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高速铁路专网设计与优化
XX
27年6月

目 录
、摘要
关健字：
— 课题研究背景
2. 1铁路提速
2. 2 CRH简介
— 高铁专网设计方案
专网设计目标
列车穿透损耗测试
3. 2. 1型列车测试
3.2.2豳列车测试
庞巴迪列车测试
3. 2. 4 CRH颂j试
测试小结
重叠覆盖距离估算
3.3.1重选与切换
列车时速与重叠覆盖距离
传播模型采用
传播模型简介
传播模型校正原理及方法
3. 4. 2. 1 SP胶正原则10
11
传播模型应用

专网小区组成
已建宏站采用方案

专网信道配置原则

切换参数设置原则

一、一、 摘要
铁路大提速后，为保证乘客的通信畅通和通信质量，特制定高速铁路专网建 设与优化技术方案。本方案立足于铁路专网设计总体目标，重点解决铁路提速后 用户通信时发生的切换混乱、接通率低和掉话等现象，为此提出了高速铁路组网 方案，包括位置区划分、基站配置和BSC归属等，并结合实际情况制定了相应的 优化方案，包括专网频率规划和专网小区无线参数设置原则等。方案特别关注铁 路提速后引入的动车组列车，对各种列车的穿透损耗进行了测试与分析，通过引 入标准传播模型以及对地貌因子的校正，为基站位置和天线放置位置的正确选择 提供了依据；同时通过建立行驶列车中乘客的话务模型和数据业务模型，提出了 各专网小区的载频配置原则。方案所提及关键技术和指导原则均在沪宁铁路〔上 海段〕专网覆盖建设中得到应用，效果明显，说明此方案对于铁路专网建设具有 指导性、实用性和有效性。
关健字：
高速铁路、穿透损耗、传播模型、话务模型、网络规划、网络优化
二、二、课题研究背景
铁路提速
随着城市经济的开展，铁路运输系统承当起越来越多的客流运送任务。自 27年4月18日起，中国铁道部将进行第6次列车提速。届时，列车时速将提 升至2公里，而京哈、京沪、京广、胶济等提速干线局部区段可到达时速250 公里。
2. 2 CRH简介
在本次铁路提速的同时，铁道部引入了 CRH这一新型列车，该列车全称为中 国高速铁路列车，CRH是CChina Railway High-sp^e英文字母的缩写。该列 车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类，其中，CRH1、2、5均为2 公里级别〔营运速度2KM/h ,最高速度250KM/h〕。CRH3为3公里级别〔营 运速度330KM/h ,最高速度380KM/h〕。而CRH2具有提升至3KM级别的能力。
表1： CRH列车根本信息表
列车类型
运营速度
最高速度
载客人数
列车长度
列车材质
CRH1
2KM/h
250KM/h
670

不锈钢
CRH2
2KM/h
250KM/h
610

中空铝合金车体
CRH3
330KM/h
380KM/h
暂无
M
暂无
CRH5
2KM/h
250KM/h
604

中空铝合金车体
高铁专网设计方案

专网设计目标
列车中的用用户进行通信时，由于受到高速移动过程中的快衰弱影响，
列车材质对无线信号衰减的影响，往往会发生切换混乱，无法接通，掉话等现象。 另外，由于组网过种中涉及的位置区过多，在LAC边界处又会由于大量位置更新 而造成SDCCH溢出。因此，铁路专网设计的目的就是在克服上述影响的情况下， 提高通信质量，从而提高用户感知度。因此，本次专网设计的目标值为列车内电 平强度到达(-85dBm〜-80dBm)，DT指标尽量到达集团要求的城市DT测试标准。
列车穿透损耗测试
高铁专网设计中，首先要对各列车类型做相关的穿透损耗测试， 以穿透损耗最大的车种作为设计根底，来确保用户在各种车型中都可 以获得正常的通话电平值。为此，我们对铁路上海段 行驶的T型列车、K型列车、庞巴迪列车和子弹头CRH2 型列车逐一做了相关测试工作。其中测试发信工具采 用爱立信发设设备、定向天线支架和衰减器，该设备 安装在列车外空地上；测试收信设备采用SAGEM
OT290，该设备将在车厢外及车厢内多点处进行接收采样，从而比拟出车厢内外 的电平值差异。
3.2.1型列车测试

