陕西联通西宝高铁3G网络的规划与建设

张伟东

【摘要】 本文主要是陕西联通宝鸡分公司针对西宝高铁宝鸡段沿线WCDMA网络大胆采用创新型的规划与建设手段，分别从勘察测试、理论分析、网络规划、网络建设优化等方面入手，最终成功的实现了西宝高铁宝鸡段信号的全覆盖。

【关键词】 3G WCDMA RSCP 基站 网络 规划 覆盖

一、概述

本文主要是陕西LT宝鸡分公司为解决高速列车环境下多普勒频移、车体穿透损耗、高要求的重选和切换、覆盖区域地形的多样性等问题，结合实际情况制定了相应的规划建设方案。通过对高铁的大量理论分析、测试数据分析，总结出规划建设策略以及针对不同环境形式多样的优化手段，最终成功的实现了西宝高铁宝鸡段沿线WCDMA信号全覆盖。以下3G均指WCDMA网络。

二、西宝高铁介绍

西宝高铁全线共设西安北站、咸阳站、杨陵站、岐山站、宝鸡站五个车站。全长162公里，设计时速350公里，宝鸡市境内74公里，全线新设3处车站，即杨凌站、岐山站和宝鸡站，桥梁19座，隧道一条。

三、高铁覆盖的特性与难题

高铁带来的通信挑战主要有以下四点：多普勒效应、快速切换难题、密闭车厢、复杂的无线环境；

3.1多普勒效应对通信性能的影响

多普勒频移是指随着移动物体与基站距离的远近，合成频率会在中心频率上下偏移的现象。高速移动的手机产生较大的多普勒频偏，频偏对通信性能有影响。

当移动物体和基站越来越近时，频率增加，波长变短，频偏减小，频偏的变化增大；

当移动物体和基站越来越远时，频率降低，波长变长，频偏增大，频偏的变化减小；

高速移动的乘客频繁改变与基站之间的距离，频移现象非常严重；

运动速度越快影响越大； （图1和表1 ）

3G载波频段约为2.1GHz，移动台以300km/h 的速度运动时，当用户移动方向和基站信号传播方向的夹角为0或180度时，终端接收信号的上行信号最大频移约为1189Hz，上行信号的频移，对基站上行接入、容量和覆盖有较大影响。

3.2小区变更频繁对通话持续性的影响

高铁列车最高时速达到300Km，快速移动导致信号的快速衰落，普通切换时延及门限会发生频繁切换、乒乓切换、切换失败率高以及大量的切换掉话问题。

3.3密闭车厢穿透损耗大

高速列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗，且不同车体对无线信号的穿透损耗差别很大。

3.4覆盖目标区域地形多样

覆盖目标区域地形多样：铁路呈线状分布，经过的地域有密集的城区、宽阔的农村地貌、丘陵、隧道、高架铁路桥、凹陷的U形地堑等各类差异很大的地形。

四、西宝高铁规划方案

针对高铁网络规划、建设、优化中遇到的上述难点，从网络规划设计、网络建设、覆盖优化等方面入手，制定了“增强总体覆盖效果、三快两慢（快切换、快重选、快接入；链路删除慢、压缩模式启动慢）”的总体优化策略。

西宝高铁建设覆盖目标：高铁沿线火车车厢内（CRH3车型）无线信号强度和质量应满足iphone、三星等明星终端长呼测试要求：

无线覆盖率及无线信号场强：

（1）线覆盖率：覆盖高铁沿线90%路段.（2）列车车厢内无线信号场强：3G CPICH 信号强度≥-90dBm

3G连续覆盖指标：CS64kbps业务连续覆。

小区平均吞吐率指标：3G小区应提供HSPA数据业务覆盖，小区HSDPA平均吞吐率≥1Mbps。

4.1垂直站距配合新设备减少多普勒效应

针对高铁的多普勒效应，从网络规划设计的角度一定程度的从物理上减小多普勒效应的影响。

基站距铁路线较近时，列车与基站的相对位移速度变化较大，频偏大；为了减少多普勒频移对网络性能的影响，基站位置离铁路线垂直距离保持在800～1000m且视距范围内无阻挡。使用新型基站设备，载频模块中集成了增强型的信道均衡器来提高3G对移动速度的适应，解决快速移动下频移导致的解调误码，所以西宝高铁基站与铁路线垂直距离可降低至200-400m。

