高速铁路对GSM网络带来的影响及其解决方案

号强度快速衰落时，邻小区中虽然信号强度很好，但是由于无法及时解调出BSIC，造成无法切换而掉话。

当MS及时上报了6个最佳小区时，基站判断是否需要进行切换需要一定的时间，这个时间一般都大于4 s(该值和设置的切换类型、切换参数有关，4 s为快速切换时的一个均值)。

通过对100个切换消息的跟踪分析，从切换请求发起到切换完成释放源小区资源，跨MSC切换一般需要5 s，BSC内小区间切换时间为3 s。因此从测量、判决到完成切换，这段时间的典型值是BSC内小区间切换为7 s，对于跨MSC的切换，这个时间将达到9 s。表3列出了解调BSIC以及MS切换时间内火车移动的距离。

表3　解调BSIC以及MS切换时间内火车移动的距离

假设火车运行速度为200 km/h，那么一个小区从进入邻区列表、解调BSIC、测量、触发切换，到切换完成，至少需要5+4+3=12 s(对于BSC内切换)，火车对应移动的距离是667 m，在这段距离内，服务小区必须保证信号不发生快速衰落导致掉话，则电平值需不低于-95 dBm，才能保证呼叫的正常进行。

还需要考虑MS发起呼叫的位置，如果MS在靠近切换带的区域发起呼叫，为保证呼叫后能顺利切换，小区存在一个覆盖的最小值，就是完成呼叫建立以及切换所需要的距离。对于速度为200 km/h的火车，BSC内/跨MSC的切换所对应的最小覆盖距离分别是667+111=778 m和778+111=889 m;对于速度为400 km/h的火车，BSC内/跨MSC的切换所对应的最小覆盖距离分别是1333+222=1556 m和1555+222=1777 m，如图2所示。

图2　呼叫建立+切换的情况下小区的最小覆盖范围

　　4、解决方案

从以上的分析来看，高速铁路对GSM网络的影响主要是由于速度过快，在GSM网络进行各种测量、判决、执行的时间里无线环境已发生很大变化，因此解决时可以从扩大小区的覆盖范围，延长小区的驻留时间，增大相邻小区的重叠覆盖范围入手，具体着手的方向如下。

4.1　网络选择

从公式(1)可以看到，频段越高，多普勒频移越大，而且高速铁路采用了全封闭式的火车，穿透损耗远超过普通的火车。从减小这两方面的影响考虑，应优先使用900 MHz网络进行覆盖，避免采用1 800 MHz网络覆盖。

4.2　工程优化参数

应首先调整功控、切换、天馈等参数，因为这些调整便于实施，而且也能起到一定的效果，具体措施如下：

●为加快小区重选的时间，小区的BA列表中的频点尽量少做，BS_PA_MFRMS设置在4以下较好;

●关闭高速铁路沿线基站功率控制功能，满功率发射来减少功率波动;

●为了使移动台可以更快地同步邻区BCCH，更加准确地获得邻区电平值，建议邻区关系不要做太多，20个以下为宜;

●打开拐角切换等快速切换功能，抑制信号快速衰落造成的影响，同时对切换参数进行调整，调整切换滑动窗口，加快切换时间，并打开SDCCH切换功能等;

●调整相邻小区天线的方向角和下倾角，保证有足够的重叠覆盖范围;

●调整沿线基站的频率规划，尽量选择一些干净的频点，避免BCCH邻频干扰造成的解调BSIC困难。

4.3　覆盖方式

从§3.3的分析可知道，应保证小区有足够的覆盖范围，对于200 km/h的高速铁路，建议小区覆盖范围应达到1 km，对于400 km/h的高速铁路，建议小区覆盖范围应达到2 km。具体覆盖方式如下：

●当基站远离铁路边时，可以采用宽波瓣天线，扩大覆盖范围，同时抑制覆盖边缘天线增益的快速下降;

●当基站位于铁路边时，可以将两个小区合并为一个小区，用功分器连接两副定向的高增益天线，以扩大覆盖范围，同时减少切换;

●使用功放、塔放或MCPA(多载波功率放大器)扩大小区的覆盖范围;

●使用数字光纤直放站，把射频信号拉远，延长小区的覆盖范围，减少切换，如图3所示。

图3　光纤拉远示意

图4　线速度和角速度转换示意

4.4　站点规划

(1)基站站址规划

由图4可以看到，基站离开铁路边进行覆盖时，可以将快速的直线运动转换成相对慢速的角度变化，以此来降低高速运动带来的影响。

另外，从公式(1)也可看到，当电波传播方向和物体运动方向垂直或有一定角度时，多普勒频移会更小。

因此站址规划时应离开火车轨道一定的距离，同时考虑过远的距离对覆盖不利，建议该距离为300～800 m。当有实际地形影 响时，如铁路两边有较多的障碍物或山体时，还是应将基站建在铁路边，以保证基站的视线覆盖，同时可以将沿着铁路两个方向的扇区进行功分合并。

(2)BSC/MSC区域划分

从§3.3的分析可知道，跨MSC切换要比BSC内切换多花费2 s的时间，对应200 km/h的高速火车就是110 m的距离，因此需要合理规划沿线基站BSC和MSC的划分，尽量将沿线基站放在同一个BSC或MSC中，以减