中国联通WCDMA高铁网络建设技术总结

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有媒体总结，2010年中国高科技成功抢滩国际商业领域的两张创新名片是高铁技术和移动通信技术，两者都代表着飞一样的速度。本着先行先试积累经验的探路精神，在中国联通集团组织下的多个联通省公司与华为展开合作，启动了全球少有的高铁3G覆盖大建设。

高铁通信之痛

随着高铁不断地建设和提速，1小时长三角经济圈，4小时京沪直通车都将成为现实，大量商务人士将从航空转向便利的高铁，将引发对列车运行空间的高质量通信需求，但高铁的极限速度对于移动通讯而言，带来的恰恰是非常不利的恶劣通信环境。

中国国土辽阔，高铁线路既要进入繁华都市，也要穿越荒郊僻地和复杂的山区河流，穿越超长隧道桥梁，工程实施难度极大；而且原公网部署站点相对较少，在铁路提速后，网络质量进一步恶化，与3G品牌形象甚不相符，普通用户和铁路部门都不断投诉，给电信运营商们带来很大压力。

经过2010年规模建设，联通3G城市覆盖渐成精品，但城市间的高铁线路却日益成为通信投诉高发区。高速度的高铁带来的通信挑战主要有以下三点：

多普勒效应：低速环境下可以忽略的多普勒频移效应在高速环境下被迅速放大，这对传统静止情况下的解调算法性能造成严重影响。

高速切换难题：高速移动不仅极大增加了切换难度，而且使得切换更为频繁，加大了掉话率、掉网率。

专项网规网优：由于目标用户的速度差异和覆盖环境差异巨大，高铁覆盖对链路预算、组网规划、干扰优化和移动性管理等提出了与传统宏网差异明显的方案要求，必须统筹考虑，避免顾此失彼。

攻克高铁通信难关

当前中国正掀起高铁建设浪潮，中国联通敏锐意识到高铁乘客通信需求和技术挑战间的矛盾，高度重视高铁通讯覆盖质量，提前论证设计和建设，从需求源头保障高铁通信各项科技难题的顺利突破，确保为用户提供双重飞速体验。作为全球铁路调度通讯的主流厂家的华为，结合丰富铁路通讯建设经验与新的运营商高铁3G建设需求，在实践中总结了攻克高铁通信难关的几大关键技术。

抑制多普勒效应

高铁的高速度让低速移动中被忽略的多普勒物理效应凸显出来。多普勒效应带来了相对频率偏差，它在自然界中无时无刻不广泛存在，但只有移动速度超过200km/s时，多普勒效应才会愈显突出。它致使高速运行状态下移动通讯信号产生频率偏移，使用户通话质量恶化，从而引发业务断续、掉话等。而且，由于列车与通讯站点之间的相对速率随着列车的移动而不停变化，导致频率偏移也在不断变化，更进一步加大解决问题的难度。

通过国内多条高铁线路的实际测试和网络建设，运营商和设备商通力合作，从设备和网络规划上提出了抑制多普勒效应提升通讯质量的方法。

先进AFC算法抑制多普勒效应：AFC（Automatic Frequency Correction，自动频率校正）是专门针对高铁快速移动特点而设计的基站频率校正算法。它采用先进的自动频率纠偏技术，针对高速移动的特点，通过快速测算基站与终端间由于多普勒效应带来的频率变化，动态跟踪校正两者之间的频率偏差，高效补偿高速移动下多普勒效应引发的信号损耗，以保证无线链路的稳定连接，从而保证优质的系统性能。同时，针对不同信道的特点，例如RACH（Random Access Channel，随机接入信道）的非连续短时数据发射，DCH（Dedicated Channel，专用信道）的连续数据发射，AFC也将采取不同的针对性算法，保障频偏跟踪的准确和高效。

合理规划站点抑制多普勒效应：当列车和基站越来越近时，频偏减小，频偏变化增大；当列车远离基站时，频偏增大，频偏变化减小；当列车高速经过与基站垂直距离最近的点时，此时多普勒频偏最小，但变化速率最大。因此，为了减少多普勒频移对网络性能的影响，高铁覆盖一般都尽量离铁路线一段距离建站，且视距范围内无阻挡，从网络设计规划角度看，可以一定程度上减少速度引起的多普勒效应。对于拐弯弧形线路地段，建议选择在弧形内侧建站，以降低列车与基站间的相对速率，降低多普勒效应。

