高速铁路移动通信解决方案
高速铁路GSM无线网络解决方案
低
7
高铁车厢内安 装室内分布系 统
利用铁路 自有通信 系统
同上；且可充分利用现 有设施，降低了成本
涉及列车运行安全问题， 不太可能获准
低
利用路轨
8
和车轮来 同上
中继信号
其可行性尚无法验证
低
All Rights Reserved © Alcatel Shanghai Bell 2007, #####
3 建设高铁GSM专网的策略
Thank you!
21 | Presentation Title | Month 2006
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小区重叠覆盖的要求
时速 100km/h 28m/s 150km/h 42m/s 200km/h 56m/s 250km/h 69m/s
重叠门限 2.3dB 3.5dB 4.5dB 5.3dB
重叠覆盖距离 333m 500m 667m 833m
小区重选和位置更新的时长约为5秒，小区切换的时长小于5秒
GSM移动通信网络设计为MS的移动速度不超过250km/h，当手机用户的移动速 度达到或超过这一门限值时，如果仍采用常规方式组网，将会出现多种问题，影响 手机用户的正常通话：
覆盖
高铁列车一般都是新型车厢，密闭性好、损耗较大，对无线网络的覆盖 要求大幅提高。
切换和重选 频率干扰 网络质量
信号电平波动大、变化快，由于相邻小区的交迭覆盖区域不够大，小区 重选和切换滞后于信号衰减速度，导致手机往往无法占用最佳小区，切 换紊乱。
高铁GSM专网的后续优化重点
高铁专网出入口的设置 专网小区覆盖范围的精细优化和调整 切换参数设置的调整 频点的优化和调整 不同设备厂商或不同省市专网交界处的优化
5G高铁无线网建设关键技术与解决方案研究
5G高铁无线网建设关键技术与解决方案研究摘要：近十年来，我国高速铁路和通信网络都在飞速发展，高速铁路网的建成，为大众提供了一种极为便利的出行通道，而如何为乘坐高铁出行的公众提供良好的移动通信服务是移动、联通、电信三大运营商以及铁塔公司的重要课题。
我国国土面积大，地形复杂，世界上拥有的地形地貌基本上中国都有，在中国东西南北纵深5000km的广袤大地上，高铁线跨越了各种地形、地貌和气候特征，而不同的地形对移动通信网络建设方式的要求有所不同，在此背景下，研究复杂地形环境中如何建设移动通信站址则非常重要。
关键词：5G高铁无线网建设；关键技术；解决方案研究引言高铁已成为中国人生活的一部分，5G时代为高铁用户提供高质量的移动通信网络非常重要。
首先分析了进入5G时代后，高铁建设面临的诸多技术挑战，并在此基础上从5G高铁组网关键技术、设备选型、传输资源需求分析等角度进行技术分析并提出解决方案，最后根据5G网络建设需求提出多场景网络建设方案。
基于以上技术分析，结合各地实际网络的建设需求、建设场景，现网条件和投资额度等因素，可因地制宜、精准高效地制定5G高铁无线网络建设方案。
1高铁建网面临的困难由于铁路沿线无线环境复杂，同时随着列车不断提速，车体封闭性越来越好，高铁无线网络的覆盖面临着更大的挑战。
主要包括以下几个方面：（1）穿透损耗大。
穿透损耗与车体材质、入射角等因系有关。
通常情况下，普通空调车的穿透损耗约10几分贝。
而高铁列车由于是全密封车体，屏蔽性能好，其穿透衰耗要比普通空调车高得多，达到20多分贝。
（2）切换频繁。
由于高铁列车高速移动，短时间内终端可能穿越多个RRU覆盖小区，从而产生频繁的小区间切换。
当列车穿越覆盖区的时间小于系统切换最小时延时，会引起切换失败，产生掉线，影响网络性能。
