高速移动区域TD-SCDMA网络的建设和优化解决方案

作者：罗先云；史瑞杰；徐斌

自TD-SCDMA网络建设启动以来，制造商和运营商一直面临着如何在高速移动区域(如高速公路和铁路)建设和优化TD-SCDMA网络的问题。

随着中国铁路大规模提速的正式实施，列车运行速度将达到200km/h至350km/h，极大地影响了TD-SCDMA网络的性能，优化工作十分必要和迫切。因此，充分开展对高速移动的研究和方案验证，找到合适有效的优化方案，是建设TD-SCDMA精品网络的重要前提和必要条件。

CRH1型“和谐号”动车组通常由8节车厢组成，每侧包括一个车头。该列车为全封闭车厢列车，车体采用铝合金和不锈钢材料，车窗采用密封性能良好的特殊材料。因此，与普通列车相比，电波在列车车厢内的穿透损耗要高得多。车厢的穿透损耗会直接影响车厢内终端的接收信号强度，从而影响铁路沿线小区的覆盖。

使用典型的无线电波传播模型(如Ericsson9999模型)，可以计算出小区半径和穿透损耗之间的关系，如图1所示。可以看出，随着汽车穿透损耗的增加，小区的覆盖半径会明显减小。由此可以得出结论，列车车厢的穿透损耗是影响TD-SCDMA信号在列车车厢内覆盖的重要因素。在设计和优化无线网络时，我们必须仔细考虑穿透损耗的值及其对网络性能的影响。

高速列车车厢的贯穿损耗

根据以往的经验和测试数据，汽车在普通道路上的穿透损耗约为5”8db，普通列车上的汽车约为10”15db。本文将给出我们在广深铁路上试验的CRH1型列车车辆的穿透损耗数值。

1.渗透损失试验

广州到深圳的高铁旁边有一条高速公路，为我们的测试创造了良好的条件。首先，我们使用TD-SCDMAScanner测试动车组PCCPCH信号强度。然后在与铁路平行且靠近的高速公路上测量同一小区的PCCPCH信号强度，通过GPS记录测试信号点的相应位置，从而记录测试轨迹。通过比较列车内外获得的信号，可以得到列车的穿透损耗。典型的信号测试比较如图2所示。

从图2中可以看出，车内的信号强度(RSCP-入)明显低于车外的信号强度(RSCP-出)。因为火车的速度比测试车的速度快得多，所以火车内信号的实测数据点远远少于车厢外汽车得到的数据点。通过数据插值等数学处理，可以找到车厢内测试点对应的车厢外数据点，从而得到贯穿损耗的测量值。

此外，我们还在列车车厢内的不同位置进行了测量，以模拟手机在列车车厢内靠近基站和远离基站的使用场景，从而反映列车穿透损耗对不同位置的依赖关系。

根据基站的位置和测试点的位置，我们可以计算出无线电波和火车形成的掠射角。掠射角的定义如图3所示：

其中，Grazingangle是指基站信号与列车车体之间的夹角。

2.试验结果

对几组数据进行平均后，我们得到了高速列车CRH1车的贯穿损耗与掠射角的关系，测试结果如图4所示。

通过对广深高速公路沿线TD-SCDMA网络信号的测试和分析，我们可以得出以下关于新型动车组车辆穿透损耗的结论。

(1)随着掠射角的减小，列车车厢的贯穿损失增大。从图4可以看出，当掠射角小于10度时，列车车厢穿透损耗比30度时增加10dB以上，当掠射角小于5度时，列车车厢穿透损耗比30度时增加15dB以上

(2)当掠射角小于10度时，列车穿透损失增加明显加快，因此在规划设计路网时，我们建议实际掠射角控制在10度以上。

(3)列车车厢内不同位置的贯穿损耗差异较大。掠射角大于10度时，汽车两侧(靠近基站侧和远离基站侧)的穿透损耗之差大于5dB。掠射角较小时，车厢两侧的贯穿损失略接近。

(4)根据测试数据，CRH1动车的平均穿透损耗在20dB以上。

3.普通列车车厢穿透损耗的测量

我们将普通慢行列车的测试数据与“和谐号”动车组的数据进行对比，根据扫频仪的信号强度对比，可以计算出普通列车与动车组的穿透损耗差异。图5显示了普通列车和CRH1车厢中的信号对比。

从图5可以看出，普通列车车厢内的信号强度比动车组车厢内的信号强度高15dB左右。通过对多组数据的平滑，我们还得到了动车组与普通列车的贯穿损耗之差与掠射角的关系(如图6所示)，明确了动车组与普通列车的贯穿损耗之差随掠射角的增大而缓慢减小，再次证实了动车组的贯穿损耗平均比普通列车高15dB左右。

总结

通过对广深铁路动车组CRH1型车和普通列车的穿透损耗进行测试，得到了穿透损耗的测试结果。测量结果表明，动车组的穿透损耗与无线电波入射到列车上的角度有关，随着射线与列车掠射角的减小而增大。由于其良好的密封特性，动车组列车的穿透损耗比普通列车高15dB左右。

凭借在GSM和WCDMA网络建设和优化方面积累的丰富经验，爱立信抓住了TD- SCDMA网络设计和优化的关键问题，进行了深入的分析和研究，特别是针对一些具有挑战性的特殊无线环境，如高速铁路的网络建设和优化，并积极利用这些研究成果指导高速铁路TD-SCDMA网络的设计和优化，使高速铁路TD-SCDMA网络的性能达到了GSM的性能。