中國電信無線網(wǎng)絡優(yōu)化中心：高鐵CDMA網(wǎng)絡優(yōu)化淺析

隨著武廣、福廈等時速在350公里以上的客運專線相繼落成，人們出行方式的選擇、工作環(huán)境的變化也將隨之改變。乘客不僅希望能體驗到高速鐵路帶來的便利生活，也期待享受到無處不在的通信服務。

開往春天的高鐵

2009年春節(jié)，武廣高速鐵路正式投入春運，高達350公里的時速，將武漢與廣州之間的鐵路旅行時間從11小時拉近到3小時。從年初一開始，每天都有武漢和廣州兩地的旅客相互拜年，早上人還在武漢，傍晚則趕回廣州。1000多公里的路程，來回也不過六個小時。春運，讓更多的中國人感受到了高鐵的魅力。

武廣高鐵僅僅只是一個開始，隨著鄭西、福廈等高鐵客運專線投入運營，以及在未來兩三年從北京到上海，從上海到武漢、成都、昆明的高速鐵路的建成通車，到2012年，以四縱四橫為主骨架的高速鐵路網(wǎng)將引領我國全面進入高鐵時代。這個世界最大的高速鐵路網(wǎng)，將把經濟最發(fā)達的長三角、珠三角、環(huán)渤海地區(qū)，及其他城市密集地區(qū)緊緊相連。

與此同時，全球也掀起了高速鐵路建設熱潮，俄羅斯、法國、西班牙等國紛紛投入巨資。歐洲鐵路工業(yè)聯(lián)盟稱，2016年世界各國在高速列車方面的投入將升至1500億歐元。美國總統(tǒng)奧巴馬在今年的《國情咨文》里也一度放話：“我們沒有理由讓歐洲和中國擁有最快的鐵路?！?

高鐵通信高要求

高鐵時代的來臨，改變的不僅是城市間的空間距離，它所帶來的還包括不同地域民眾舊有的生活節(jié)奏和觀念的巨變，主要是人們對出行方式的選擇——乘飛機不再是速度的唯一體現(xiàn)。更為重要的是，乘坐高鐵還能享受到乘坐飛機所不具備的通信服務。在飛馳的列車上，人們依舊可以打電話、發(fā)短信、瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)郵件。與平地上的通信不同，打造穩(wěn)定的高鐵通信網(wǎng)絡，提供可靠的通信質量，運營商必須克服下面兩個問題：

首先是列車提速帶來通信區(qū)域的頻繁重選與切換。坐過“和諧號”列車的旅客都遇到過短信發(fā)不出去，電話經常掉線或者不通的情況，這是因為手機會在高鐵的運行過程中頻繁重選和切換。

其次是多普勒頻移。列車運行速度越快，多普勒頻移越大。當列車時速為350km/h、電磁波頻率800MHz時，多普勒頻移的范圍是±260Hz。發(fā)生頻移后，系統(tǒng)測算的信號接收點，不是實際信號的最強接收點，這樣會降低通信的質量。

破解通信難題

延伸切換重疊區(qū)域

CRH3型高速列車時速可達350km/h，每秒約達到100米，傳統(tǒng)方式假設CDMA網(wǎng)絡每小區(qū)覆蓋鐵路范圍1.5km，平均每次通話時長60s，那么平均每次通話要發(fā)生4次切換。任何一次切換失敗都將導致用戶短信發(fā)送失敗、通話斷續(xù)。

若想保證切換成功率，最有效的方法就是延伸切換重疊區(qū)域。CDMA網(wǎng)絡規(guī)劃時應根據(jù)列車移動速度預留一定的切換重疊區(qū)域，防止用戶剛進入切換帶，源側信號突然變弱，此時新分支還沒有來得及加進來，或者用戶剛通過切換帶，刪除了源側分支，但目標側信號突然波動變弱，導致掉話。

考慮到C網(wǎng)切換從觸發(fā)到交互完成，整個軟切換過程大約需要1秒。在時速為350km/h的高速列車中，單邊切換區(qū)長度要求大于97.2m，若雙向運行切換，重疊區(qū)域要大于194m。鑒于硬切換過程通常為軟切換的5倍，因此高鐵對于跨廠家硬切換重疊距離要求為軟切換重疊距離的5倍。

另外，運營商還可根據(jù)實際情況采用扇區(qū)功分或同PN（Pseudo-Noise，偽/隨機噪聲） RRU級聯(lián)技術，延伸切換重疊區(qū)，減少切換頻率，提高終端用戶感知。

調整距離

移動通信領域，將因波源或觀察者相對于傳播介質的運動而使觀察者接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為多普勒效應。在每小時超300km/h的高速移動場景下，這種效應尤其明顯。多普勒效應所引起的頻移稱為多普勒頻移。CDMA反向信號接收采用搜索窗原理，相比GSM的反向接收時隙設置范圍更大，但由于高速移動導致接收機不能在最高功率點的相位與接收信號作擴頻解調，信號能量存在部分丟失，這樣就對有用信號能量強度造成了影響，這就是為何列車在高速行駛時所產生的多普勒效應，會影響下載速率和用戶感知。

因此，降低多普勒頻移效應可通過加大站址和軌道之間的距離，減緩列車相對基站移動速度，減少高速移動對頻率解調的影響。優(yōu)化測試發(fā)現(xiàn)，基站距鐵路垂直距離大于50m、小于150m時效果最佳。

優(yōu)化京津高鐵網(wǎng)絡覆蓋

高速鐵路的移動通信覆蓋是一個世界性難題。京津高鐵作為國內首條時速達380km/h的鐵路極具代表性，其全長113.54 km，采用CRH3型列車，年客流量達到2555萬人次。北京電信在2009年4月摸底測試時發(fā)現(xiàn)，該高鐵部分區(qū)域存在覆蓋空洞、切換掉話、PDSN（Packet Data Serving Node）間無法切換等網(wǎng)絡問題，影響了用戶的業(yè)務體驗。

北京電信現(xiàn)場技術人員通過延伸相鄰基站或同一基站不同扇區(qū)的重疊區(qū)域，如對“永樂開發(fā)區(qū)”等必掉點進行PN改造、功分器共用扇區(qū)信號等方式，成功解決了該類場景的切換問題。在北京電信網(wǎng)優(yōu)中心、電信研究院以及華為公司為期數(shù)月的聯(lián)合攻關下，京津高鐵網(wǎng)絡質量得到了有效優(yōu)化，在2009年11月的三方測評中，話音質量(FER3)從優(yōu)化前的91.67%提升至98.14%，里程掉話比從之前的17026m/次提升至113540m/次，網(wǎng)絡整體指標得到了顯著改善。

隨著中國3G網(wǎng)絡的全面商用，以及社會經濟的快速發(fā)展，人們在高速移動環(huán)境下使用通信工具進行語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的需求越來越多，因此對高速環(huán)境下通信網(wǎng)絡建設方案進行研究有著極其重要的意義。對高鐵沿線無線網(wǎng)絡覆蓋進行專項規(guī)劃和優(yōu)化，能提高整體網(wǎng)絡覆蓋水平，改善網(wǎng)絡通信質量，提升用戶滿意度。

表1 　C網(wǎng)切換重疊區(qū)域與速度對應關系