T型列
车1
IS音室
碰座车厢
佰班室
a

信号源1 £.信号源w
图1： T型列车测试平面图
表2： T型列车测试结果
车厢类型
位置
接收电平(dBm)
衰耗值(dB)
硬座车厢
a点
-60
0
a1点
-75
15
b点
-60
0
b1点
-61
1
b2点
-72
12
c点
-61
0
C1点
-61
0
c2点
-74
13
T型列车车窗比拟大，车窗玻璃衰耗很小，衰耗约为2dBm ;车内综合衰耗 人体、座椅等)约为10dB ；播音室损耗16dB。
3.2.2型列车测试
信号源1
信号源2
K型列
车1

图2： K型列车测试平面图
表3： K型列车测试结果

位置
接收电平
(dBm)
衰耗值(dB)
硬座车厢
A点
-60
0
A1点
-76
16
D点
-80
20
B点
-61
0
B1点
-63
2
B2点
-72
11
C点
-62
0

C1点
-64
2
C2点
-74
12
软卧车厢
E点
-61
0
E1点〔门开〕
-67
6

普通K型列车窗玻璃衰耗约为3dB；车内综合衰耗（人体、固定物）约为10dB； 值班室或播音室衰耗约为16 dB；卧铺车厢车体衰耗约为7dB，卧铺车厢门衰耗 约为7dB。
庞巴迪列车测试
庞巴通软

F
E

卧车厢

—

过道

C
D

B
A

信号源
图3:庞巴迪型列车测试平面图
车厢类型
位置
接收电平（dBm）
衰耗值（dB）
软卧车厢
A点
-53
0
C点
-70
17
F点（门开）
-74
21
F点（门关）
-77
24
B点
-52
0
D点
-72
20
E点（门开）
-76
24
E点（门关）
-79
27

庞巴迪车体衰耗约为17 dB车厢内空间衰耗约为4 dB〔相比T和K型列车，
表4：庞巴迪型列车测试结果
车厢内的人非常少〕，卧铺车厢门衰耗约为3 dB
3.2.4 CRH2测试
子弹头 列车
笔版等军厢
——
——
——
F
D
过
ii
r
E
C
——1
——
——
——
——
——
BA

信号源
图 4： CRH2
型列车测试平面图

表5: CRH2型列车测试结果
车厢类型
位置
接收电平(dBm)
衰耗值(dB)
软座车厢
A点
-49
0
C点
-50
1
E点
-60
11
B点
-53
0
D点
-55
2
F点
-62
9
车体衰耗约为1dB，通过模拟测试发现CRH列车车体根本没有损耗。车厢内 空间衰耗约为10 dB〔相比T和K型列车，损耗也较小〕。
测试小结
通过对上述4种类型的列车进行穿透损耗测试，可以发现新型CRH列车的穿 透损耗未高于庞巴迪列车，因此上海段的专网设计中，假设要求车厢内提供用户 通信的电平值要到达-85dBm以上，则列车车厢外的覆盖电平需到达-60dBm。
表6：各车型穿透损耗总结
车型
普通车厢〔dB〕
卧铺车厢〔dB〕
播音室中间过道
〔dB〕
综合考虑的衰 减值
T型列车
12
_
16
12
K型列车
13
14
16
14
庞巴迪列车
_
24
_
24
CRH2列车
10
_
_
10
专网设计采用值