4.2 3G链路预算计算站点数

3G系统使用的是2100MHz频段。通用的传播模型仍然适用于2100MHz频段，只是需要进行相应的模型校正，宏蜂窝用的传播模型是通用模型，具体如下：

Path_Loss=K1+K2log（d）+K3（Hms）+K4log（Hms）+K5log（Heff）+K6log（Heff）log（d）+K7 Diffraction Loss）+Clutter_Loss

k1 衰减常数 k2 距离衰减常数

k3、k4移动台天线高度修正系数

k5、k6基站天线挂高修正系数

k7 绕射修正因子 C_loss 地物衰减修正值

d 接收机和发射机距离 Hms 移动台天线有效高度

Heff 基站天线有效高度

链路预算：

天线增益21dBi 天线有效挂高30米

站址垂直轨道距离200米 边缘覆盖概率：85%

阴影衰落余量：8.29dB 上/下行负荷：50%/75%

列车穿透损耗：开阔地取24dB 单载波功率：40W

单站覆盖距离在单RRU功分和双RRU背靠背覆盖距离分别为：0.98KM和1.92KM。西宝高铁宝鸡段全长74Km，设计时速为350Km/小时，根据链路预算的结果得出所需站数： 3G链路预算站间距为1.92km，因此如果站点均匀分布，需要39个站点。

4.3专网专用RNC覆盖解决跨RNC、LAC频繁切换

高速移动过程中为避免跨RNC、LAC的频繁切换，提高用户感知，避免大量用户高速通过边界时，发生突发性位置更新，增加信令负荷，产生不必要的开销。因此西宝高铁使用专用RNC。 使用专用的基站或小区对高铁进行覆盖，专网与公网实现重选和切换上完全的隔离，只有在车站等专网入口才能进入或离开专网。通过专网覆盖，能最大程度上满足高速场景的覆盖要求。在网络扩容、重新规划中，可根据专网与公网各自需求，分别独立规划，不需同时兼顾，避免了互相牵制，降低了优化和规划难度。专网系统可为高速移动场景，配置特别的无线参数取值及算法，不会造成对公网的影响。

4.4之字形布站增强基站覆盖距离

对于专网建议采用S11站型，对于直线轨道，相邻站点宜交错分布于铁路的两侧，形成“之”字型布局，有助于改善切换区域，有利于车厢内两侧信号质量的均衡，在传输条件允许的情况下尽量采用“之”字型布局，对于铁路弯道，站点设置在弯道的内侧，可提高入射角，保证覆盖的均衡性。

4.5小区合并减少小区数量减少频繁切换

为了使用户终端在高速移动的场景下，成功地完成位置更新、小区登记与驻留和接入、发起CS或PS呼叫，同时让终端用户的体验得到提升，因此必须尽力扩大某个终端用户驻留小区的覆盖范围，改善小区重选和切换的成功率，减少掉话率。为此西宝高铁宝鸡段全线基站均使用小区合并，通过小区合并技术，可以减少小区数量，减少切换重选频率及掉话。通过小区合并西宝高铁宝鸡段覆盖小区数由88个减少至44个。

小区合并前 小区合并后

基站数 44 44

小区数 88 44

4.6不同覆盖场景的建站策略

密集城区列车车速较低，基站分布相对密集，主要网络问题集中在同频干扰、越区覆盖等，故采取加强基站主覆盖范围的强度和质量、控制覆盖范围、减少网内干扰。

郊区旷野由于列车车速较高基站分布相对稀疏，网络问题集中在扇区边缘弱覆盖、局部区域无主控信号等，故采取扩大周边基站沿铁路线方向的主控范围，增加重叠覆盖区域，加强切换的可靠性。如果专网基站与铁路线的垂直距离小于100米，为避免越区覆盖，优先采用窄波束高增益天线。如果专网基站与铁路线的垂直距离较大但不超过500米，采用65度18dBi天线。覆盖方式同上，但整个覆盖范围内基本上依靠天线主瓣对铁路沿线进行主力覆盖。根据对站间距、基站对铁轨的垂直距离及天线对于车厢掠射角等因素综合考虑，天线相对于铁轨的相对挂高30m。小村隧道总长900米，采用隧道两边建设基站使用窄波束天线向隧道内覆盖，以提升隧道内信号的覆盖强度和质量。

