高铁LTE网络设计浅析

黄宋斌



高铁LTE网络设计浅析

黄宋斌

广西通信规划设计咨询有限公司，广西 南宁 530007

随着高速铁路在中国迅猛发展，以及人们对数据业务需求质量的不断提升，建设优质的高铁LTE网络已成为各通信运营商需解决的重点问题。研究先探讨了高铁场景下LTE网络建设面临的问题，接着重点对高铁LTE网络设计中的链路预算进行了分析，最后分析了高铁LTE网络设计中应注意其他问题

LTE；高铁；链路预算；小区合并；切换。

1 高铁LTE网络覆盖面临的主要问题

1.1 车体穿透损耗大

高速列车采用密闭式厢体设计，车体损耗大。

1.2 多普勒频偏

高铁车速快，不利于切换和重选，多普勒效应非常明显，产生频偏，OFDM的符号间或符号内都存在干扰，信噪比恶化。

1.3 高速影响性能

UE高速移动情形下，对切换的性能有较大的影响。为保证无缝移动及QoS，要求UE通过切换区域的时间大于切换的处理时间，以保证切换顺利完成。[1]否则造成用户的QoS下降甚至UE脱网、掉话。

1.4 无线公网与高铁覆盖专网相互影响

高铁覆盖作为LTE公网覆盖的一部分，必须考虑高铁覆盖专网和公网之间的相互影响。专网和公网之间应避免形成空洞和过度重叠覆盖，特别要避免大网站点越过高铁轨道进行覆盖。要做好公网、专网间切换、重选等关系，确保相互之间的正常过渡。

2 高铁LTE网络设计分析

2.1 无线传播模型选择

Okumura-Hata传播损耗模型是常用的经验传播模型，适用于绝大部分常见的场景。作为无线网络规划的传播模型工具，具有较好的准确性和实用性。[2]Okumura-Hata的计算公式为：

L=46.3+33.9logf-13.82loght-hr+（44.9-6.55loght）log d +CM

其中L为路径损耗，ht为发射天线高度，d为用户到天线距离，hr为UE距离地面高度。CM为场景校正因子（高铁所经区域大部分为郊区及农村场景，取CM=0 dB，当为城市场景时取CM=3 dB）。

2.2 覆盖半径测算

表1 相关链路预算参数取值表

由前面的Okumura-Hata计算公式及上表中高铁环境下的链路参数，可得到高铁环境下的覆盖半径约为520m。

2.3 高铁网络设计需注意的其他问题

2.3.1 小区合并

由于高铁运行的速度非常快，一个独立的小区很容易造成小区间的频繁切换。采用小区合并技术后，原来多个小区之间的切换区域变成了同一小区接力点，减少了切换，无需再预留信号重叠区域，扩大了单基站覆盖距离，降低网络中UE的小区重选、小区切换的概率，提升终端用户呼叫成功率，降低掉话概率，有效提升高速移动条件下用户体验和网络质量。[3]实际组网中，可采用高增益的双极化天线进行多小区合并。

2.3.2 公网、专网合理切换

切换原则是重点保证公网用户能顺利切入高铁专网。同时，在用户离开站台时，避免发生乒乓位置更新。另外，高铁覆盖要做到专网专用，在人流密集的站点和候车室，需将专网与公网相互设为邻区。而在列车行进过程中，专网小区和公网小区则不要设置为邻区，用户不允许切换到公网，公网用户也不能占用专网资源。

2.3.3 城区区域覆盖

高铁经过城区环境时，由于站点间距小，切换区域小，加上楼宇众多，没有开阔的视距环境，多普勒效应明显，对性能影响严重，导致解调SNR降级严重；同时对城区多径衰落的影响比较明显，容易出现向目标小区切换后回切，造成频繁掉话。[4]针对密集城区的高铁覆盖，可以在传统三小区的基础上，新增第四小区用于高铁覆盖。

3 结语

研究指出了高铁覆盖的特殊性及主要存在问题，并重点给出了高铁LTE链路预算方法，同时对一些关键问题进行了探讨，包括小区合并、公网与专网的合理切换以及城区区域的覆盖问题等，对于当前高铁网络建设具有一定指导意义。

[1]蔡跃明，吴启晖，田华.现代移动通信[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]吴志忠.移动通信无线电电波传播[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[3]汤勇胜，王正平.TD-LTE高铁网络规划设计探析[J].移动通信，2015（9）47.

[4]陈晨，李长乐.高速铁路通信系统方案研究综述[J].计算机工程与应用，2010（3）14.

TN929.53

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1009-6434（2016）04-0079-01