24

注：铁路上海段目前行驶的CRH仅为CRH2型，其它类型的CRH穿透损耗需 按实际情况重新测试。
重叠覆盖距离估算
3. 3. 1重选与切换
列车时速与重叠覆盖距离
在GSM通信事件中，小区重选与小区切换需要一定的时间来完成接续工作。 其中小区重选规则中，当 测量到邻小区C2高于效劳小区C2值且维持5秒钟, 将发起小区重选，假设在跨位置区处，则邻小区C2必须高于效劳小区C2与CRH 设置值的和且维持5秒钟， 发起小区重选和位置更新。而在小区切换过程中, 通常测量报告在经过设定的SACCH窗值平滑后，经BSC判断，将发起小区切 换，而整个切换的时间取决于SACCH的设置值，该值通常设为8。
通信事件
满足条件
估算时长
小区重选
C2〔邻〕＞C2〔效劳〕且时间到达5秒
5秒
位置更新
C2〔邻〕＞C2〔效劳〕+CRH〔效劳〕且时间到达5秒
5秒
小区切换
rxlev（邻〕＞rxlev（效劳〕且时间到达给定的SACCH设定值
小于5秒
表7:小区重选与小区切换

我们在研究专网小区重叠覆盖区域 的同时，假定重叠区域覆盖是均匀的。 在左图中，点A、C和点B、D分别是两 个小区的边界，E点为两小区RxLev等值 点。BC段为两小区重叠覆盖距离。取小 区重选与小区切换较长的时间〔5秒钟〕 作为计算根底，假设列车由小区1行驶
至小区2,则列车在EC段之内必须完成小区重选或小区切换，因此重叠覆盖距 离BC段的列车行驶时间为10秒钟，按照公式：
T = 5秒，手为列车时速，最大值取250KM/h
dtdt
在列车在市区时的进站和出站时由于是变速行驶，我们给出的平均速率为 180KM/h，折50M/s ；在列车均速行驶时，按照其运营速率2KM/h，折算等于 55M/s ；按照其最大速率250KM/h，折算等于70M/s。因此专网小区的最小重叠覆盖距离为市区内平均330M，市区按运营速率计算为550M，按最大速率计算 为 7M 。
区域
市区内
市区外
运营速率
最大速率
最小重叠距离
5M
550M
7M
建议设计的重叠距离
6M
660M
840M
表8：专网小区重叠覆盖距离
传播才
在无线规划中，采用适宜的传播模型可以准确地预估所需要的基站数量以及
覆盖强度，而在铁路专网的设计中，我们采用的传播模型是ALCATEL A9155 V6
中的标准传播模型〔SPM模型〕。
传播模型简介
ALCATEL A9155 V6中的标准传播模型〔SPM模型〕以COST231-Hata经验
模型为根底，可用于150-20MHz的无线电波传播损耗预测，作为无线网络规 划的传播模型工具，具有较好的准确性和实用性。
SPM 传播模型
SPM模型的数学表达形式是：
PL K K logd) K logH ) K Diffraction K logd) logH ) K (H) K
50123eff 45eff 6 meffclutter
〔式1〕
表9: SPM模型各系统含义
系数
说明
默认值
K1
频率相关因子

