铁路GSM网络覆盖规划和优化探讨

【摘 要】本文结合云南山区铁路的实际情况，分析了铁路覆盖的特点和难点，比较了各种覆盖方式的特点，提供了在复杂地形区域铁路的网络覆盖的规划设计思路。提出了天线、设备和网络参数的优化思路和方法。

【关键词】铁路;穿透损耗;传播模型;网络规划

1、概述

交通干线覆盖是运营商的名片，与用户感知息息相关。交通干线覆盖是用户的需求，也是网络提高网络竞争力的重要内容。随着国民经济的快速发展,铁路运输将扮演越来越重要的角色。因此铁路干线的覆盖具有十分重要的意义。

2、铁路覆盖特点

从高空上看，铁路都是带状的，而不是成片的，这与城市其它地区的覆盖有明显差别，所以铁路的覆盖多采用双向小区；

铁路所经过的地形往往复杂多变，网络的规划和设计需进行详细的现场勘察后灵活组网。本文将结合云南山区铁路的实际情况，具体分析复杂地形铁路的网络覆盖；

列车是密封的庞大车体高速运行，火车车厢对无线信号具有较强的屏蔽作用和反射作用，尤其是隧道内和较窄峡谷中庞大的火车车体使得网络辐射环境发生瞬间改变；

铁路覆盖场景中，大量用户快速移动，需考虑好网络切换和重选参数的设置；

铁路沿线采用传统的建设方式建设成本会很高，且在部分路段传输、机房和铁塔等配套设备造价昂贵，设备运行环境恶劣，基站维护、抢修不方便等。

3、总体思路

覆盖区设计的总体原则：

优化调整现网铁路覆盖站点，包括工程参数调整及改型替换；

对于调整优化后仍然存在覆盖问题的路段，结合云南山区复杂地形分场景进行网络建设；

站址选择应紧靠铁路沿线，站址高度可根据具体环境而定；

铁路平直路段且两侧建筑稀疏时，优先选择窄波束高增益天线；

站点建设需要根据实地情况，考虑工程的可实施性及后续的维护成本。

4、现网站点调整

4.1工程参数调整

根据铁路覆盖要求及山区实际地形，更换高增益天线，减少空间损耗；

调整现网站点天线挂高、方位角及下倾角，提升站点对铁路的覆盖效率；

4.2设备替换改型

替换原有站点老旧设备，提升站点容量，增加后期建设的扩展空间；

改造原有站点高度不足的塔桅，按照覆盖要求保证天线挂高；

改造原有覆盖精度较低全向站点，替换为定向天线。

5、新建站点

5.1规模估算

在对现网站点优化调整后，再次进行DT测试得到路测结果。对于无覆盖及若覆盖路段逐段分析，根据此前链路预算及话务模型估算出每一段问题路段所需要站点数量及载频资源需求。估算出的建设规模将作为站点实地查勘设计的指导依据。

5.2一般场景覆盖规划

5.2.1一般场景链路预算

由于所属案例属于已建成铁路干线，现网存在覆盖问题路段主要分布于郊区区域，一般场景链路预算参照此前已验证的郊区场景进行规划。建议站间距1.4km~1.6km,建议单小区覆盖距离控制在10km左右。

5.2.2一般场景组网方式

对于一般场景下，由于在宏蜂窝覆盖方式下通话过程中手机切换频繁，且部分铁路沿线基站选址困难，建议新建GRRU站点，以铁路沿线基站为信源，数字光纤拉远系统为核心覆盖设备。

同时在建设条件允许且话务密度较高的区域，考虑使用微蜂窝和宏蜂窝作为信号源进行覆盖。但是蜂窝基站覆盖距离不够长时，容易造成频繁的位置更新和切换，或者是频繁的位置更新和切换来不及完成已经超出覆盖区。

5.3隧道场景覆盖规划

5.3.1隧道内链路预算

隧道内主要采用泄漏电缆进行信号覆盖，借鉴其他省市铁路隧道覆盖经验，GSM隧道内链路预算各参数取值如下：

（1）移动台最小接收电平（车体内）为-90dBm。

（2）在900MHz频段2米距离的耦合损耗和主干损耗为64dB。

（3）宽度因子取定为20lg8/2=12dB。

（4）车体损耗取定为10dB（泄漏电缆挂高在与车窗平齐的位置，穿透损耗主要考虑穿透玻璃的情况）。

（5）瑞利衰落余量取定为7dB。

（6）POI插损取定为5.5dB。

（7）功分器插损取定为3dB。

（8）GRRU（6载波）单载波发射功率=10W(40dBm)。

链路预算过程如下：

（1）计算漏缆的最小辐射功率

移动台在车体内的接收场强=漏缆辐射功率－耦合损耗－宽度因子－车体损耗－瑞利衰落余量

把已知各项代入上式后计算可得：漏缆最小辐射功率=3dB

（2）计算漏缆最大传输损耗

漏缆辐射功率=GRRU单载波发射功率－POI插损－功分器插损－漏缆传输损耗

把已知各项代入上式后计算可得：漏缆最大传输损耗=28.5dB

（3）计算漏缆最大长度

漏缆在GSM900频段的百米损耗为2.2dB，按照公式：漏缆传输损耗=漏缆长度×漏缆单位损耗，可得：漏缆最大长度=1295米。

5.3.2隧道解决方案

一般采用: GRRU＋泄漏电缆＋天线

当覆盖隧道的GSM信号源是GRRU时，若隧道里的信号与隧道口的信号属于不同的小区，在火车进入隧道后，外部小区的信号急剧下降，这时很可能由于不能及时地正常切换而掉话，所以隧道出口增加洞顶天线，延伸隧道内信号至隧道外，保证切换。

设备安装示意图

5.4其他附属系统设计

由于铁路系统的特殊性，传输接入段、供电、防雷接地系统、监控系统以及建成后的维护成本等方面都是覆盖系统设计时必须注意的重要方面，应充分考虑工程的合理性和可行性。

根据实地查勘情况，选择光缆或无线微波等适合当地的传输接入段方案；

由于铁路沿线供电系统较为特殊，在电力引入较为困难区域，可以考虑选择太阳能或风力供电设备；

由于铁路沿线有高压电网和高山阻挡，同时本身的避雷系统设计也比较好，对避雷系统可根据实际情况灵活设计，适当放宽；

由于建设方案组网方式相对复杂，设备种类多，位置条件复杂，因此对于各个网元的监控及后期维护在建设之初就必须考虑充分。

6、系统网络优化

铁路覆盖系统完成后，原有网络结构发生改变，因此需要对整个系统网络进行优化。系统网络优化是一个复杂的过程,网络优化的关键是进行网络分析与问题定位，现行GSM网络存在问题主要从干扰、掉话、话务分布的均衡与流向和切换等方面进行分析，分析依据是得到可靠的网络数据，依据网络数据分析工程问题。

简化网络架构，集中调整覆盖区域内站点的BSC及LAC划分，提升快速移动场景中用户切换成功率；

在对新增加站点进行频率规划的同时，优化已有频点，减少干扰；

优化邻区关系，应尽量减少相邻小区数目，减少网络开销。

7、结论

铁路特殊的无线传输环境以及山区复杂地形决定了GSM铁路覆盖网络的特殊性。根据沪昆铁路（云南段）特殊的实际，本文提出了场景复杂、组网方式多样的建设思路，为复杂地形区域铁路GSM覆盖工程设计提供了有益的经验。

参考文献

[1]韩斌杰.GSM原理及其网络优化[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]高速铁路设计规范（试行）.中华人民共和国行业标准TB10020-2009.