高速移動(dòng)區(qū)域TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和優(yōu)化解決方案

作者：羅賢云;史睿杰;徐斌

自TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)開工建設(shè)以來(lái)，各廠家和運(yùn)營(yíng)商一起面臨著如何在高速移動(dòng)區(qū)域（如高速公路、鐵路）內(nèi)進(jìn)行TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和優(yōu)化的問(wèn)題。

隨著中國(guó)鐵路正式實(shí)施大面積提速，列車時(shí)速將達(dá)到200km/h至350km/h，極大地影響了TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的性能，優(yōu)化工作顯得十分必要和迫切。因此充分進(jìn)行高速移動(dòng)方面的研究和方案驗(yàn)證，從而找到適當(dāng)有效的優(yōu)化方案，成為打造TD-SCDMA精品網(wǎng)絡(luò)建的重要前提和必要條件。

CRH1型“和諧號(hào)”動(dòng)車組通常包括兩側(cè)各一個(gè)車頭在內(nèi)共的8個(gè)車廂。列車為全封閉車廂列車，車身由鋁合金和不銹鋼材料組成，車窗采用特殊材質(zhì)制成，密封性能很好，因此相對(duì)于普通列車，列車車廂電波的穿透損耗要高出很多。而車廂的穿透損耗直接會(huì)影響車廂內(nèi)的終端的接受信號(hào)強(qiáng)度，從而影響到鐵路沿線小區(qū)的覆蓋范圍。

采用典型的電波傳播模型（如Ericsson9999模型），可以計(jì)算出小區(qū)半徑與穿透損耗的關(guān)系，如圖1所示?？梢钥吹剑S著車廂穿透損耗的增加，小區(qū)覆蓋半徑將會(huì)明顯縮小。從中我們可以得到結(jié)論，車廂穿透損耗是影響TD-SCDMA信號(hào)在火車車廂內(nèi)覆蓋的重要因素，在進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化時(shí)，必須仔細(xì)考慮穿透損耗的取值以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能帶來(lái)的影響。

高速火車車廂的穿透損耗

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)表明，普通公路上汽車的穿透損耗大致為5“8dB，普通火車列車車廂的穿透損耗大致為10”15dB。本文將給出我們?cè)趶V深鐵路上測(cè)試得到的CRH1火車車廂穿透損耗數(shù)值。

1．穿透損耗的測(cè)試

在廣州到深圳的高速鐵路的一段，緊鄰鐵路邊上有一條公路，這為我們測(cè)試創(chuàng)造了良好的條件。首先，我們運(yùn)用TD-SCDMAScanner測(cè)試動(dòng)車組內(nèi)的PCCPCH信號(hào)強(qiáng)度；然后，又在和鐵路線平行并緊靠鐵路的公路上測(cè)量相同小區(qū)的PCCPCH信號(hào)強(qiáng)度，運(yùn)用GPS記錄下測(cè)試信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，從而記錄下測(cè)試的軌跡。通過(guò)對(duì)比車廂內(nèi)外得到的信號(hào)對(duì)比，我們便能得到火車的穿透損耗。典型的信號(hào)測(cè)試對(duì)比如圖2所示。

由圖2可以看出，車廂內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度（RSCP-in）明顯低于車廂外的信號(hào)強(qiáng)度（RSCP-out）。由于火車運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)大于測(cè)試汽車的速度，火車內(nèi)信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于車廂外的汽車所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的插值等數(shù)學(xué)處理，我們可以找到車廂內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車廂外的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而得到穿透損耗的測(cè)量值。

另外，我們還在火車車廂內(nèi)的不同位置，進(jìn)行了測(cè)量，以模擬手機(jī)在車廂內(nèi)靠近基站和遠(yuǎn)離基站的使用場(chǎng)景，從而反映列車穿透損耗與不同位置的依賴關(guān)系。

根據(jù)基站所處的位置和測(cè)試點(diǎn)的位置，我們可以計(jì)算得到電波與火車形成的掠射角，掠射角的定義如圖3所示：

其中，掠射角（Grazingangle）指的是基站信號(hào)與列車車體的夾角。

2．測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)多組數(shù)據(jù)的平均處理，我們得到了高速火車CRH1車廂的穿透損耗與掠射角的關(guān)系，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

通過(guò)對(duì)于廣深高速公路沿線TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的測(cè)試和分析，我們可以得到關(guān)于新型動(dòng)車組車廂的穿透損耗如下結(jié)論。

（1）隨著掠射角的減小，列車車廂穿透損耗增加幅度增大。從圖4中可以看出，當(dāng)掠射角小于10度時(shí)，列車車廂穿透損耗比30度時(shí)將額外增加10dB 以上，當(dāng)掠射角小于5度時(shí)，列車車廂穿透損耗比30度時(shí)將額外增加15dB以上。

（2）當(dāng)掠射角在10度以內(nèi)，列車穿透損耗增加幅度明顯加快，所以在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們建議實(shí)際的掠射角應(yīng)該控制在10度以上。

（3）列車車廂內(nèi)不同位置的穿透損耗相差較大。在掠射角大于10度的情況下，在車廂兩側(cè)（近基站側(cè)和遠(yuǎn)離基站側(cè)）得到的車廂穿透損耗差別5dB以上。當(dāng)掠射角較小時(shí)，車廂兩側(cè)的穿透損耗略為接近。

（4）根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，CRH1動(dòng)車車廂整體穿透損耗平均值在20dB以上。

3．普通列車車廂穿透損耗的測(cè)量

我們將普通慢車的測(cè)試數(shù)據(jù)和“和諧號(hào)”動(dòng)車組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)掃頻儀信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比，可以計(jì)算得到普通列車的車廂穿透損耗和動(dòng)車組車廂的差別。圖5 為普通列車和CRH1車廂內(nèi)信號(hào)的對(duì)比。

由圖5可見，普通列車車廂內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度比動(dòng)車組內(nèi)的信號(hào)高約15dB左右。通過(guò)多組數(shù)據(jù)的平滑處理，我們也得到動(dòng)車組穿透損耗與普通列車穿透損耗的差值與掠射角的關(guān)系（如圖6所示），明確了動(dòng)車組與普通列車的穿透損耗差隨掠射角的增大而緩慢減小，并再次印證動(dòng)車組的穿透損耗比普通列車的穿透損耗平均大約15dB。

小結(jié)

通過(guò)對(duì)廣深鐵路上動(dòng)車組CRH1車廂以及普通列車穿透損耗的測(cè)試，我們得到了穿透損耗的測(cè)試結(jié)果。測(cè)量揭示了動(dòng)車組穿透損耗與電波入射列車的角度相關(guān)，隨著射線與火車的掠射角的減小穿透損耗增大而增大的規(guī)律。動(dòng)車組列車的穿透損耗因其良好的密封特性，比普通列車的穿透損耗大約15dB。

愛立信公司借助GSM和WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化方面的積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，抓住TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化中的關(guān)鍵問(wèn)題，深入分析研究，特別是對(duì)于一些具有挑戰(zhàn)性的特殊無(wú)線環(huán)境，如高速鐵路的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化，開展了大量卓有成效的研究，并積極利用這些研究結(jié)果指導(dǎo)高速鐵路的TD- SCDMA網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使高速鐵路TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到了GSM的性能。

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