K2
距离衰减因子

K3
基站发射天线有效高度相关因子

K4
衍射计算相关因子
0
K5
发射天线有效高度和传播距离相关因子

K6
移动台接收天线有效高度相关因子
0
Kclutter
地貌相关因子
1
表10: SPM模型默认值参见表1

参数
含义
量纲
d
发射点到接收点的直线距离
m
Heff
基站天线有效高度
m
Diffractio
n衍射损耗
dB
Hmeff
移动台天线有效高度
m
传播模型校正原理及方法
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，不同的模 型可应用于不同的无线场景。在这些模型中，影响电波传播的一些主要因素，如 收发天线距离、天线相对高度和地型地貌因子等，都作为路径损耗预测公式的变 量或函数。但是实际的无线环境千变万化，因此传播模型在具体应用时，需要对 模型中各系数进行必要的修正，从而找到合理的函数形式，这个过程就是传播模 型校正。
3.4.2.1 SP胶正原则
尽管SPM模型的各个因子都是可以进行校正的，但在实际应用中由于所能 采集的数据有限，并且在特定应用场合中所关注的因子并不相同，因此模型校正 的总原则是：对于特定应用场景，对重点相关因子进行修正。
K1是与频率相关的因子，对于GSM 9M 或18M，可以取默认值。
K2是反映模型校正区域内总体无线环境特征的参数，能普遍适用于模型校 正区域。如果应用场景属于K2对应的无线环境，K2可以取相应的默认值。
K3是与天线有效高度相关的因子，由于天线挂高在测试过程中保持不变， 而且测试的距离通常在3km范围内，天线覆盖区域内的地形变化通常并不明显。 因此在整个测试过程中K3对模型的准确性影响较小，不建议对K3进行校正。
K4是与衍射计算相关的因子。如果测试区域内，圆锥体〔劈尖〕或圆柱体 物体〔建筑〕所占比例较少，边缘绕射或曲面绕射对总场波传播的损耗有限，因 此建议K4取为0。
K5是对K2和K3两个影响因子的综合，建议取默认值。
K6是与移动台天线有效高度相关的因子。类似于K3因子，不建议K5进行 校正。
Kclutte是地形地貌因子。无线网络规划的对象之一是不同的无线环境，而 无线环境的表现载体是丰富的地形地貌。现阶段对GSM传播模型校正的主要任 务集中在Kclutte确实认和修正。
3.4.2.2 SP校正流程
测试数据采集
模型校正结果的准确性很大程度上依赖于路测采集数据的可靠性。数据采集 的原则包括：
〔1〕测试采集数据应至少包括经度、纬度和场强信息。
〔2〕测试采集数据应当能很好地反映测试信号的中值，防止因采集数据中所包 含的快衰落未被滤去而影响校正的准确性，并注意测量数据的突然变化。
〔3〕单位时间、单位距离内的采样点数可参考李氏定理。
〔4〕移动台接收天线高度为1-2m，接收机及GPS采用外接天线置于车顶，以 防止因测试车与基站相对位置的不同而导致的车体损耗差异及人体损耗。
〔5〕隧道或桥梁等特殊场景的数据应进行标记，便于事后筛选。
〔6〕与本地地貌明显不符的地方应进行标记，便于事后筛选。
〔7〕当接收信号不满足以下条件时，测试不应当再向远处延伸。
接收信号-接收机灵敏度＞10dB
接收信号-底噪＞20dB
数据预处理
由于数据采集设备测到的场强数据为信号的瞬时值，其中包含着快衰落成 分，需要进行数据预处理。
当接收机距离发射机比拟远时，接收信号强度很低，因接收机灵敏度的影响， 其测量值往往不准确;对于测试信号，底部噪声在远端接收信号中的比例比拟大， 不利于模型校正，所以远端的测试点应予以去除。
当接收机位于基站附近时，由于受天线垂直方向图的影响，接收信号的功率 主要受到基站附近建筑物和街道走向的影响，因此离基站很近的测试数据不能用 于传播模型校正。
在测试过程中，由于人为失误或设备故障，可能会出现偏差很大的测量数据， 另外由于测试中行车路线受路况限制，可能偏离测试方案预定的测试区域。为了 防止这些数据对模型校正的影响，在模型校正之前应予以滤除。
数据预处理可以采用算术平均法，对于经纬度信息相同的场强数据，求算术 均值；也可以采用统计平均法，对于经纬度信息相同的场强数据，采用中值作为 测试数据。
另外，由于GPS设备信息更新的速度有限。如果在同一 GPS上聚集了大量 的数据，可以对得到的测试数据在两个相邻的GPS信息点上进行插值处理，将 测试到的数据平均分配到相邻的GPS信息点的连线上。
传播模型校正方法
在铁路专网设计中，模型校正主要是对地形地貌因子Kclutte进行校正。为 了便于说明问题，当基站天线有效高度〔Heff〕和移动台天线有效高度〔Hmeff〕
确定后，SPM模型可以表示为:
L PL
50
c c logd) c
121
C D
2
〔式2〕
其中，
C
1
K1 K3 logH ff)
^Diffraction K 6(H / K l

C
2
K2 七 logH ff)