为了提高切换成功率，需要合理设置重叠覆盖区长度，一方面确保终端有足够的时间完成切换，另一方面也避免重叠覆盖区过长，影响基站的平均有效覆盖铁轨长度。
高速铁路专网覆盖解决方案
高速铁路专网覆盖解决方案完善的铁路GSM网络覆盖不仅能给用户提供便利的通信服务，创造更优质的网络价值，而且是以后第三代移动通信网络的铺设和扩容提供坚实基础；不但能为中国移动业务的发展带来商机，也能为我国信息化的发展带来巨大的促进作用。
本方案通过使用BBU+RRU这种组网方式，针对对不同区域类型，不同覆盖场景的解决方案论述，可为高速铁路的覆盖达到最优的效果，同时也可为其他同类工程提供参考和借鉴。
BBU；RRU；小区规划；切换规划；小区分层本方案将铁路列车考虑为一个话务流动用户群，为其提供一条服务质量良好的专用覆盖通道，用户群从车站出发，直至抵达目的站，用户都附着在专网覆盖区内，发生的话务/数据流也都为专用通道吸收。
用户抵站后，离开专用通道，切换至车站或周边小区。
1.覆盖策略一般高铁沿线环境较为复杂，网络覆盖难度很大。
对于不同的道路环境需要采用相应的覆盖策略。
（1）平原、高原路段的覆盖：覆盖站沿铁路两侧均匀交错分布，选择地势较高处，俯瞰铁路。
（2）丘陵、山地、峡谷路段的覆盖：对于部分较深的峡谷地段，测试信号较差的地段，必须在峡谷两侧最高处、转弯处建设站点。
（3）隧道路段的覆盖：针对不同的隧道制定不同的覆盖方法：隧道长度小于500m的使用高增益天线进行覆盖；长度大于500m的结合漏缆分布系统进行覆盖。
（4）高架桥梁路段的覆盖：桥梁的覆盖须保证天线高度合理，天线的高度应该高出桥梁平面25米，与铁道垂直距离保持在50米左右。
（5）站台路段的覆盖：对于大型火车站候车室与站台通道均有室内分布系统，因此专网与公网的切换只需做室内分布与专网的切换关系，需要注意的是要将专网的CRO设置值高于室内分布的CRO，因为火车在站内停留时间较短，如没及时切换到专网中，火车开动后势必会发生掉话现象。
2.BBU+RRU组网解决方案从整条铁路状况来分析，在铁路沿线新建基站的难度较高，投资较大，我们从节约成本的角度考虑，高铁以BBU+RRU 为主要覆盖手段。
高速铁路无线通信技术与网络覆盖优化
高速铁路无线通信技术的发展历程和趋势
发展历程：从模拟到数字，从窄带到宽带，从地面到卫星 技术特点：高速、大容量、低延时、高可靠性 发展趋势：更高速度、更大容量、更低延时、更高可靠性 应用领域：高速铁路、地铁、轻轨等轨道交通行业
02
高速铁路无线通信网络覆盖优化技术
网络覆盖优化的必要性
高速铁路对无线通信网络的需 求日益增长
网络覆盖优化可以提高通信质 量，减少通信中断和延迟
网络覆盖优化可以降低能耗， 提高能源效率
网络覆盖优化可以增强网络安 全，防止恶意攻击和信息泄露
网络覆盖优化的关键技术
01
多天线技术：提高信号覆盖范围和 传输速率
03
干扰抑制技术：降低干扰，提高信 号质量
05
节能技术：降低能耗，提高网络性 能
扑结构。
部署基站：在覆盖区域内， 部署无线通信基站。
测试网络性能：对部署好的 无线通信网络进行测试，确 保网络性能满足覆盖需求。
覆盖优化方案的
网络稳定性等
评估方法：现场 测试、数据分析、
用户反馈等
改进措施：调整 基站位置、增加 基站数量、优化
网络结构等
持续优化：定期 评估、持续改进， 确保网络覆盖质
05
高速铁路无线通信网络覆盖优化的挑战与 展望
当前面临的主要挑战和困难
高速铁路运行速度极快，对无线通信网络的覆盖范围和稳定性要求极高 高速铁路沿线地形复杂，如山区、隧道等，对无线通信网络的覆盖效果产生影响 高速铁路列车高速运行，对无线通信网络的切换和漫游性能提出挑战 高速铁路无线通信网络需要与现有通信网络兼容，实现无缝连接和协同工作
.
