项业务覆盖门限指标要求。
　　高速铁路的容量规划目标，应根据当地高速铁路客运特点、列车承载能力和用户业务模型等关键性指标制定，满足当前和近期高速铁路用户容量需求，并作一定的容量预留。例如根据武广高铁所公布的数据，武广高铁目前主要采用了CRH2C和CRH3两种车型，这两种车型在双组重联的情况下，每列最大载客量约1200人(M)。武广高铁设计时速为350公里(V)，最小行车间隔为5分钟（T）。武广高铁轨道建设采用了复线双轨的方式，可同时反向运行两列列车。如武广高铁沿线某基站的覆盖范围为1000米(S)，由于VT=29166米远大于基站覆盖范围S，说明在同一时刻该基站覆盖范围内不可能出现两列行驶在相同轨道的列车。取CDMA用户占全车旅客人数的20％(Q)，用户忙时语音话务模型为0.02Erl（A），则该基站可能出现的最大语音话务量需求为2MQA=9.6Erl。
　　
　　3高速铁路网络规划思路
　　为便于对高速铁路规划思路进行分析，根据高速铁路沿线地形地貌的特点，将高铁经过区域细分为密集和一般城区、郊区和农村类平原地区、丘陵山区、隧道、桥梁、车站六种类型。
　　3.1密集和一般城区
　　密集和一般城区的主要特点是普遍地势平坦，密集城区和一般城区一般已进行基站建设，基站间距小于1公里。市区内大部分区域无线信号较强，个别区域因为深度覆盖或者阻挡原因，会存在弱区、盲区。同时，市区内信号较多，需防止导频污染的产生。
　　对于经过密集城区和一般城区的高速铁路，首先对高铁沿线现网站点进行覆盖优化，调整工程参数和网络参数对高速铁路沿线进行主导频覆盖。对于无法兼顾高速铁路和城区覆盖的现网站点，可采用功分信号、小区分裂、增加天馈系统等方式合理调整，兼顾高铁和大网覆盖。对于城区中个别因地形、建筑物阻挡导致的沿线覆盖弱区和盲区，采用RRU拉远、补充建设宏基站等方式，实现对弱、盲区的良好覆盖。
　　以上三种覆盖高速铁路的方式，由于城区基站较密，需合理选择和控制高速铁路沿线覆盖的主导频，防止过多基站对高铁同时覆盖，引起导频污染。
　　3.2郊区和农村类平原地区
　　郊区和农村类平原地区，其主要特点是郊区和农村乡镇地区较多，人口分布较分散，相邻基站间距普遍在1公里以上，基站呈现广覆盖方式，部分区域边缘覆盖较弱，或出现一定的覆盖盲区。
　　由于该区域的基站间距较大，考虑到高速铁路列车的车体穿透损耗较大，远距离的基站信号将不足以覆盖列车车内，建议该区域的基站间距控制在2～4公里之间。
　　该区域的高速铁路，除利用沿线现网站点进行覆盖外，还需在沿线覆盖弱区和盲区新建基站，或新建RRU基站等方式，加强对高速铁路的覆盖。
　　在进行沿线现网站点调整及新建站点规划时，应注意以下几个因素：
　　（1） 基站呈“之”字形分布
　　目前高速铁路均采用复线铁轨方式，为能够更好兼顾复线铁轨的来往列车覆盖要求，建议基站采用“之”字形两边分布于高速铁路两侧的方式。
　　（2） 基站建设在弧形弯的内侧
　　高速铁路部分路段呈现弧形弯轨形式，为保证对弧形弯道的良好覆盖，基站应建设在弧形弯的内侧。
　　（3） 基站建设应考虑掠射角的因素
　　掠射角的定义为基站天线主瓣方向和铁路铁轨之间的夹角。根据实际测试经验，掠射角越小，列车穿透损耗就越大。在进行高速铁路沿线新建站规划时，建议件掠射角控制在10度以上，以达到良好覆盖的目的。
　　3.3丘陵山区
　　丘陵山区的主要特点是地形高低起伏不定，由于地形阻挡导致覆盖弱区、盲区较多。该区域内由于人口分布稀疏，现网基站数量非常少，站间距非常大。
　　对于该区域的覆盖规划，建议采用RRU拉远、直放站等方式进行补盲，通过同PN小区、光纤直放站等方式，形成线状覆盖小区，减少频繁切换。
　　3.4隧道
　　根据高速铁路的隧道特点，可将隧道分为短隧道（无设备洞室）、长隧道（长度在500米以上，有设备洞室）和隧道群（隧道间距在1公里以内的）。隧道内一般采用泄露电缆进行覆盖，泄露电缆的高度应保持和高速铁路列车车窗中部平行，以便实现对车厢内的良好覆盖。通常在隧道口还建设外引天线，将隧道内信号引出隧道外，实现隧道内外信号的无缝切换。
　　对于短隧道和长隧道，建议采用RRU、光纤直放站等设备，通过拉远方式，实现对隧道及隧道外延伸区域的覆盖。短隧道的信源设备，建设在短隧道口外附近区域；长隧道的信源设备，可建设在隧道内的设备洞室中。
　　对于隧道群各隧道之间的室外部分，可采取挂装室外漏缆的方式覆盖，或者采用两边隧道洞口天线对打的方式解决。无论采取何种覆盖方式，均应将隧道内、外各信号进行同小区设置，避免因切换不及时所导致的掉话。
　　3.5桥梁
　　对于短距离的桥梁，建议采取新建宏基站、RRU射频拉远、光纤直放站等方式进行补盲覆盖。对于超长距离的过江、过海特大桥梁，建议采取挂装室外漏缆的方式进行覆盖。
　　3.6车站
　　对于高速铁路沿线的小车站，由于客流量不高，建议采用室外现网宏基站，或者新建室外宏基站的方式进行覆盖。
　　对于高速铁路关键枢纽站，由于车站面积大，结构复杂，建议建设室内分布系统进行覆盖。在进行室内分布系统规划时，需考虑高铁沿线覆盖区域和车站室分覆盖区域之间的切换问题。
　　4高速铁路网络规划其它需考虑的问题
　　由于高速铁路和城市其它基础设施建设相比，存在一定的特殊性，因此在进行高速铁路覆盖网络规划时，还需注意以下一些特殊因素：
　　（1） 铁路沿线基站规划应注意铁道部门关于“倒杆距”的相关规定。
　　根据铁道部门的规定，铁道红线两侧建设的杆塔等设施，应满足“倒杆距”的要求，即从杆塔建设点到铁路轨道中心线的距离应大于杆高加上12米，以保证铁路行车安全。在进行新建站杆塔高度规划时，应考虑这个限制因素。
　　（2） 铁路沿线基站应保持和铁路GSM-R调度系统的良好隔离度。
　　由于高速铁路采用了GSM-R行车调度系统，高速铁路沿线建设了相关的GSM-R无线基站。在进行新建基站规划和建设时，应确保和沿线GSM-R基站保持足够的隔离度，以免干扰铁路无线调度系统的运行。
　　（3） 铁路红线内的设备规划，应预先考虑后期维护困难的问题。
　　为了实现对高速铁路全程无缝覆盖，部分公网设备必须安装在铁路红线内。由于铁路红线内行车安全的严格要求，进入红线内进行设备维护的难度非常大。在这种情况下，如何尽量减少铁路红线内设备维护次数，防止某个设备出现故障而导致全线瘫痪的情况发生，是在网络规划时需预先考虑的问题之一。