五、优化策略

天馈及参数优化总体原则：三快：接入快、重选快、切换快；两慢：专网内链路删除慢、压缩模式启动慢；两大：LAC区范围大、路由区范围大；一准：邻区配置要精准，不可盲目过多也不可缺失；

1、重选优化：为了保证列车上的用户在高速移动过程中顺利的进行小区重选，进行空闲参数优化，使小区之间重选能够尽快完成。通过增大重选迟滞偏置QHYST，减少频繁重选。通过减小重选触发时间Treselection，加快小区重选。增大异系统重选触发门限Sratsearch，大幅度减少重选到GSM的概率。增大异频重选触发门限Sintersearch，尽量避免高铁从第三频点重选到第一频点。

2、切换优化：采用“快进慢出”策略，实现高速移动的情况下顺利的切换：减小1A事件触发门限Reportingrange1a，使得目标小区更快加入激活集；增大1B事件触发门限Reportingrange1b，使激活集中旧的小区不容易被剔除，防信号的波动导致误删除好小区。

3、西宝高铁实际参数配置原则

接入类参数配置：提高UE的接入成功率；

空闲模式类参数：优先占用专网，小区重选及时准确；

切换类参数配置：控制小区合理的切换点。

六、总结

宝鸡联通对西宝高铁实施了高目标建设及优化，共建设基站44处，总测试里程达到3000多公里，实施了以上的一系列创新性的建设和优化手段，实现了西宝高铁宝鸡段RSCP覆盖大于-90dBm的比例为95.24%，实现了3G CPICH 信号强度≥-90dBm覆盖高铁沿线90%路段、CS64kbps业务连续覆。

以下是基站建设及优化前后的总体测试对比结果图：

实施后组织了市场部门、新闻媒体、普通用户联合验收，验收成果最终确认西宝高铁宝鸡段成功实现了全程覆盖。

参 考 文 献

[1]William C.Y. Lee 《移动通信工程理论与应用》 人民邮电出版社

[2]胡捍英、杨峰义 《第三代移动通信系统》 人民邮电出版社

[3]樊昌信 《通信原理（第5版）》国防工业出版社

高速移动过程中为避免跨RNC、LAC的频繁切换，提高用户感知，避免大量用户高速通过边界时，发生突发性位置更新，增加信令负荷，产生不必要的开销。因此西宝高铁使用专用RNC。 使用专用的基站或小区对高铁进行覆盖，专网与公网实现重选和切换上完全的隔离，只有在车站等专网入口才能进入或离开专网。通过专网覆盖，能最大程度上满足高速场景的覆盖要求。在网络扩容、重新规划中，可根据专网与公网各自需求，分别独立规划，不需同时兼顾，避免了互相牵制，降低了优化和规划难度。专网系统可为高速移动场景，配置特别的无线参数取值及算法，不会造成对公网的影响。

4.4之字形布站增强基站覆盖距离

对于专网建议采用S11站型，对于直线轨道，相邻站点宜交错分布于铁路的两侧，形成“之”字型布局，有助于改善切换区域，有利于车厢内两侧信号质量的均衡，在传输条件允许的情况下尽量采用“之”字型布局，对于铁路弯道，站点设置在弯道的内侧，可提高入射角，保证覆盖的均衡性。

4.5小区合并减少小区数量减少频繁切换

为了使用户终端在高速移动的场景下，成功地完成位置更新、小区登记与驻留和接入、发起CS或PS呼叫，同时让终端用户的体验得到提升，因此必须尽力扩大某个终端用户驻留小区的覆盖范围，改善小区重选和切换的成功率，减少掉话率。为此西宝高铁宝鸡段全线基站均使用小区合并，通过小区合并技术，可以减少小区数量，减少切换重选频率及掉话。通过小区合并西宝高铁宝鸡段覆盖小区数由88个减少至44个。