高速铁路无线通信技术与
网络覆盖优化
高速铁路隧道场景下的5G通信覆盖方案分析
高速铁路隧道场景下的5G通信覆盖方案分析
蒲玲玲;杨柳;刘恒;李帅
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2022(42)3
【摘要】随着5G的快速发展,人们不满足于仅能在特定的场合使用5G网络,还在交通出行的过程中对5G网络的质量也有所要求。
高速铁路是现在人们最方便的出行方式之一,高铁隧道占高铁总路程的很大一部分比例,目前也属于5G覆盖困难的范围之一。
文章对高速铁路隧道场景下的5G通信覆盖方案进行分析探讨,对高速铁路隧道情况进行简述,对使用泄漏电缆和特性天线等方式进行高速铁路隧道的5G 覆盖方案进行简单分析,并对每种方案进行对比,使得可以在不同的情景下选择不同的5G覆盖方案。
【总页数】5页(P126-130)
【作者】蒲玲玲;杨柳;刘恒;李帅
【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院;西南交通大学唐山研究生院;轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院);西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN926
【相关文献】
1.高速铁路隧道公众移动通信网络覆盖方案研究
2.高速铁路场景下的TD-SCDMA 网络覆盖解决方案
3.多种天线在FDD-LTE高速铁路场景下覆盖方案的分析与探讨
4.在高速铁路场景下的TD-SCDMA覆盖方案
5.高铁隧道场景的5G覆盖方案研究
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高速铁路数字移动通信系统
高速铁路数字移动通信系统在当今高速发展的时代，高速铁路成为了人们出行的重要选择。
而在保障高速铁路安全、高效运行的众多技术中，高速铁路数字移动通信系统扮演着至关重要的角色。
高速铁路数字移动通信系统，简单来说，就是为高速铁路量身定制的一套通信解决方案。
它就像是一条无形的信息高速公路，确保列车上的工作人员、控制系统以及乘客之间能够顺畅、快速、准确地进行信息传递。
首先，我们来了解一下为什么高速铁路需要专门的数字移动通信系统。
高速铁路的运行速度极快，这就对通信的实时性和稳定性提出了极高的要求。
传统的移动通信系统在面对高速移动的场景时，往往会出现信号中断、延迟、数据丢失等问题。
想象一下，如果列车驾驶员与调度中心之间的通信出现了故障，无法及时获取前方路况信息或者接收指令，那将会给列车的运行带来极大的安全隐患。
再者，高速铁路上还有大量的设备需要实时监控和控制，比如列车的动力系统、制动系统、车门系统等，这些设备的数据传输也必须稳定可靠。
此外，随着人们对出行体验的要求不断提高，乘客在列车上也希望能够享受到高质量的通信服务，如流畅的上网、视频通话等。
那么，高速铁路数字移动通信系统是如何实现这些功能的呢？它主要由以下几个部分组成：基站系统是其中的重要一环。
在铁路沿线，会设置一系列的基站，这些基站就像一个个接力站，确保列车在高速行驶过程中始终能够接收到稳定的信号。
基站的覆盖范围和信号强度经过精心设计和优化，以适应高速铁路的特殊需求。
核心网则负责对通信数据进行处理和传输。
它就像是一个中央大脑，管理着整个通信网络的资源分配、数据路由等工作，确保信息能够快速、准确地到达目的地。
终端设备包括列车上的车载通信设备以及工作人员和乘客使用的移动终端。
车载通信设备与列车的控制系统紧密相连，能够实时传输列车的运行状态数据，并接收来自外部的指令。
