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高速铁路通信难题的研究

王庆;黄会玲

【摘要】高速铁路的建成通车使人们的出行变得更为方便与舒适,但是在列车提速

的同时也给列车通信带来了一定的影响,对铁路移动通信系统建设提出了更高的要

求.介绍了目前高速铁路通信过程中面临的一些问题,并对产生这些问题的原因进行

了分析,对如何解决这些问题提出了一些建议.

【期刊名称】《湖北理工学院学报》

【年(卷),期】2011(027)003

【总页数】4页(P24-27)

【关键词】信号覆盖；切换；衰耗

【作者】王庆;黄会玲

【作者单位】中国电信股份有限公司黄石传输局，湖北黄石435003;湖北师范学

院物电学院，湖北黄石435002

【正文语种】中文

【中图分类】TN929.11

0引言

铁路是我国最主要也是最重要的交通手段,通过对铁路实现电气化改造,铁路的最高

时速一次次被刷新,即将开通的京沪高铁最高时速甚至可达500km/h。未来,高铁

网络将覆盖全国所有的重要城市,高速公路和高速铁路也将成为无线通信需求汇聚

的重要场所。乘客在体验高速铁路带来便利生活的同时,也期待享受到无处不在的

通信服务。但是在列车提速的同时也给列车通信带来了一定的影响。对于移动通信

系统而言,当移动终端速度达到350km/h以后,则需要考虑一些新的技术问题。首

先,列车的高速运行使得多普勒频移效应明显;第二,切换和小区重选问题,一些微蜂窝

体制和切换速度较慢的系统已经不适合这样高速的移动载体了;第三,高速列车强度

的加大使得电波的穿透损耗也进一步增加,因此,高速移动条件下铁路通信的安全性、

可靠性、稳定性和无缝覆盖等技术问题变得尤为突出。高速铁路的无线覆盖尤其是

3G覆盖对网络、基站以及用户终端提出了更为苛刻的要求,经技术人员测试,高铁

部分区域存在覆盖空洞、切换掉话、PDSN(PacketDataServingNode)间无法切

换等网络问题,影响了用户的业务体验。

1高速下无线通信面临的问题

1.1信号覆盖问题

高速铁路的移动通信覆盖是一个世界性难题。高速公路、铁路一般位于郊区,相对

于城市而言更为空旷,有利于无线信号的传播,但是高速列车的封闭性强,对无线信号

的覆盖造成了一定的影响。高速铁路的电力接触网与地面及列车车厢顶部的距离都

非常近,而电压却高达几万伏,这种高电压产生的强大电磁场对通信的无线电信号造

成了干扰,另外,列车车厢本身对无线传输信号就具有一定的屏蔽作用,会造成信号更

大的穿透损耗,穿透损耗一般具有以下几个特点:

1)列车车厢穿透损耗的增加幅度会随着掠射角的减小而增大。

2)当掠射角在10°以内,列车穿透损耗增加幅度明显加快。

3)穿透损耗的程度还与位置有关,并且车厢内不同位置损耗值的差距比较大。

4)CRH(CHINARAILWAYHIGHSPEED)动车车厢整体穿透损耗平均值在25dB左

右[1]。因此在高速运动的情况下要求具有更强功率的覆盖信号。

不同的通信技术对重叠覆盖区的计算还稍有区别,比如GSM(GlobalSystemfor

MobileCommunications)是硬切换,但是WCDMA(WidebandCDMA)采用的却

是软切换,因此WCDMA相邻小区的连接是先于本小区断开的,重叠覆盖区的计算

也与GSM有所不同。一个基站的覆盖距离是可以计算的,而且重叠覆盖区直接决

定了站间距。在实际网络建设中,由于站址选择的限制,通常各个运营商,各种通信系

统在高铁沿线都需要共站,实际的站间距是从理论计算各种技术所需要站间距的最

小值[2]。

1.2速度问题

传统的微蜂窝体制和切换速度较慢的系统不再适合高速移动载体的需求。终端高速

运动时,从基站发向终端的信号和从终端发向基站的信号都会产生多普勒频移。所

谓多普勒频移(Dopplershift)是指当发射源与接收体之间存在相对运动时,会导致

接收体接收的发射源发射信息频率与发射源发射信息频率不相同,接收频率与发射

频率之差称为多普勒频移。多普勒频移也被叫做多普勒扩展,它代表了信道的衰落

速率。对接收信号的影响可看作发射信号频率的多普勒扩展或频谱展宽而不是看作

一频偏。如果当作频偏来理解进行频偏试验,那么不管是GSM、TD-

SCDMA(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)、

CDMA800、CDMA20