当C2, C1得到校正值后，即能计算出地形地貌因子〔Kclutter的校正值。
如果借用最小二乘法对C1进行校正，则根据式2的表达形式，对于一组有 效的测试数据Li(i=1,2,...N和di(i=1,2,...N)有：
NN—
〔式 3-1〕
〔式 3-2〕
L C D LCD i 2 i2
i 1i 1
N1 N N T
D L 一 D L
i iN i i
i4-4-4i-4—
(ND2)_1(ND)2
i N i
i 1i 1
使得L的预测误差最小。
传播模型应用
考虑到地貌的纯粹度，以及防止测试过程中建筑物阻挡等影响，在沪宁铁路 〔上海段〕沿线原有站点中选择符合地貌测试要求的3个站点〔分别是锦星、翔 黄和红湖基站〕，进行实地测试。
站点序号
站址
经度
纬度|
天线挂高(m)
EIRP
1
锦星

29

2
翔黄

15

3
红湖

32

表11：传播模型校正实测点
其中基站EIRP=发射机输出功率〔〕-馈线损耗〔〕+天线增益〔〕，计算结 果为。
表12 :测试设备
工具名称
型号
厂家
发射机
IFR 2025 signal generator
IFR
接收机
E6474A t software
E6455C〔hardware〕
Agilent
天线
K751664
kathrein
馈线
1/2

20m*20m
数字地图
GPS| GARMIN X21
笔记本电脑 Dell D610
测试结果描述
测试中一共测试了三个点：锦星、翔黄和红湖。在具体的测试路线选择以及 数据的采集上都到达了要求，路线根本在所需测试地貌内，地貌所需数据量也足 够用于分析，最后的校正结果也到达了起初的目的，能根据测试地区的地貌情况， 给出了一个推荐的数据。以下是这次测试的一个总体分析。
各个站点的路测结果分别如下列图所示:
-55SM [cEeJED -E：D：;=M[dBm)<-55
B5<=M (cEmJ i-Ga
和 5cEe〕「G5
. -75 ^=M (cEm)< -7Q
-B5<=M (cErifK-aa
. -95^=M(dBm)^90
jinMin<Lold
8 M [dBm〕：：，75
Logg, 区
liinxing^ciid
♦ M (dBm) >-45
■ -SO c：=hi (dBm] < -45
E5 :-M (dBm) <50
ES fdBm'|< EO
70 <-M(dE：rn]<65
■ -75
■ -E€i
E5
* -SO
m-95 c=M(dBml < -9：i

hongh«_old
■ M (dBm) >=-45
■ -50<-M [dBm] <-45
-55 <-M (dBn：l <ED<=M [dBm] <65 <=M fdBni] <-60
■ -70 <-M [dBrn] <-G；5
■ -75<-M [dBm] <-70
■ - [dBm] i-75
S5<=M [dBm] <-S0
■ -30<-M (dBn：l <-85 H -35<=M [dBm] <-30 . M (dBm) <-95
图5:模型校正路测图

对测试所经过的采样点进行统计，本次测试共3个站点，采样点一共有 27038个〔经纬度信息相同的场强数据进行统计平均〕其中地貌“空旷市Kurban open area所收集到的采样点占总数据的62%，其他各种地貌所占的采样点都 在6%左右，如下列图所示。前以提级，本次模型校正主要针对urban open area 地貌因子进行校正。
表13 :模型校正采样点
地貌类型
采样点数
water
199
sea
0
wet_land
2021
suburban open area
1879
urban open area
16797
green_land
1215
forest
0
high_buildings(height>40m)
27
ordinary regular buildings(heights 40m-20m)
190
parallel regular buildings(heights<20m)
1059
irregular large(h<20m,a>20*40m)
1789
irregular buildings(height<20m)
1808
suburban village
63
park
0
合计
27038
校正结果
采用最小二乘法对单个地貌因子进行校正或对所有地貌因子进行联合校正， 经过屡次校正，得到如下结果:
表14 :模型校正前后值
地貌类型
损耗〔校正前〕
损耗〔校正后〕
water
-27
-27
sea
-27
-27
wet_land
-23
-23
suburban open area
-22
-22
urban open area
-14
-20
green_land
-20
-18
forest
-9
-11
high_buildings(height>40m)
-1
-2
ordinary regular buildings(heights 40m-20m)
-3
-6
parallel regular buildings(heights<20m)
-6
-8
irregular large(h<20m,a>20*40m)
-11
-4
irregular buildings(height<20m)
-8
-8
suburban village
-14
-14
park
-15
-15

