本文根據(jù)鐵路信號覆蓋的特點，對信號屏蔽、多普勒頻移、快慢衰落對鐵路覆蓋的影響進(jìn)行了簡要描述，并分析了鐵路覆蓋場景下的切換、重選、利用率的優(yōu)化策略。


1 鐵路覆蓋特點
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2 不同車型對信號屏蔽的影響
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注：

普通鐵路主要運(yùn)行T/K/Z普通列車；
動車線路主要運(yùn)行CRH1/2/5車型；
高速鐵路主要運(yùn)行CRH3車型。

■不同車型穿透損耗差異較大
■CRH1/3/5型車穿透損耗最大，CRH2最小。

規(guī)劃時：
■針對不同車型覆蓋，站點規(guī)劃存在差異
■針對一條鐵路規(guī)劃應(yīng)考慮滿足最高衰減車型覆蓋需求

3 多普勒頻移對覆蓋的影響


多普勒頻移：接收到的信號波長因為信號源和接收機(jī)的相對運(yùn)動而產(chǎn)生的附加頻移，稱為多普勒頻移。
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●頻移大小和運(yùn)動速度成正比，運(yùn)動速度越快頻偏越大；頻偏越大，數(shù)據(jù)誤碼率越高
●MS靠近和遠(yuǎn)離基站，合成頻率會在中心頻率上下偏移
◇當(dāng)MS駛向基站方向時，頻率增加，波長變短，頻偏減小
◇當(dāng)MS遠(yuǎn)離基站方向時，頻率降低，波長變長，頻偏增大
●高速載體上的MS頻繁改變與基站之間的距離，頻移現(xiàn)象非常嚴(yán)重

■多普勒頻移的存在，導(dǎo)致基站和手機(jī)相干解調(diào)性能降低：350km/h運(yùn)動速度下900M頻段終端等效衰落約1dB，2000M頻段等效衰落約4dB


■因為對于手機(jī)是一倍的多普勒頻移，而對基站是二倍的頻移。故多普勒頻移對手機(jī)的影響小于對基站的影響。
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■無線鏈路若要有效抵抗多普勒頻移，‘無線鏈路數(shù)據(jù)速率’遠(yuǎn)超過由多普勒引起‘信道衰落速率’，使無線信道呈現(xiàn)慢衰落特性。

4 快、慢衰落對覆蓋的影響


快衰落

移動通信中信號隨接受機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的距離快速、不斷變化，曲線的瞬時值呈快速變化，稱快衰落。


根據(jù)理論推導(dǎo)，無線信號快衰落最大衰落次數(shù)： Ln=2v/ λ（次/秒）（v為移動速度， λ為信號波長），嚴(yán)重衰落時深度達(dá)20~40dB，這將嚴(yán)重影響信號傳播質(zhì)量。
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移動速度越快、信號頻率越高，無線信號快衰落的次數(shù)越多，經(jīng)歷衰落谷底的時間越長，信號質(zhì)量越差。

如下表為900M頻率和1800M頻率下，不同車速對應(yīng)的快衰落的平均速率。

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快衰落對高鐵的影響最嚴(yán)重。

快衰落與功控

無線通信通常采取快速功控（功控頻率應(yīng)高于快衰落頻率）、RAKE、擴(kuò)頻和加大衰落儲備等技術(shù)對抗快衰落。。

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慢衰落

由于障礙物阻擋造成陰影效應(yīng)，接收信號強(qiáng)度下降，但場強(qiáng)中值隨地理改變變化緩慢，稱慢衰落，又稱為陰影衰落。


信號強(qiáng)度隨時間的變化服從對數(shù)正態(tài)分布。
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■實際鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)盡量避免基站覆蓋方向被障礙物遮擋，保證可視傳播。


■在鏈路預(yù)算過程中,應(yīng)考慮一定的陰影衰落余量，其取值與扇區(qū)邊緣通信概率、陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)。

5 高速場景切換重選分析

重選、切換不及時：

高速場景下，重選、切換對重疊覆蓋距離要求高。

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重選、切換所需時間一定要小于列車經(jīng)過重疊覆蓋區(qū)所需要的時間。重疊覆蓋距離固定的情況下，速度越快越容易產(chǎn)生切換不及時掉話，重選不及時脫網(wǎng)的問題。
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重選、切換頻繁

假設(shè)單小區(qū)有效覆蓋距離為1公里，不同列車時速，穿越單個小區(qū)所需要時間如下表。

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速度越快，穿越單個小區(qū)所需時間越短。當(dāng)時速達(dá)到300Km，每10秒即發(fā)生一次服務(wù)小區(qū)變更。
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為有效減少重選、切換頻次，需增大單小區(qū)覆蓋率距離，即采用多小區(qū)合并技術(shù)。

6 鐵路資源利用率分析

高鐵小區(qū)瞬間高容量需求與資源利用率低矛盾突出。

鐵路專網(wǎng)小區(qū)容量配置必須滿足列車經(jīng)過時的峰值業(yè)務(wù)需求，瞬間容量需求較大。

列車經(jīng)過后，專網(wǎng)小區(qū)資源處于相對空閑狀態(tài)。

■單小區(qū)覆蓋距離越大，無線資源利用率越高，光纖拉遠(yuǎn)組網(wǎng)方式的無線資源利用率明顯高于宏基站組網(wǎng)方式。

■發(fā)車間隔越小，即單位時間通過的列車數(shù)量越多，無線資源利用率越高。


■列車平均車速越快，經(jīng)過單小區(qū)時間越短，無線資源利用率越低。