而乘客使用的移动终端则可以通过无线网络接入系统，满足他们的通信和娱乐需求。
为了保证通信的可靠性和安全性，高速铁路数字移动通信系统还采用了一系列先进的技术。
基于lte高铁无线通信方案
基于lte⾼铁⽆线通信⽅案基于LTE技术的⾼铁⽆线通信⽅案1 引⾔我国铁路经过⼏次⼤幅度的提速后，列车运⾏速度越来越快。
⽬前正在运⾏的⾼速铁路，包括武⼴⾼铁、郑西⾼铁以及即将开通的京沪⾼铁，列车速度已经达到并超过了350km/h，这标志着我国⾼速铁路已经达到了世界先进⽔平。
列车速度的提升和新型车厢的出现带来了⾼效和舒适，同时对⾼速环境下通信服务的种类和质量的要求也越来越⾼，这⽆疑对铁路⽆线通信提出了更为苛刻的要求。
⾼速铁路的⽆线通信环境包罗万象，除了城市和平原，还有⾼⼭、丘陵、⼽壁、沙漠、桥梁和隧道。
可以说涵盖了⼏乎所有的⽆线通信场景。
所以，如何在⾼速移动环境下保持好的⽹络覆盖和通信质量，是对LTE技术的挑战。
2 关键技术对于移动通信系统⽽⾔，当移动终端速度达到350km/h以后，则需要考虑以下关键技术。
第⼀：⾼速列车使⽤的传播模型；第⼆：列车的⾼速使得多普勒频移效应明显；第三：列车的⾼速使得终端频繁的切换；第四：⾼速列车强度的加⼤使得电波的穿透损耗也进⼀步增加；第五：⾼铁覆盖⽹络和公⽹之间的相互影响关系。
(1) 传播模型在⽆线⽹络规划中，通常使⽤经验的传播模型预测路径损耗中值，⽬的是得到规划区域的⽆线传播特性。
⾼铁使⽤的传播模型，在整个⽹络规划中具有⾮常重要的作⽤。
传播模型在具体应⽤时，必须对模型中各系数进⾏必要的修正，它的准确度直接影响⽆线⽹络规划的规模、覆盖预测的准确度，以及基站的布局情况。
(2) 多普勒频移效应⾼速覆盖场景对LTE系统性能影响最⼤的效应是多普勒效应。
当电磁波发射源与接收器发⽣相对运动的时候，会导致所接收到的传播频率发⽣改变。
当运动速度达到⼀定阀值时，将会引起传输频率的明显改变，这称之为多普勒频移。
多普勒频移将使接收机和发射机之间产⽣频率偏差，⽽且多普勒频移会影响上⾏接⼊成功率、切换成功率，还会对系统的容量和覆盖产⽣影响。
(3) ⼩区切换对于⾼速移动的终端⽽⾔，⾼速移动会造成终端在⼩区之间的快速切换。
高速铁路通信系统中的移动通信解决方案
类社 会 的发展 、进 步和 文 明作 出 了很大 的贡 献 。铁路 作为
生产 力的一 种标 志， 其经历 了人 力 、 机械 化 以及 信息化 的发
展 阶段 ， 目前 ， 铁路 正朝 向智 能化 、 信 息化 、 高速化 发 展的方 向前 进 。２ ０ ０ ６年至 今 ， 我 国着手 高速 铁路 的建 设 ， 截至 目 前 ，高速铁 路 已有 了突破 性 的发展 。在 为人 们提 供必 需 的 铁 路 运营服 务 的 同时，为 高速 铁路 上 的旅客 提供 宽带 因特 网接入 服务 是当 前高速铁 路建 设过程 中的重点 问题 ， 因此 ， 寻求 一 套 行 之有 效 的高速 铁 路 移 动通 信 解 决 方 案非 常 必
要手段 。
车 车顶 架设 天线与这些高频 天线建立无 线连接 ， 随着 小区尺
寸 的降低 以及列车速 度 的增 加 ， 小 区切 换频繁 ， 列 车经过 小 区直径 １ ０ ０米 的高频 天线范 围要频 繁地切 换 。这种 频繁 地
切 换 和 现 有 通 信 机 制 下 定义 的 切 换 时 间有 出入 ， 这 在 一 定 程
他 路径 方 向上 的信 号 ，高速 运行 的列 车具有 典 型多 普勒 频 谱 扩展 ，但 不会 引起较 严重 的多 普勒频 移 。基站 在铁 路 旁 边 时 ，多普 勒频谱 扩展 有较 小 的窄带 波形 ，随着 列 车的运 行 ，其 扫描 可 以由最大 值至 最小 值 。当铁 路和基 站 离得 比 较 近时 ， 基 站信 号方 向和 列车运 行 方 向夹 角时 ， 多普勒频 移变
