试论高速铁路3G通信的无缝覆盖与切换技术

随着我国高速铁路事业的不断快速发展，随之而来的高铁运行安全以及服务质量改进提升，在高速铁路发展中尤为突出和重要。尤其是高速铁路的高运行速度特征，对于高速铁路中的移动通信网络服务影响比较突出，是影响高铁移动通信网络服务质量提升与发展的关键，在高铁较快运行速度下，保证良好通信网络服务也是当前高铁发展需要考虑的一个重要问题。3G移动通信技术是当前国际上相对比较成熟的通信服务技术，3G移动通信技术主要包括CDMA2000以及WCDMA和TD-SCDMA三大通信协议标准。在我国，3G移动通信技术主要是由中国移动以及中国联通、中国电信三大移动通信公司进行规模化运营管理。在高速铁路运行过程中，由于高速铁路列车的运行速度非常快，并且无线移动通信网络在穿过高速铁路列车进行无线移动网络服务的过程中，造成的无线移动通信网络信号损耗比较严重，因此容易造成列车内部无线通信信号衰减，导致无线信号比较弱、服务质量差的情况，对于高速铁路运行服务质量的提升与发展有着很大的制约影响。根据相关研究表明，高速铁路列车的运行速度在超过300km的时速环境下，移动通信网络的节点传输性特征会更加严重。下文将结合高速铁路的这些运行环境特征，对于高速铁路的3G移动通信无缝覆盖以及快速切换技术问题进行分析论述。

1、高铁运行环境对无线移动通信的影响分析

1.1 高铁运行环境与无线移动通信特征概述

上。如下表1所示，为国内外不同类型高铁列车的无线信号车体损耗情况表。

此外，在高速铁路无线移动通信中，移动通信信号与列车车厢入射面形成的夹角，对于无线信号的车体损耗值也具有一定的影响作用，通常情况下，高铁列车车体的入射角越小，那么造成的无线移动信号车体损耗值就越大，如下图1所示，为高铁列车入射角与信号车体损耗的关系图。根据下图所示变化情况可知，在高铁入射角低于10度时，无线信号的车体损耗呈现急剧增大变化，因此，在进行高铁无线移动网络规划建设中，应注意结合这种变化规律进行规划应用（见图1）。

1.2.3 越区切换对于无线移动通信的影响分析

除上述因素外，在高铁运行过程中，列车运行造成的无线移动通信越区切换，也对于高铁无线移动通信具有一定的影响作用。高速铁路列车运行过程中，对于较小的信号切换区域，列车可以快速的进行穿越，因此在小区域停留的时间就会比较短，并且列车运行速度越快，进行无线信号越区切换的时间就越短。当高铁列车的运行速度达到一定的速度值时，也就是信号越区切换的停留时间比无线移动通信网络系统的切换处理最小时延还小时，就会在无线移动通信过程中出现手机通话掉话现象。此外，高铁列车运行过程中，会经过各个不同的信号服务行政区域，不同行政区域之间的无线信号设备、传输等可能会存在不同，这对于无线移动通信也会产生一定的不利影响。

总之，根据上述高速铁路环境对于无线移动通信的影响分析可知，高速铁路无线移动通信中，最为关键的技术问题就是无线网络的无缝覆盖以及快速切换问题，针对这些技术问题，在进行高速铁路无线移动通信网络的构建设计中，应注意既要满足车厢信号接收质量，又要避免切换影响，因此，在进行高速铁路移动通信网络建设中，就需要建设适合高速铁路移动通信的专用网络系统，提高高铁移动通信网络服务质量与水平。

2、高铁无线移动通信网络的无缝覆盖技术

高速铁路的无线移动通信网络的分布，尤其是高速铁路沿线的移动通信网络分布多是呈现链状结构，只有在高铁路线交汇处才会呈现比较明显的网状结构分布，因此，在进行高速铁路无线移动通信网络的规划构建中，要实现高铁无线移动通信网络的无缝覆盖，就需要对于移动通信基站的设置以及通信设备配置进行认真的分析研究，也就是要在高速铁路无线移动网络规划构建中，制定合理的建网策略，并且注意选择合适的无线网络覆盖技术进行建设应用，选择最优的移动通信基站位置，以保证高铁无线移动网络的合理与无缝覆盖实现。

2.1 高铁移动通信网络的构建策略

在进行高速铁路无线移动通信网络的构建过程中，我国的三大移动通信网络运营商主要使用大网架构的组网方式，将高铁移动通信网络基站设置在大网架构范围内，利用原有的通信网络结构进行有效的优化补充，以实现新网络架构的构建形成。结合现有的建网实际，主要有高铁沿线无线网络覆盖补盲建网策略以及地面高铁专网构建方案策略、车地结合高铁专网构建策略等。

2.2 高铁移动通信无线网络覆盖技术

在根据高铁移动通信网络构建策略，进行无线网络的无缝覆盖技术方案选择过程中，比较常用的高铁无线网络无缝覆盖技术方案主要有，无线通信基站与普通直放站相互结合的覆盖方案、无线网络数字直放站扩展小区的覆盖方案、列车中继转发覆盖方案以及高铁列车综合接入方案等。（如图2）的高铁无线移动通信基带处理单元与射频拉远模块相结合的扩展小区网络覆盖方案，也是高铁无线通信网络建设中比较常用的网络覆盖技术方案，在我国的京津城际以及沪宁高铁、武广高铁的移动通信网络中都有应用。

最后，在进行高铁无线移动通信网络的覆盖构建中，还需要注意移动