小区合并前 小区合并后

基站数 44 44

小区数 88 44

4.6不同覆盖场景的建站策略

密集城区列车车速较低，基站分布相对密集，主要网络问题集中在同频干扰、越区覆盖等，故采取加强基站主覆盖范围的强度和质量、控制覆盖范围、减少网内干扰。

郊区旷野由于列车车速较高基站分布相对稀疏，网络问题集中在扇区边缘弱覆盖、局部区域无主控信号等，故采取扩大周边基站沿铁路线方向的主控范围，增加重叠覆盖区域，加强切换的可靠性。如果专网基站与铁路线的垂直距离小于100米，为避免越区覆盖，优先采用窄波束高增益天线。如果专网基站与铁路线的垂直距离较大但不超过500米，采用65度18dBi天线。覆盖方式同上，但整个覆盖范围内基本上依靠天线主瓣对铁路沿线进行主力覆盖。根据对站间距、基站对铁轨的垂直距离及天线对于车厢掠射角等因素综合考虑，天线相对于铁轨的相对挂高30m。小村隧道总长900米，采用隧道两边建设基站使用窄波束天线向隧道内覆盖，以提升隧道内信号的覆盖强度和质量。

五、优化策略

天馈及参数优化总体原则：三快：接入快、重选快、切换快；两慢：专网内链路删除慢、压缩模式启动慢；两大：LAC区范围大、路由区范围大；一准：邻区配置要精准，不可盲目过多也不可缺失；

1、重选优化：为了保证列车上的用户在高速移动过程中顺利的进行小区重选，进行空闲参数优化，使小区之间重选能够尽快完成。通过增大重选迟滞偏置QHYST，减少频繁重选。通过减小重选触发时间Treselection，加快小区重选。增大异系统重选触发门限Sratsearch，大幅度减少重选到GSM的概率。增大异频重选触发门限Sintersearch，尽量避免高铁从第三频点重选到第一频点。

2、切换优化：采用“快进慢出”策略，实现高速移动的情况下顺利的切换：减小1A事件触发门限Reportingrange1a，使得目标小区更快加入激活集；增大1B事件触发门限Reportingrange1b，使激活集中旧的小区不容易被剔除，防信号的波动导致误删除好小区。

3、西宝高铁实际参数配置原则

接入类参数配置：提高UE的接入成功率；

空闲模式类参数：优先占用专网，小区重选及时准确；

切换类参数配置：控制小区合理的切换点。

六、总结

宝鸡联通对西宝高铁实施了高目标建设及优化，共建设基站44处，总测试里程达到3000多公里，实施了以上的一系列创新性的建设和优化手段，实现了西宝高铁宝鸡段RSCP覆盖大于-90dBm的比例为95.24%，实现了3G CPICH 信号强度≥-90dBm覆盖高铁沿线90%路段、CS64kbps业务连续覆。

以下是基站建设及优化前后的总体测试对比结果图：

实施后组织了市场部门、新闻媒体、普通用户联合验收，验收成果最终确认西宝高铁宝鸡段成功实现了全程覆盖。

参 考 文 献

[1]William C.Y. Lee 《移动通信工程理论与应用》 人民邮电出版社

[2]胡捍英、杨峰义 《第三代移动通信系统》 人民邮电出版社

[3]樊昌信 《通信原理（第5版）》国防工业出版社

高速移动过程中为避免跨RNC、LAC的频繁切换，提高用户感知，避免大量用户高速通过边界时，发生突发性位置更新，增加信令负荷，产生不必要的开销。因此西宝高铁使用专用RNC。 使用专用的基站或小区对高铁进行覆盖，专网与公网实现重选和切换上完全的隔离，只有在车站等专网入口才能进入或离开专网。通过专网覆盖，能最大程度上满足高速场景的覆盖要求。在网络扩容、重新规划中，可根据专网与公网各自需求，分别独立规划，不需同时兼顾，避免了互相牵制，降低了优化和规划难度。专网系统可为高速移动场景，配置特别的无线参数取值及算法，不会造成对公网的影响。