将模型校正结果用于各个测试站点，得到校正后的预测值，校正前后的实测 值和预测值比照图如下所示，其中红线是实测数据，蓝线为预测值：

综上，通过衡量误差和均值两个指标，校正后的模型到达了预期校正的目的， 校正后地貌“空旷城市区〔urban open are/的地貌损耗为-20dB。
话务模型分析
通过模型校正及覆盖以预测后，我们可以知道在给定的区域内需要建设专网 小区的最小数量，而这些小区所需要的载频配置数将是本节的研究重点。
列车话音业务估算方法
列车用户对专网小区产生的话务不同于普通宏站，由于同一铁路上一个小时 内行驶的列车数量是有限的。列车用户带来的话务量为每班列车话务量乘以一小 时内通过的列车班次数。为了保证专网小区的话音不溢出，就需要保证每班列车 在某一专网小区下通话而不产生溢出。在进行铁路专网设计时，我们采用两种方 法进行列车话音业务预估：
ERL 8表法
CRH的标准配置为8节车厢，额定载客人数为6人次，但目前也有加长型 CRH配置，即由2列CRH合并组成16节车厢，这样用户人数就到达12人。 按照目前移动客户渗透率65%计算，则这样一班CRH的移动用户为780人。以 每用户计算，则将带来话务，查ERL B表〔1%呼损〕可得需要25个TCH,考虑
到GPRS业务，专网小区至少配置5TRXO
信令分析法
爱尔兰B表法计算简便，但是由于专网内的话务均在列车使入后突发产生, 因此仅参考爱尔兰B表的数据将产生载频设计偏差。
信令分析法的原理是在专 网建设完成前，我们在铁路段 市郊边界的跨LAC点取一个主 覆盖铁路的专网小区。可以认 为当列车进入市后，乘客意识 到自己肯定不是漫游了，就会 适当的多打给家人，因此该
小区的话务分析具有典型性。当列车穿越位置区时，可以看到边界小区因位
置更新必然会瞬时产生大量SDCCH请求，那么我们认为这个时间点是列车进入 小区的起始点。然后采集小区话务量变化和占用TCH信道个数的变化来推算列 车旅客带来的影响。
以上海地区为例，我们对BSC36.5 T的建华一 1小区进行了信令跟踪，然后 分析1小时内所有由江苏使入上海站的列车产生的话务量。
表15:建华一1的TCH变化情况
列车通过时间
13:13:28 _
13:14:48
13:22:08 _
13:23:28
13:31:18 _
13:31:38
14:03:38 _
14:04:58
小区的TCH占用总时长〔列车进入〕(s)
12
12
1158
1272
小区的TCH占用总时长〔列车未进入〕(s)
740
520
680
780
小区的TCH占用总话务量〔列车进入〕(Erl)

小区的TCH占用总话务量〔列车未进入〕(Erl)

小区的TCH占用总话务增量〔列车进入前后〕 (Erl)

平均每辆列车奉献的话务量〔Erl〕

经过计算，在列车通过该小区的时间段内的TCH占用总时长为4632s,总话 务量为；在没有列车开过的相同时间段内的TCH占用总时长为2720s，总话务量
为。通过以上两组数据我们可以得到测试时间段内平均每辆列车带来的总TCH 话务量约为。而对TCH占用数据的分析，我们也可以得到该小区瞬时的TCH占 用数为12个信道。因此，建议的专网小区配置为4TRX。另外，考虑到站台及位 置区边界小区需要一定的SDCCH信道作位置更新，这些小区的载频配置建议值 为6。
TCH占用
2 0 8 6 4 2 0
1 1
OO1.
22.
42.
62.
7^2.
92.
OQZ.
23.
S3.
3.