层次上 实现整体 覆盖 的方案 。目前 ， 高速铁路 通信 系统面 临
着很 多问题 ， 诸如 位置 区设置混 乱 引起 位置更新 指令溢 出、 切换 区穿越频繁 、 电波快 衰落等 ， 这 些 问题 直接导 致用户拖 网 、掉话频 繁或 电话接 通率 下降等 。铁 路常 穿梭在地 形 复 杂、 环 境恶劣 、 电气化 铁路强 电磁烦扰 的环 境中 ， 这使得通信 可靠性和 连续性 无法保 障 。 基于 上述 问题 ， 对 高速 铁路通信 系统 实现一 体化 专线覆 盖成 为解 决高速 铁路通 信 障碍 的重
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Enter door Train station
cell C
Micro-cell B
针对微蜂窝A在空闲模式下，开启小区重选惩罚时间，通话模式下开启速度敏感切换，从而保证 路过站台的用户在一定时间内不会切入内网入口微蜂窝B，鉴于站台移动用户走路的特性，一旦 其通过微蜂窝A到微蜂窝B，必定超过惩罚时间，从而能顺利的从外网重选或者切入微蜂窝A， 然后再重选或者切入微蜂窝B，微蜂窝B的覆盖一定要控制好，尽量不要泄漏到站台外的马路上， 这样能保证高速列车乘客出站台时不会回切到内网入口微蜂窝B，而能顺利的切出到外网。
高速铁路中多普勒效应造成的影响
•运动中的移动台，其实际合成后的工作频率与运动速率相关，运动速度越高
影响越大。
•随着移动台靠近和远离基站，合成频率会在中心频率上下偏移。 •缩短移动体和基站基站的距离后，产生压缩效应，频率增加，波长变短，频
偏增大。
•增加移动体和基站的距离后会使频率降低，波长变长，频偏减小为负值。 •高速运动中的列车会频繁改变与基站之间的距离，频移现象非常严重，必须
s
BTS1
BTS2
r ß
b
BTS3
•优势: •降低频率偏移 •提高接收质量等级 •提高运行速度
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ho ho a
•劣势: •覆盖面积缩小，切换区域小 •基站数量增加，投资增大 •对大网影响大
如何计算高速铁路的多普勒频偏
多普勒频偏的计算可以用下式表示：
fD
采取有效方式降低干扰。
Small Wavelength High Frequency
BS1
Long wavelength Low Frequency
BS2
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对抗多普勒影响: 基站的放置地点远离路轨
基站远离路轨放置后，基站和列车之间的相对运动速率会变缓。
高速铁路移动通信解决方案
NPO FJMCC 04/08
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高速铁路移动通信解决方案
高速铁路通信概述 高速造成的多普勒频移及其影响 高速铁路不同场景的覆盖方案 切换带、位置区规划及相关参数设置 高速铁路建设及优化的其它考虑 高速铁路通信解决方案总结
计划建设（2010年前）：国内70条铁路
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高速铁路移动通信解决方案
高速铁路通信概述 高速造成的多普勒频移及其影响 高速铁路不同场景的覆盖方案 切换带、位置区规划及相关参数设置 高速铁路建设及优化的其它考虑 高速铁路通信解决方案总结
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Байду номын сангаас
