高速铁路覆盖无线网络建设指导意见试行.docx
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高速铁路覆盖无线网络建设指导意见试行
中国联通高速铁路覆盖无线网络
建设指导意见（试行）
中国联通移动网络公司网络建设部
二00九年十月
1、高速铁路无线网络覆盖规划总体原则
近年来我国高速铁路建设事业飞速发展，多条城际快速铁路和高速客运专线已开通运营，还有大量的客运专线正在建设或列入十一五规划，可以预见，未来几年高速铁路将成为我国地面客运的主流。
高速铁路旅客中有较多的中高端用户，改善高铁覆盖质量，对于提高客户满意度、提升联通品牌形象至关重要。
高铁覆盖建设总体原则如下：
（1）高铁覆盖是移动无线网络的一部分，要遵守移动无线网建设指导意见，符合2G/3G网络的定位和协调发展要求。
（2）应与铁路部门积极合作，可考虑共享其站址、杆路、隧道、洞室等基础设施；同时应积极与其他运营商进行沟通，采取共享共建的战略，以降低建设成本。
（3）高铁覆盖网络的建设从设计方案、现场勘查、施工规范、建设进度，到后期的运营维护等多方面都需要和高铁建设、管理部门充分沟通，达成一致；高铁沿线通信网络基础设施资源有限，需尽早启动规划和建设，抢占有利资源。
（4）对于已建成运营的高速铁路，各省分公司在移动网络公司统一领导下，应迅速启动高铁覆盖建设项目，尽快完成已建成高铁覆盖；
对于在建的高速铁路，各省分公司应及时跟进，提前规划、提前选址、提前建设配套基础设施，力争与高速铁路同步开通；
对于隧道、桥梁等通车后不便入场施工的地点，应优先考虑建设，同时尽量与其他运营商进行共建共享。
（5）原则上各条高速铁路，3G网络信号要实现覆盖；对于2G网络信号要根据市场和业务需求，决定是否跟进3G网络同步建设。
若2G/3G均需提供覆盖，则应统一考虑、同期建设，共用站点和配套基础设施。
2、基本技术要求
列车的高速运动引起了多普勒频移、密闭车厢的高穿透损耗、切换时间受限切换区较长等技术问题。
工程设计中需要遵循的技术要求如下：
（1）选用的无线主设备必须具备克服多普勒频移的技术。
（2）不同车型的火车车厢穿透损耗差异很大，高铁覆盖链路预算的取值应按未来可能采用的车体类型的损耗考虑（若考虑全系列车型，建议GSM和WCDMA系统均取25dB，参见附件1）。
（3）小区切换带的设置：
小区切换带的设置主要和列车运营速度、小区重选与小区切换时间有关。
两个相邻小区之间必须保证足够的重叠覆盖区域，以满足终端在高速移动过程中，对切换的时间要求。
对于GSM系统，小区重选与切换所需的最小时间为5s；对于WCDMA系统，应考虑在切换带起呼状态，所需时间一般不超过3s。
高速铁路运营初期通常预留一定提速能力，车速应按远期运营车速考虑。
由于地形、隧道、桥梁等情况各段铁路运营速度并不相同，应各段分别考虑。
（参见附件2）
（4）为降低车体穿透损耗，尽量使基站和铁路垂直距离在50米到200米之间。
（5）高铁呈线状分布，沿途经过多种地形、地貌区域，要采用多种方式：
大网宏基站、BBU+RRU、直放站等，低成本高效率的完善高铁覆盖。
3、组网方式
高铁覆盖是在联通移动网络基础上，对现网未覆盖的铁路沿线进行补充完善，因此高铁覆盖采用的组网方式仍然为大网架构，高铁站点的建设不是孤立在大网之外，而是对联通移动网络的有效补充。
在针对高铁沿线新建基站补盲外，需充分利用现有大网基站资源，通过优化调整使其既满足周边区域的覆盖，又兼顾高速铁路沿线的需求。
4、覆盖策略
高铁线路场景可分为地面铁路、隧道、桥梁等。
各类场景均应根据覆盖指标要求，进行链路预算确定覆盖站距，因地制宜选择覆盖质量高、可操作性强、建设成本低的覆盖方式。
