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隨著我國高速鐵路的發展，高鐵無論從線路總長、運行速度和建設規模均處于世界領先地位．我國的高速鐵路已經覆蓋了全國90%以上的居住人口，相比于普通鐵路，高鐵車速較快、車身屏蔽性較強、無線信號穿透車體的衰耗較大．由于高鐵的這些特殊性，手機信號覆蓋的難度比較大，如何有效良好地覆蓋高鐵手機用戶，有許多課題需要我們進行深入的研究．

1影響高鐵移動網絡覆蓋的因素

1．1多普勒頻移高鐵載著手機用戶高速移動時，會產生信號發射頻率和接收頻率之間的偏差，容易發生多普勒頻移．當高鐵高速運動時，高鐵中的移動臺與基站的位置也在不斷的快速變化中，會發生非常嚴重的頻率偏移．高鐵速度越快頻率偏移越嚴重，當移動臺移動速度超過210km/h時，多普勒頻移就非常明顯了．移動臺在相同的電磁環境下，通話質量明顯惡化．

1．2天線的高度與列車的距離鐵路信號傳播模型:Ld=m+nlogd基站距離鐵路的最佳距離模型見圖1:由公式可以推導出，基站到列車的距離如果小于90m，由于天線穿透角度過小，無線信號衰減較大;如果大于490m，則無線信號的傳播距離過大，造成的空間衰耗也較大．所以，建議基站高度建設應該在25m到30m之間，距離高鐵線路約300m左右．

1．3隧道的影響高鐵沿線往往有許多隧道，隧道內無線信號傳播條件差．電磁波在隧道中傳播時，會被屏蔽和吸收．除此之外，當高鐵以高速穿行于隧道中時，隧道口將形成一股很大的壓強，在隧道中會產生填充效應，此時的電磁環境和物理環境都和沒有列車經過時有很大的區別．這些情況都會對無線信號在隧道中的覆蓋產生很多不利的影響．

1．4信號屏蔽高鐵列車從空氣動力學和安全性上考慮，車體一般釆用密閉式設計且使用特種金屬材料，這樣無形之中增大了無線信號穿透車體的衰耗．據實地測量，信號穿透車體的衰耗最大可以達到25～30dBm，為了保證車廂內信號電平強度達到－95dBm以上，車體外信號至少需要達到－65～－70dBm左右．我們知道隨著高鐵的快速移動，信號會快速衰落，而車體的屏蔽又會對無線信號產生屏蔽．在這樣的條件下手機主導頻點會頻繁切換，通話中也會產生斷續、掉話的現象，這些情況下，不但系統開銷大大增加，服務質量也大為降低．

1．5施工、運行和維護鐵路沿線施工情況具有不確定性，部分施工為室外作業，工程實施安全條件差．需要考慮站點設備站址選擇、防盜、引電、監控、避雷接地、傳輸等各類問題，工程實施難度大．在一些無法提供電源的地區還要考慮采用太陽能、風能等自然資源來進行供電．在隧道環境中施工，還受限于隧道中狹小的設備安裝空間．隧道施工對走線和施工時間都有更嚴格的要求．一般高鐵隧道覆蓋系統均要在鐵路開通前建設完成，如開通后建設時間將難于控制，而建設前完成又難于對覆蓋效果進行測試，這都是現實的環境問題．高鐵隧道內的通信設備一般應優先使用鐵路內部的供電系統，特殊情況下才考慮使用民用供電系統．

2高鐵移動信號覆蓋組網方式

2．1公網覆蓋方案公網覆蓋是指利用現網資源，針對高速鐵路的特點，對高鐵沿線附近的基站進行改造，其特點主要是利用現網來覆蓋高鐵．這種覆蓋方式只需要對鐵路沿線的通信網絡做部分調整，對現網的影響較小．因為既要保證高鐵的覆蓋又不能過多影響原有網絡，所以需要進行網絡整體規劃，設計的難度較大．列車在高速行進的過程中，切換較多，系統開銷較大，保證通信質量的難度也較大．公網覆蓋一般使用如下覆蓋的方法:

2．1．1增補基站和使用高增益基站天線首先要對高鐵沿線進行路測，根據測試結果，在距離宏站較遠，接收信號較差的地方，增加宏站．根據高鐵覆蓋區域較為筆直且狹長的特點，盡量在靠近高鐵沿線300m的范圍內設立新的宏站，通過安裝大功率宏站設備，適當增加宏站輸出功率，使用高增益，方向性強的天線，提高信號覆蓋半徑，以達到最大限度的降低建設成本，較少切換次數，提高信號質量的目的．

2．1．2新增扇區和進行網絡優化新增扇區是指在原有的基站三個扇區的基礎上再增加一個扇區．在新增的扇區上使用功分器來覆蓋鐵路沿線兩方向．由于高鐵和高鐵附近區域都要覆蓋，加上高鐵覆蓋的特殊性，重選切換序列復雜，容易出現切換掉話的情況，所以要對原有高鐵沿線和周邊區域做統一的網絡優化，盡量簡化鄰區關系，做好小區的切換關系和優先級、優化鄰區列表、調整各種切換算法、切換門限和出發時延，這樣就可以減少小區切換和重選，減少系統開銷，提高覆蓋效果．由于需要同時滿足高鐵用戶和高鐵周邊用戶的需求，公網覆蓋對話務量的需求較高，基站需要進行適當的擴容．公網覆蓋后期的網絡優化難度較大，復雜程度較高，很難滿足高鐵進一步提速的要求，只能作為過渡性的組網方式．

2．2專網覆蓋方案專網結構要求專網信號只覆蓋高鐵沿線和各個換乘站，具體來講就是該網絡只服務于高鐵移動用戶，它要求在專網的覆蓋區域，移動信號僅僅只覆蓋鐵路沿線和各個換乘站，應控制天饋發射功率、調整天饋方向角和俯仰角，采取各種措施盡量避免信號泄露到高鐵外圍區域．在高鐵沿線專網為一個獨立的通信網絡，不與原有通信網絡發生切換關系．專網有唯一的重選切換序列，切換關系只在專網內部進行，重選和切換更為順暢．專網與現網相比較，專網使用有別于現網的頻率規劃，專網形成虛擬的獨立網絡，只在各個換乘站專網和現網重疊區域設立切換區，保留切換關系．專網不與公網設立相鄰小區，與公網沒有小區重選和切換關系，這樣就保證了專網內信號純凈，減少了頻繁切換，降低了干擾．高鐵專網的所有切換和重選只在專網內部進行，僅僅保留了與公網的主要相鄰關系，大大簡化了與公網的鄰區關系．相比于公網，專網只覆蓋高鐵沿線區域，以滿足列車上用戶的需求為主，對話務量需求較小，只需要配置較少的載頻，頻率規劃比較簡單．使用專用頻率，可以單獨預留載頻進行規劃，后期的網絡優化也較為簡單．日后通過進一步的網絡優化，專網能夠比較容易的滿足高鐵進一步提速的要求．所以專網應作為未來高鐵覆蓋的主要方式．

2．3車載方案車載方式是將直放站設備放置在動車車廂(1、3、6、8、9、11、14、16)的機架上，每個車廂放置泄漏電纜．每節動車車廂和其拖車間設置兩條射頻跳線和連接器，每節車廂頂部中間安裝室外定向天線，詳見圖2．車載方案的優點是能與地面網絡相配合，滿足全車的各種公共通信業務需求，并支持高速移動的無線通信、4G的高速數據業務．在各個車站，可新建專網進行覆蓋，也可繼續使用現網進行覆蓋，只需在車廂的換乘區域做好切換關系．

3對現網的優化

由于高鐵的通信網絡的特殊性、結合覆蓋方式和投資特點，現有高鐵優化方案選擇上，多采用公網優化方案．對公網優化一般應從以下幾點考慮:

3．1天線的調整天線的調整一般是覆蓋優化最先考慮的方法，同時也是最為有效的方法之一．由于高鐵信號覆蓋區域呈現狹長帶狀，這就需要基站的天饋系統能覆蓋較遠的距離．在對高鐵沿線基站進行天饋調整時，主要應該盡量提高天線掛高，一般掛高應在42m至60m之間．對天線的選擇上，應該使用方向角較小，而增益高的天線，以提高信號的強度，一般應選用天線增益為21dBi至23dBi的天線．要選擇水平波瓣為30度的定向天線，當基站距離高鐵較遠時，則需要采用水平波瓣為65°，垂直波瓣為6°以上的基站天線，并適當的對天線的方向角和下傾角進行調整，調整方向角的目的是為了使基站天線的主瓣方向順著高鐵沿線進行覆蓋，進而提高移動信號的覆蓋效果．在高鐵沿線的移動信號覆蓋中，應盡量減小下傾角的設置度數，目的是提高單站的覆蓋的距離．

3．2調整基站天線波瓣角度我們結合基站的位置和天線覆蓋角度，針對部分路段信號較弱，但又無法通過調整天線來解決的，可以通過調整天線波束角度來加強信號覆蓋．一般來說，波束角度取值越小，能量可以更集中在高鐵沿線，可以有效提高鐵路沿線的信號的覆蓋效果．

3．3調整功率我們可以通過調整小區的發射功率，提高覆蓋效果．但是功率設置過高，雖然可以提高小區的覆蓋范圍，但會加大小區重疊區域．未來高鐵運營速度會在360km/h以上，理論上重疊覆蓋區域在234m到254m之間，在調整中需要考慮一定余量，保證切換時間在3s左右，否則用戶將很難完成起呼．而且還會造成鄰近小區的干擾;而如果基站輸出功率過小，雖然可以降低干擾，但是可能造成部分區域信號較弱，出現盲區或弱信號區．所以，在進行功率調整之前，需進行詳細的現場路測，根據路測結果進行相關參數的調整．

3．4梳理網絡結構造成網絡質量下降的重要原因之一是頻繁切換，所以在滿足信號覆蓋的前提下，可以對服務小區進行覆蓋分析和網絡優化，通過RF優化，調整天饋的方向角、降低輸出功率、刪除鄰區關系、調整切換參數、改變優先級等方法，盡量將高鐵沿線某些非必要的扇區剔除出高鐵覆蓋區，從而使高鐵沿線有明確的主服務小區，同時要避免主服務小區頻繁更換，要重點治理導頻污染，并進行小區碎片整理，進而減少鄰頻干擾、斷續、掉話和乒乓效應的發生．

3．5切換/重選參數優化．為了消除切換、重選慢導致小區邊界信號強度偏弱的問題，我們可以通過小區合并、調整切換時延、切換遲滯，調整小區偏置、重選、延遲等參數來解決．在車速很快的情況下，信號強度變化非常快，極易產生乒乓效應．乒乓切換一般是由主導小區變化過快，致使兩個以上的小區交替成為主導小區，而每個小區成為主導小區的時間都很短，或者是覆蓋區內根本就沒有主導小區，每個小區的信號質量都很差．這兩種情況往往導致切換不及時而導致掉話．我們可以通過優化調整系統工程參數，比如改變切換帶的位置、大小;重新配置小區參數，比如調整信道功率配比、鄰頻關系;在對路測結果進行充分研究、對信令仔細分析后，進行性能參數優化調整．

4結語

目前國內大部分已建成的高鐵通信系統都是針對2G、3G系統建設的，隨著4G網絡的正式商用，將4GLTE系統引入高鐵是迫切所需的．通過對高鐵特點的分析，LTE系統可以與原有系統共用一套天饋系統，這樣既節約投資又減少了施工的難度．在場強設計時，應結合高鐵信號的覆蓋方式和特點采取一些抗干擾措施，以保證系統的性能指標．

作者：寧文暉 單位：陜西思普瑞通信設計咨詢有限公司