应对高速切换挑战

切换是高铁优化的重点。用户步行移动100米花费2分钟，对于切换算法完全没有额外要求。但高铁一秒钟就奔驰100米，这是对切换性能的极大挑战，铁路提速后大量掉话的原因90％源于切换。同时，列车快速穿越位置区会使大量手机集中进行位置更新，造成频繁的位置区边界信令风暴拥塞。以某段城际高铁为例，全长约25公里，宏网规划共跨越7个LA位置区。按照300公里时速计算，全程5分钟平均43秒就会发生一次位置更新信令风暴，期间可能产生高比例的接入失败或寻呼失败。针对这一系列难题，目前已经有了成熟的应对方案。

共小区方案减少切换数量：减少了切换数量，自然就减少了切换失败数量和系统信令负荷。基于这个朴素的思想，基站设备可结合直放站和基站的优势，实现多RRU共小区特性，既达到在多个基站站点间无需切换的目的，又保留了基站高性能的特性，可把整条线路的切换次数降低至原有切换次数的几分之一，大幅度降低了掉话次数，提升用户体验。

快入慢出原则提升切换性能：为充分发挥WCDMA的软切换优势，针对性地提出了“快入慢出”的高铁软切换参数设置原则，以保障列车前方目标站点小区更快加入软切换激活集，列车后方站点小区则尽量晚地删除出激活集，最大概率地保障终端在切换区域随时有两条链路与基站通讯，降低高速移动中的切换掉话率。

专属位置区抑制边界信令风暴：宏网规划未考虑高铁特点，容易在高铁线路上因为高速率而形成位置区碎片效应，这是导致频繁产生位置区边界信令风暴的内在原因。利用宏网RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）或部署独立RNC为高铁沿线规划专属位置区，可沿线一个或多个本地网规划为同一位置区，只在进出本地网时做位置更新，最大幅度减少边界位置更新信令风暴，同时在边界小区配置比传统公网更多的信令信道，以降低浪涌信令带来的网络负荷压力。

专项网规网优

高铁覆盖的特点非常明显，金属车体屏蔽效应，高时速带来的多普勒频偏和切换难题，以及隧道、大桥等众多特殊场景，使得传统网络规划优化不再适用于高铁覆盖。华为根据多年的商用实践，提出了一系列的高铁专项网规网优解决方案。

链路预算：高铁车体本身损耗很大，且不同车型损耗不同，车内不同区域的复杂结构将导致不同损耗，铁路线与天线波瓣的夹角也会导致信号损耗，因此需要综合考虑多种因素进行链路预算，才能保障整体高铁用户的通讯质量。

站点规划：3G高铁建设可通过重用公网站点，以大幅降低建站成本；同时要保障站点天线视线可达，天线主瓣指向铁路覆盖边缘；以“之”字型在铁路两侧交错建站，有助于改善切换区域和保障车内两侧用户接收信号质量相对均匀；建议站点与铁路之间留出合适距离，可在减少车体穿透损耗和加大站间距节省成本之间取得较好的平衡。

天线规划：主要根据站点离铁路线的距离考虑天线选型。建议在距离小于200m时，采用普通波瓣宽度的天线（例如33度）；大于200m时，采用更大波瓣宽度的天线（例如65度），以天线主瓣对铁路进行主力覆盖。其目的都是为了加大铁路有效覆盖范围，减少站点数量和成本。

频点规划：高铁狭长的自有空间，封闭的车内用户，特点鲜明的性能要求，都显示出相对独立的规划更利于高铁和大网的覆盖质量。根据实践经验，采用异频组网可规避与大网间的同频干扰，便于针对性进行高铁专项优化，避免相互牵制，极大地简化了网络优化工作量，是体现高铁独立规划思路的匹配方案。

切换规划：主要规划点在车站和沿线。车站是高铁和宏网覆盖的重选切换过渡区，为形成良好过渡，可充分利用车站室内分布系统或宏小区，通过设计和优化使宏网小区在过渡区（进站口或站台）内信号质量低于一定门限，便于用户从宏网切入高铁网络。在铁路沿线，一般配置高铁向宏网的单向邻区，避免乒乓切换，防止宏网用户进入影响高铁网络，同时按照快入慢出原则，对高铁线路前后小区配置双向邻区关系。