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摘要
铁路大提速后，为保证乘客的通信畅通和通信质量，特制定高速铁路专网建设与优化技术方案。本方案立足于铁路专网设计总体目标，重点解决铁路提速后手机用户通信时发生的切换混乱、接通率低和掉话等现象，为此提出了高速铁路组网方案，包括位置区划分、基站配置和BSC归属等，并结合实际情况制定了相应的优化方案，包括专网频率规划和专网小区无线参数设置原则等。方案特别关注铁路提速后引入的动车组列车，对各种列车的穿透损耗进行了测试与分析，通过引入标准传播模型以及对地貌因子的校正，为基站位置和天线放置位置的正确选择提供了依据；同时通过建立行驶列车中乘客的话务模型和数据业务模型，提出了各专网小区的载频配置原则。方案所提及关键技术和指导原则均在沪宁铁路（上海段）专网覆盖建设中得到应用，效果明显，表明此方案对于铁路专网建设具有指导性、实用性和有效性。
关健字：
高速铁路、穿透损耗、传播模型、话务模型、网络规划、网络优化
课题研究背景
2.1 铁路提速
随着城市经济的发展，铁路运输系统承担起越来越多的客流运送任务。自2007年4月18日起，中国铁道部将进行第6次列车提速。届时，列车时速将提升至200公里，而京哈、京沪、京广、胶济等提速干线部分区段可达到时速250公里。
2.2 CRH简介
在本次铁路提速的同时，铁道部引入了CRH这一新型列车，该列车全称为“中国高速铁路列车”，CRH是（China Railway High-speed）英文字母的缩写。该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类，其中，CRH1、2、5均为200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h）。CRH3为300公里级别（营运速度330KM/h，最高速度380KM/h）。而CRH2具有提升至300KM级别的能力。
表1：CRH列车基本信息表
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列车类型 |
运营速度 |
最高速度 |
载客人数 |
列车长度 |
列车材质 |
|
CRH1 |
200KM/h |
250KM/h |
670 |
213.5M |
不锈钢 |
|
CRH2 |
200KM/h |
250KM/h |
610 |
201.3M |
中空铝合金车体 |
|
CRH3 |
330KM/h |
380KM/h |
暂无 |
200.0M |
暂无 |
|
CRH5 |
200KM/h |
250KM/h |
604 |
205.2M |
中空铝合金车体 |
高铁专网设计方案
3.1 专网设计目标
列车中的用手机用户进行通信时，由于受到高速移动过程中的快衰弱影响，列车材质对无线信号衰减的影响，往往会发生切换混乱，无法接通，掉话等现象。另外，由于组网过种中涉及的位置区过多，在LAC边界处又会由于大量位置更新而造成SDCCH溢出。因此，铁路专网设计的目的就是在克服上述影响的情况下，提高通信质量，从而提高用户感知度。因此，本次专网设计的目标值为列车内电平强度达到(-85dBm～-80dBm)，DT指标尽量达到集团要求的城市DT测试标准。
3.2 列车穿透损耗测试
高铁专网设计中，首先要对各列车类型做相关的穿透损耗测试，以穿透损耗最大的车种作为设计基础，来确保用户在各种车型中都可以获得正常的通话电平值。为此，我们对铁路上海段行驶的T型列车、K型列车、庞巴迪列车和子弹头CRH2型列车逐一做了相关测试工作。其中测试发信工具采用爱立信发设设备、定向天线支架和衰减器，该设备安装在列车外空地上；测试收信设备采用SAGEM OT290，该设备将在车厢外及车厢内多点处进行接收采样，从而比较出车厢内外的电平值差异。
3.2.1 T型列车测试
表2：T型列车测试结果
|
车厢类型 |
位置 |
接收电平(dBm) |
衰耗值(dB) |
|
硬座车厢 |
a点 |
-60 |
0 |
|
a1点 |
-75 |
15 |
|
|
b点 |
-60 |
0 |
|
|
b1点 |
-61 |
1 |
|
|
b2点 |
-72 |
12 |
|
|
c点 |
-61 |
0 |
|
|
c1点 |
-61 |
0 |
|
|
c2点 |
-74 |
13 |
T型列车车窗比较大，车窗玻璃衰耗很小，衰耗约为2dBm；车内综合衰耗(人体、座椅等)约为10dB；播音室损耗16dB。
3.2.2 K型列车测试
表3：K型列车测试结果
|
|
位置 |
接收电平(dBm) |
衰耗值(dB) |
|
硬座车厢 |
A点 |
-60 |
0 |
|
A1点 |
-76 |
16 |
|
|
D点 |
-80 |
20 |
|
|
B点 |
-61 |
0 |
|
|
B1点 |
-63 |
2 |
|
|
B2点 |
-72 |
11 |
|
|
C点 |
-62 |
0 |
|
|
C1点 |
-64 |
2 |
|
|
C2点 |
-74 |
12 |
|
|
软卧车厢 |
E点 |
-61 |
0 |
|
E1点（门开） |
-67 |
6 |
普通K型列车窗玻璃衰耗约为3dB；车内综合衰耗(人体、固定物)约为10dB；值班室或播音室衰耗约为16dB；卧铺车厢车体衰耗约为7dB，卧铺车厢门衰耗约为7dB。
3.2.3 庞巴迪列车测试
表4：庞巴迪型列车测试结果
|
车厢类型 |
位置 |
接收电平(dBm) |
衰耗值(dB) |
|
软卧车厢 |
A点 |
-53 |
0 |
|
C点 |
-70 |
17 |
|
|
F点(门开) |
-74 |
21 |
|
|
F点(门关) |
-77 |
24 |
|
|
B点 |
-52 |
0 |
|
|
D点 |
-72 |
20 |
|
|
E点(门开) |
-76 |
24 |
|
|
E点(门关) |
-79 |
27 |
庞巴迪车体衰耗约为17dB，车厢内空间衰耗约为4dB（相比T和K型列车，车厢内的人非常少），卧铺车厢门衰耗约为3dB。
3.2.4 CRH2测试
表5：CRH2型列车测试结果
|
车厢类型 |
位置 |
接收电平(dBm) |
衰耗值(dB) |
|
软座车厢 |
A点 |
-49 |
0 |
|
C点 |
-50 |
1 |
|
|
E点 |
-60 |
11 |
|
|
B点 |
-53 |
0 |
|
|
D点 |
-55 |
2 |
|
|
F点 |
-62 |
9 |
车体衰耗约为1dB，通过模拟测试发现CRH列车车体基本没有损耗。车厢内空间衰耗约为10dB（相比T和K型列车，损耗也较小）。
3.2.5 测试小结
通过对上述4种类型的列车进行穿透损耗测试，可以发现新型CRH列车的穿透损耗未高于庞巴迪列车，因此上海段的专网设计中，假如要求车厢内提供用户通信的电平值要达到-85dBm以上，则列车车厢外的覆盖电平需达到-60dBm。
表6：各车型穿透损耗总结
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车型 |
普通车厢（dB） |
卧铺车厢（dB） |
播音室中间过道（dB） |
综合考虑的衰减值 |
|
T型列车 |
12 |
－ |
16 |
12 |
|
K型列车 |
13 |
14 |
16 |
14 |
|
庞巴迪列车 |
－ |
24 |
－ |
24 |
|
CRH2列车 |
10 |
－ |
－ |
10 |
|
专网设计采用值 |
|
|
|
24 |
注：铁路上海段目前行驶的CRH仅为CRH2型，其它类型的CRH穿透损耗需按实际情况重新测试。