若覆盖高铁基站兼顾覆盖铁路沿线周边区域，则需结合地理区域（城区、郊区、农村等）特点，合理确定站点建设方案。
4.1地面高铁覆盖
地面高铁（含地面高架桥）覆盖方式的选择，应充分考虑地形、地物的影响，一般考虑原则如下：
（1）根据各自覆盖指标要求，分别进行2G和3G链路预算。
依据链路预算结果，确定最小站距要求。
对于平原开阔地形，高铁覆盖GSM网基站覆盖半径宜控制在1.2-1.6公里，根据两基站间需要设置的切换区域大小来确定站间距；
对于山区、丘陵，以满足覆盖要求为准，站间距没有严格规定；应特别注重站址的选择，宜选择在地势高、能够直视铁路的位置；
对于城区站间距建议为0.6-1.0Km，尽量利用现有网络基站覆盖城区段铁路。
WCDMA网站间距要求一般大于GSM网，若考虑2G/3G网共建，则满足G网覆盖的站距也能满足W网的覆盖要求。
（参见附件3）
（2）郊区尽量使基站和铁路垂直距离在50米到200米之间，城区尽量使基站和铁路垂直距离在50米到100米之间，降低多普勒频移和车体穿透损耗的影响。
（3）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。
（4）对于铁路弯道，站址宜设置在弯道的内侧，可提高入射角，保证覆盖的均衡性。
（5）天线挂高设置应考虑铁轨高度，天线挂高需高出轨面15米以上。
应保证天线与轨面视通。
（6）当站点与铁路沿线的垂直距离在100米以内时宜采用窄波束高增益天线，如33度21dBi天线；当站点与铁路沿线的垂直距离大于100米时宜采用65度波束天线，天线增益建议为18dBi，在城区站距较近条件下，天线增益建议为16dBi。
（7）在郊区宜采用单极化双天线，在城区宜采用双极化单天线，实现接收分集。
（8）可设置两小区或单小区+功分器，实现单站点两方向覆盖。
（9）基站类型选择建议：
大型车站可采用宏站+室内分布系统、其它站点可采用分布式基站、独立RRU、光纤直放站等。
（10）利旧站点可分裂出独立小区专门用于高铁的覆盖。
（11）必要时可采用各种覆盖增强技术改善覆盖效果，例如高功率载频、塔放、四天线分集接收等。
4.2隧道覆盖
对于长度在200m以下的隧道，宜采用在隧道口设置基站/RRU，天线对准隧道口向内发射的方式。
切换带不可设在隧道内，避免火车出入隧道影响切换信号。
对于长度在200m-500m的隧道，宜采用RRU或光纤直放站+泄露电缆的覆盖方式。
泄露电缆可布设于隧道侧壁上，高度应与列车窗口等高，建议距离轨面1.8m。
切换带不可设在隧道内，避免火车出入隧道影响切换信号。
对于长度在500m以上的隧道，宜采用RRU或光纤直放站+泄露电缆的覆盖方式。
泄露电缆可布设于隧道侧壁上，高度应与列车窗口等高，建议距离轨面1.8m。
切换带可设在隧道内部。
根据常用的泄露电缆参数和链路预算结果，通过泄露电缆2G/3G信号一般可覆盖500m。
建议每公里设置一个RRU/光纤直放站，分两个方向接入泄露电缆。
4.3桥梁覆盖
对于长度在2公里以内的桥梁，可选择在两端桥头附近建设站点，天线设置位置应可视通桥梁。
对于跨越大江大河、跨度较长的桥梁，长度达几公里，由于桥体中间及桥外无法设置基站，可利用桥上的电杆架空安装泄露电缆。
一般建议每公里设置一个RRU/光纤直放站，分两个方向接入泄露电缆。
4.4配套建设要求
（1）尽量充分利用现有局、站点资源；
（2）新建站点尽量利用高大建筑物、地形条件，降低铁塔等配套设施建设需求，节省投资；
（3）对于BBU设备，应尽量安装在现有基站机房内；
（4）对于独立RRU、光纤直放站等，可采用室外型设备，不建设机房。
若采用级联方式，如果其中1个站点因为断电出现问题，将会造成连续多个站点中断，因此要求每个站点配置室外型一体化电源，要求直流供电，后备电池4~6小时，需采取防盗安全措施。