4.4之字形布站增强基站覆盖距离

对于专网建议采用S11站型，对于直线轨道，相邻站点宜交错分布于铁路的两侧，形成“之”字型布局，有助于改善切换区域，有利于车厢内两侧信号质量的均衡，在传输条件允许的情况下尽量采用“之”字型布局，对于铁路弯道，站点设置在弯道的内侧，可提高入射角，保证覆盖的均衡性。

4.5小区合并减少小区数量减少频繁切换

为了使用户终端在高速移动的场景下，成功地完成位置更新、小区登记与驻留和接入、发起CS或PS呼叫，同时让终端用户的体验得到提升，因此必须尽力扩大某个终端用户驻留小区的覆盖范围，改善小区重选和切换的成功率，减少掉话率。为此西宝高铁宝鸡段全线基站均使用小区合并，通过小区合并技术，可以减少小区数量，减少切换重选频率及掉话。通过小区合并西宝高铁宝鸡段覆盖小区数由88个减少至44个。

小区合并前 小区合并后

基站数 44 44

小区数 88 44

4.6不同覆盖场景的建站策略

密集城区列车车速较低，基站分布相对密集，主要网络问题集中在同频干扰、越区覆盖等，故采取加强基站主覆盖范围的强度和质量、控制覆盖范围、减少网内干扰。

郊区旷野由于列车车速较高基站分布相对稀疏，网络问题集中在扇区边缘弱覆盖、局部区域无主控信号等，故采取扩大周边基站沿铁路线方向的主控范围，增加重叠覆盖区域，加强切换的可靠性。如果专网基站与铁路线的垂直距离小于100米，为避免越区覆盖，优先采用窄波束高增益天线。如果专网基站与铁路线的垂直距离较大但不超过500米，采用65度18dBi天线。覆盖方式同上，但整个覆盖范围内基本上依靠天线主瓣对铁路沿线进行主力覆盖。根据对站间距、基站对铁轨的垂直距离及天线对于车厢掠射角等因素综合考虑，天线相对于铁轨的相对挂高30m。小村隧道总长900米，采用隧道两边建设基站使用窄波束天线向隧道内覆盖，以提升隧道内信号的覆盖强度和质量。

五、优化策略

天馈及参数优化总体原则：三快：接入快、重选快、切换快；两慢：专网内链路删除慢、压缩模式启动慢；两大：LAC区范围大、路由区范围大；一准：邻区配置要精准，不可盲目过多也不可缺失；

1、重选优化：为了保证列车上的用户在高速移动过程中顺利的进行小区重选，进行空闲参数优化，使小区之间重选能够尽快完成。通过增大重选迟滞偏置QHYST，减少频繁重选。通过减小重选触发时间Treselection，加快小区重选。增大异系统重选触发门限Sratsearch，大幅度减少重选到GSM的概率。增大异频重选触发门限Sintersearch，尽量避免高铁从第三频点重选到第一频点。

2、切换优化：采用“快进慢出”策略，实现高速移动的情况下顺利的切换：减小1A事件触发门限Reportingrange1a，使得目标小区更快加入激活集；增大1B事件触发门限Reportingrange1b，使激活集中旧的小区不容易被剔除，防信号的波动导致误删除好小区。

3、西宝高铁实际参数配置原则

接入类参数配置：提高UE的接入成功率；

空闲模式类参数：优先占用专网，小区重选及时准确；

切换类参数配置：控制小区合理的切换点。

六、总结

宝鸡联通对西宝高铁实施了高目标建设及优化，共建设基站44处，总测试里程达到3000多公里，实施了以上的一系列创新性的建设和优化手段，实现了西宝高铁宝鸡段RSCP覆盖大于-90dBm的比例为95.24%，实现了3G CPICH 信号强度≥-90dBm覆盖高铁沿线90%路段、CS64kbps业务连续覆。

以下是基站建设及优化前后的总体测试对比结果图：

实施后组织了市场部门、新闻媒体、普通用户联合验收，验收成果最终确认西宝高铁宝鸡段成功实现了全程覆盖。

参 考 文 献

[1]William C.Y. Lee 《移动通信工程理论与应用》 人民邮电出版社

[2]胡捍英、杨峰义 《第三代移动通信系统》 人民邮电出版社

[3]樊昌信 《通信原理（第5版）》国防工业出版社