GSM通信研究論文：GSM通信鐵道沿線覆蓋探究

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本文作者：林竹軒蔡瑋作者單位：中國移動通信集團浙江有限公司

各車型穿透損耗

高速鐵路的列車一般為CRH車型，該列車分為CRH1、CRH2、CRH3和CRH5，如表3所示。浙江境內(nèi)的高鐵多為CRH1和CRH2型列車。

EIRP的計算

（1）載頻發(fā)射功率：單載頻發(fā)射功率為20W。（2）合路器：2載波通過一級合路發(fā)射（約3.3dB）。（3）饋線損耗：機柜內(nèi)的跳線損耗約為0.6dB；7/8英寸標準的饋線損耗為3.8dB/100m。假設某小區(qū)的天線掛高為35m，則饋線總損耗為：（35+5）×0.038+0.6=2.12dB。（4）接頭損耗：所有接頭損耗約為0.5dB。（5）天線分路損耗：高速鐵路沿線覆蓋一般采用兩面天線背向發(fā)射，設功分器損耗為3dB。（6）小區(qū)的EIRP值＝載頻輸出功率－饋線損耗－接頭損耗－合路損耗－天線分路損耗＋天線增益＝43-2.12-0.5-3.3-3+21=55dBm。

傳播模型

本文為了分析鐵路信號覆蓋需求，采用較常用的奧村-哈塔模型：Lp=69.55+26.16logf-13.82log（hb）+(44.9-6.55lghb)×lg(d）-a(hm)（1）其中，Lp為路徑損耗、f為工作頻率（MHz）、hb為基站高度（m）、hm為手機高度（m）、d為手機到基站的距離（km）、a(hm)為移動臺高度修正因子，與地形環(huán)境相關。在f≥400MHz的時候，a(hm)=3.2×[log(11.75hm)]2-4.97。假定：基站高度30米、手機高度2米，則Lp=125+35log(d)。

分場景的覆蓋距離

室外場景：在開闊地、市郊、密集城區(qū)，載波輸出功率40dBm、天線增益21dBi情況下，覆蓋距離如表5所示。隧道場景：采用泄漏電纜的方式。假設泄漏電纜的損耗為每百米3.2dB，耦合損耗為72dB，高鐵車體損耗為24dB，采用功分器，如果漏纜總長度為500米，那么在漏纜末端收到的下行信號為-83.45dBm，而基站收到的上行信號為-95.45dBm，可見隧道是一個上行受限場景，在使用功分器的情況下單邊覆蓋500米，不使用功分器單邊覆蓋可達600米。

室外鐵路覆蓋解決方案

室外依據(jù)農(nóng)村開闊地、市郊、密集城區(qū)、丘陵、U形、橋梁等不同場景可參考以下原則分析進行組網(wǎng)：（1）站點距鐵路線垂直距離建議在100±50m范圍內(nèi)，不宜超過300m,為利于控制覆蓋，郊區(qū)鐵路沿線地貌空曠時，站點距鐵路線垂直距離可大些，城區(qū)民宅或廠房等較多，距離則應小些。(2)對于平原開闊地形，高鐵覆蓋gsm網(wǎng)基站覆蓋半徑宜控制在1.2km～1.5km；對于山區(qū)、丘陵地帶，以滿足覆蓋要求為準，站間距在1.0km～1.2km，適宜選擇地勢高、能夠直視鐵路的位置；對于城區(qū)站間距建議為0.6km～1.0km，盡量利用現(xiàn)有網(wǎng)絡基站覆蓋城區(qū)段鐵路。(3)對于直線軌道，相鄰站點宜交錯分布于鐵路的兩側，形成“之”字形布局，有助于改善切換區(qū)域，有利于車廂內(nèi)兩側信號質量的均衡。(4)對于鐵路彎道，站址宜設置在彎道的內(nèi)側，這樣可增加入射角，從而保證覆蓋的均衡性。(5)天線掛高設置應考慮鐵軌高度，天線掛高需高出軌面10m～15m。(6)如果專網(wǎng)基站與鐵路沿線的垂直距離小于100米，宜采用窄波束高增益天線，如33度21dBi天線；當專網(wǎng)基站與鐵路沿線的垂直距離較大時可采用較寬波束如65度18dBi增益天線。（說明：專網(wǎng)即指專用于覆蓋鐵路沿線的網(wǎng)絡。）(7)單點可設置兩小區(qū)或單小區(qū)+功分器，實現(xiàn)單站點兩方向覆蓋；利舊站點可分裂出獨立小區(qū)專門用于高鐵的覆蓋。(8)必要時可采用各種覆蓋增強技術改善覆蓋效果，例如高功率載頻、塔放、四天線分集接收等。(9)對于丘陵、U形、郊區(qū)鐵路邊房子阻擋等路段，手機容易發(fā)生掉話和未接通的情況。可利用GRRU拉遠系統(tǒng)連續(xù)覆蓋并將切換和重選引出復雜地形，以減少切換和重選操作。(10)對于密集城區(qū)，為了減少專網(wǎng)對大網(wǎng)的影響，在這些場景區(qū)域可以考慮引入微專網(wǎng)覆蓋，微專網(wǎng)天線高度一般不超過6m～7m，站間距500m左右，采用窄波束高增益天線。