5、容量策略
（1）高速铁路沿线要考虑语音和数据业务需求。
WCDMA网要能够满足移动用户的中、高速率接入；若同步建设GSM网，则须采用GPRS/EDGE技术，满足GSM用户数据业务需求。
（2）容量配置要满足近期业务需求，同时具备扩容至满足中远期容量发展要求的能力。
（3）若覆盖高铁小区兼做铁路沿线周边区域覆盖，则不仅要解决高铁业务需求，同时还需兼顾解决周边区域容量需求；若仅做高铁专项覆盖使用，则可根据高速铁路线路上承载的特定用户的用户模型配置小区容量。
（4）高铁业务需求可根据列车容纳人数、联通市场占有率、单用户业务模型估算基站配置；在投资允许的情况下，可考虑列车交会时的峰值容量需求。
（5）移动数据业务需求需重点考虑，WCDMA单小区至少配置10个HSDPA码字，GSM网单小区至少配置2个静态PDCH信道。
6、切换策略
1）若覆盖高铁小区兼做铁路沿线周边区域覆盖，则应与大网周边基站设置邻区及切换关系；若仅做覆盖高铁使用，则与周边基站可不设置切换关系，不吸收周边区域话务，仅在覆盖高铁小区间设置切换关系，有利于采用快速切换算法。
2）相邻小区间设置足够的重叠覆盖区域，以满足终端在高速移动过程中，对切换时间的要求；考虑到小区间的双向切换，重叠覆盖距离应为切换距离的2倍以上。
3）可采用小区合并、独立RRU级联、光纤直放站级联等技术，减少小区数量，从而减少小区切换次数。
4）对于跨省、跨本地网的边界小区，应设置切换关系。
边界双方分公司应协调考虑切换位置和重叠覆盖范围；对于WCDMA网络，如有条件设置软切换方式的，应尽量考虑设置成软切换方式；若不具备软切换条件的，应根据实际情况选取合理的切换算法，通过网络优化改善切换质量。
附件1：
车体穿透损耗
高速铁路列车采用密闭箱体设计，车体对无线信号的穿透损耗较高，下表列举了国内几种高速铁路新型列车的车体穿透损耗值：
附表1各车型穿透损耗参考值
车型\频段
列车材质
900MHz损耗值（dB）
2GHz损耗值（dB）
普通列车
铁质
15
14
CRH1（庞巴迪列车）
不锈钢
24
22
CRH3（京津城际）
铝合金车体
20
20
CRH5（阿尔斯通）
中空铝合金车体
24
22
注：
以上数据供参考，实际数据与入射角、多径信号等多种因素有关。
目前国内高速列车包括以上3种车型。
不同车型的火车车厢穿透损耗差异很大，全封闭的新型列车比普通列车穿透损耗大5~10dB。
高铁覆盖链路预算的取值应按未来可能采用的车体类型的损耗考虑，以满足、兼容对全系列高速列车的覆盖要求。
附件2：
相邻基站重叠切换区域测算
2.1WCDMA系统重叠切换时间测算
WCDMA系统有两种状态的切换：
通话和起呼。
（1）通话状态的终端切换
附图2.1.1通话状态下的切换示意
当T=0时，UE进入重叠覆盖区
当T=Ta时，UE满足触发测量报告（E1a）
Ta受到UE测量时间和系统测量报告触发参数的影响
当T=Tb时，UE完成切换流程
UE通过重叠区域的时间：
T=Ta+Tb
●Ta受小区切换参数影响，需在实际中测定，其中至少包括UE测量时间，约为200ms；
●Tb为切换流程需要时间，典型值为500ms；
故，T=200+500=700ms（不考虑刚进入切换区到满足切换设置的测量时间，85%的情况下）
（2）起呼状态的终端切换
附图通话状态下的切换示意
当T=0时，PSC1=PSC2；
当T=T0时，UE在发生小区重选前得到系统允许的接入请求，发送RRC建立请求消息；此时满足小区重选条件，空闲状态会发生服务小区重选PSC1->PSC2，T0受小区重选参数影响；
当T=T1时，RRC建立完成，UE进入DCH状态；如果系统支持RRC建立直接进入软切换，则没有T2和T3时延；
当T=T2时，UE上报测量报告；T2受到UE测量时间和系统参数的影响；