高速铁路移动通信带来问题和特点
多普勒频移
高速移动的手机产生较大的多普勒频偏，频偏对通信性能有影响。 车体穿透损耗
由于车体的高损耗，因此在铁路沿线信号覆盖电平设计时要有足够强的信 号。 对切换要求更高
快速移动导致信号的快速衰落，需要快速切换到新的小区。 覆盖目标区域地形多样
铁路呈线状分布，经过的地域有密集的城区、宽阔的农村地貌、丘陵、隧 道、高架铁路桥、凹陷的U形地堑等各类差异很大的地形，对不同地形要选择 针对性的方案。
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NSN高速铁路项目
GSM-R在中国
已开通运行：胶济铁路、青藏铁路、大秦铁路 正在进行：京津高速铁路、郑西线、武广线、合宁线、合武线等
高性能均衡器:
一个硬件组件, 集成到CU当中 补偿信号强度快速抖动的负面影响 基于每一个突发调整信道参数
软件功能算法：
高速移动频率校正算法： 每个burst都即时估计基站和终端间的频偏，并根据估 计的结果实时地消除基站和终端间的频偏，从而达到提高接收性能的目的。 增强的高速移动频率校正算法：除了估计即时频偏 f1，该算法还估计一段时间 内的长时间频偏f2，将f1+f2作为估计的频偏。由于长时间频偏能更有效地跟踪终 端的高速移动，增强型算法将比原算法能够更好的适应高速运动的场景。
辅助措施。 在微专网与大网之间只允许通过站台/火车站的微蜂窝自由流动。
设计专网 进行覆盖
站台微蜂窝作为专网 和大网间的门小区
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常规小区覆盖
铁高路速线铁覆路盖专设网计切－换市设区计地域
市区区域微专网切换策略：
微专网与大网间不添加相邻关系，因而相互间不切换。 切换时间窗口减小，加快切换速度，开启提高切换速度的相应功能。 降低切换Margin值设置，根据实测设置电平切换、质量切换门限。
通过改进的均衡算法以及硬件指标提升，目前诺基亚西门子基站设备支持 250km/h的环境在众多的GSM-R项目及上海磁悬浮项目中得到验证，在仿真 环境下900M可以支持660km/h，1800M可以支持330km/h的终端速度。
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高速铁路移动通信解决方案
v
cos
fD: 多普勒频偏 (Hz)
v : 手机移动速度 (m/s)
: 信号波长(m)－900M为0.33m :手机移动速度方向与信号到达方向的夹角
如右图中的情况，在900M 情况下：
fd1＝250HZ
fd2＝226HZ
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应对高速铁路多普勒频偏的解决方案
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铁高路速线铁覆路盖专设网计覆－盖市设区计地域
在进入市区地域建设铁路线微专网
由于市区内话务高，频率复用度紧，共用小区难以双方兼顾。 进入市区开始建设铁路线微专网，天线高度低，配置不大，对大网影响小。 可使用微蜂窝频点，干扰小，利用高增益窄波瓣天线、功分器、直放站等
高速铁路通信概述 高速造成的多普勒频移及其影响 高速铁路不同场景的覆盖方案 切换带、位置区规划及相关参数设置 高速铁路建设及优化的其它考虑 高速铁路通信解决方案总结
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高速铁路出站入站覆盖设计方案
专网进出口的站台微蜂窝最为理想的是使用两个微蜂窝，如下图所示：