当T=T3时，UE完成切换；T3包括从MRM到ActiveSetUpdate（ASU）到ASUcomplete（ASC）总时延；
UE通过重叠区域的时间：
T=2*（T0+T1+T2+T3）
●T0受小区重选参数影响，需在实际中测定；
●T1为RRC建立时延，典型值为小于500ms；
●T2为UE触发测量报告时间=UE测量时间＋FC+系统参数TimetoTrigger；UE测量时间约为200ms，设FC=0（没有L3Filter），TTT=0
注：
FC＝FilterCoefficient，系统一般配置FC=0，没有L3Filte或fc2（289ms）、fc3（458ms）
●T3＝Timeof（ASUC–ASU）+Timeof（ASU－lastMRM）；以往测试显示，85%的切换要T3＝500ms
故：
T=2*（500+200+500）=2400ms（不考虑T0时间，85%的情况下）
考虑到切换的可靠性，各厂家设备参数的异同性，及基站设置周边的传播环境，重叠覆盖距离和切换参数的设置要实测研究。
2.2GSM系统重叠切换时间测算
GSM系统中，小区重选与小区切换需要一定的时间来完成接续工作。
其中小区重选规则中，当手机测量到邻小区C2高于服务小区C2值且维持5秒钟，手机将发起小区重选，若在跨位置区处，则邻小区C2必须高于服务小区C2与小区重选滞后值之和且维持5秒钟，手机发起小区重选和位置更新。
附图2.2.1小区重选和切换区域示意图
假定重叠区域覆盖是均匀的，在上图中，点A、C（红色区域内）和点B、D（蓝色区域内）分别是两个小区的边界，E点为两小区RxLev等值点。
BC段为两小区重叠覆盖距离。
取小区重选与小区切换较长的时间（5秒钟）作为计算基础，若列车由小区1行驶至小区2，则列车在EC段之内必须完成小区重选或小区切换，因此重叠覆盖距离BC段的列车行驶时间为10秒钟，工程设计中可按10~12秒考虑。
2.2WCDMA/GSM系统重叠切换区域测算
由以上分析可知：
附表2.1列车运营速度与重叠区域对应表
序号
车速
（公里/小时）
车速
（米/秒）
重叠覆盖区域（米）
WCDMA
（2.4秒）
GSM
（10秒）
GSM
（12秒）
1
180
50
120
500
600
2
200
56
133
556
667
3
250
69
167
694
833
4
300
83
200
833
1000
5
330
92
220
917
1100
6
350
97
233
972
1167
7
380
106
253
1056
1267
若某条铁路上运营的列车速度为330公里/小时，根据列车运营及最高速度取定建议设计的小区重叠距离如下表所示，具体铁路还需要参考实际运营速率进行计算。
附表2.2小区重叠区域设置
区域
系统
市区内
市区外
（250KM/h）
运营速率
最大速率
（330KM/h）
（380KM/h）
最小重叠距离（米）
WCDMA（2.4秒）
167
220
253
GSM（10秒）
700
920
1056
建议设计的重叠距离（米）
WCDMA（3秒）
210
280
320
GSM（12秒）
840
1100
1270
附件3：
链路预算分析
3.1WCDMA系统链路预算
WCDMA的链路预算与频率、带宽、数据速率、发射功率、天线增益、干扰储备、穿透损耗、天线挂高等参数有关。
下表给出了WCDMA系统链路预算各参数取值，供参考。
附表3.1WCDMA系统链路预算
系统参数
频率
MHz
1950
扩频带宽
MHz
3.84
Boltzman常数（K）
W/（Hz*K）
1.38E-23
室温（T）
K
290
热噪声
dBm
-108.1
数据速率
kbps
64
处理增益（dB）
dB
17.80
移动台发射机
移动台天线平均高度
m
2
最大移动台发射机功率
W
0.125
最大移动台发射机功率
dBm
21
移动台发射机天线增益
dBi
0
总共移动台发射机EIRP
dBm
21.0
基站接收机
基站接收机噪音系数
dB
4
基站接收机（Eb/No）
dB
3.7
基站接收机灵敏度
dBm
-118.20
基站接收机天线增益
dBi
21
基站接收机馈线和接头损耗
dB
3
塔顶放大器增益（无塔放为0）
dB
0
基站接收EIAP
dBm
-136.20
最大路径损耗
dB
157.20
各种储备
小区负载
30.00%
干扰储备（由于小区负载）
dB
1.5
快衰落储备
dB
3
人体损耗
dB
0
通信概率（室外）
90%
对数正态衰落标准偏差（室外）
dB
6
对数正态衰落储备（室外）
dB
4.05
软切换增益
dB
2
通信概率（室内）
90%
对数正态衰落标准偏差（室内）
dB
6
对数正态衰落储备（室内）
dB
4.18
总储备（室外）
dB
6.6
允许路径损耗（室外）
dB
150.60
总储备（室内）
dB
6.73
车体穿透损耗
dB
25
允许路径损耗（室内）
dB
125.47
3.2GSM系统链路预算
GSM链路预算与频率、发射功率、天线增益、干扰储备、穿透损耗、天线挂高等参数有关。
下表给出了GSM系统链路预算各参数取值，供参考。
附表3.2GSM系统链路预算
项目
单位
取值
备注
基站参数
（1）基站发信功率
dBm
46.5
45w
（2）馈线与接头损耗
dB
3
（3）基站天线增益
dBi
21
（4）双极化天线极化损耗
dB
1
如果是双极化天线，取1；
否则，取0。
（5）基站发信EIRP
dBm
63.5
移动台参数
（1）移动台接收灵敏度
dBm
-102
（2）瑞利衰落预量
dB
3
一般情况取值为3
（3）干扰恶化量
dB
2
一般情况取值为2
（4）人体损耗
dB
3
（5）移动台接收机要求的
输入电平
dBm
-94
环境参数
（1）慢衰落储备
dB
8
与覆盖区域可通率及
室内外位置有关系
（2）穿透损耗
dB
25
（3）实现相关覆盖所需要的
设计电平
dBm
-61
下行链路最大传输损耗
dB
124.5
3.3覆盖半径测算
由以上分析，WCDMA和GSM基站覆盖半径计算如下：
附表3.3WCDMA天线挂高对应覆盖半径（CS64）
项目
单位
天线挂高15米
天线挂高25米
天线挂高35米
天线挂高45米
32度21dBi双极化天线
（1）使用频率f
MHz
1950
1950
1950
1950
（2）基站天线高度hb
米
15
25
35
45
（3）手机高度hm
米
2
2
2
2
（4）最大允许路径损耗L
dB
125.5
125.5
125.5
125.5
（a）最大基站覆盖半径
米
785
947
1081
1198
附表3.4GSM天线挂高对应覆盖半径（宏基站45W）
项目
单位
天线挂高15米
天线挂高25米
天线挂高35米
天线挂高45米
32度21dBi双极化天线
（1）使用频率f
MHz
960
960
960
960
（2）基站天线高度hb
米
15
25
35
45
（3）手机高度hm
米
2
2
2
2
（4）最大允许路径损耗L
dB
124.5
124.5
124.5
124.5
（a）最大基站覆盖半径
米
719
864
984
1089
实际建站中要考虑与中国移动、中国电信基站共建共享情况，同时若WCDMA和GSM系统均覆盖，还要考虑两系统间站址共建问题，因此，需在技术合理的前提下，综合确定高铁覆盖基站距离。
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