图9:建华一1小区瞬时TCH占用数
列车数据业务估算方法
铁路专网建设中，GPRS/EDGE 业务的引入对GSM网络容量的影响始终是 一个关注重点。
现有的关于数据业务容量规划的方法很多，但一般都是把数据业务折合成话 务量〔Erlan〕后来计算PDCH的数量。这种计算方法的局限性在于没有充分考 虑GPRS/EDGE 数据业务的特殊性，如PDCH信道的共享特性，数据业务允许 适当的延时和重传特性等等。在沪宁专网无线网络规划中，需要根据专网中某一 小区在火车经过时可能引起突发的GPRS/EDGE用户数量、激活用户数、单位用 户吞吐量、数据重传比例和每PDCH信道承载速率几个要素来计算专网小区所 需要配置的PDCH数量。
铁路专网小区的数据业务特点是均值和峰值相差很大，并且大局部数据业务 都具有突发性，因此根据网络一小时的话务报告〔平均统计值〕不能客观反映用 户的行为，更不能正确指导PDCH信道配置。为了准确调查列车对铁路沿线小 区数据业务容量的影响，一种可行的方法是通过信令跟踪与分析估计列车上 GSM用户数，然后再采用掺透率法来预测GPRS/EDGE数据用户，并而计算出 每小区需要提供的净PDCH数。具体步骤如下：
〔1〕根据GPRS/EDGE 各种编码方式的数据结构和话务模型，计算PDCH信道 的实际承载速率。
IP层的用户数据在经由PDCH无线信道传输之前需要分别由SNDCP、LLC、 RLC/MAC 封装打包，同时要增加数据包头和校验比特等开销。 与核心网络 在数据传输过程中一般依据Um接无线信号质量的反应选择适宜的编码速率， 即发生CS/MCS切换。因此在数据传输过程中，IP层承载速率也随着空编码 速率的变化而变化°GPRS/EDGE 各种编码方式下实际的IP层有效速率如下表一 所示。
表16：各编码方式的承载速率
GPRS/EDGE 编码方式
调制方式
PDCH 承载速率(kbit/s)
IP层有效速率(kbit/s)
CS1
GMSK

CS2

CS3

CS4

MCS1
GMSK

MCS2

MCS3

MCS4

MCS5
8PSK
2

MCS6

MCS7

MCS8

MCS9

〔2〕根据GPRS/EDGE 的话务模型和铁路沿线某一小区实测GSM用户数，用 渗透法预计激活数据业务用户数，并且对数据业务成熟开展后进行预计。
通过信令跟踪实测某列车进入上海某小区覆盖范围时，在短时间内出现的大 量位置更新请求次数。每隔10s对该小区出现的位置更新请求〔Channel Required 〔Establish Cause:Location Upd^t^数量进行了统计，一直到位置更新请求数量 下降到闲时水平，则认为该趟列车离开了该小区的覆盖范围。在统计时段内位置 更新请求数量的突发增量，可算作一列列车上GSM用户数。
GPRS/EDGE 数据用户的预测多采用掺透率法，即引入一个掺透率参数，定 义为：
GPRS/EDGE 渗透率=GPRS/EDGE 登记用户数-GSM用户数
现取值为；
gprs/edge的数据业务量来源于实际使用该业务的用户，定义为激活用户， 并引入一个激活率参数，即
gprs/edge 激活率=gprs/edge激活用户数-gprs/edge 登记用户数
现取值为。
如果该小区突发位置更新请求次数为26，可大致估计出该列车中GPRS /edge激活用户数为：
26 （GSM 用户数）x0.1（GPRS/EDGE 掺透率）x0.14（GPRS/EDGE 激活率）=37人 〔3〕根据GPRS/EDGE用户数和每用户的数据业务平均吞吐量，计算出每小区
的IP层有效吞吐量。
每数据用户的平均吞吐量需要结合各种数据业务的渗透率，业务的渗透率是 指在所有用户中使用该项业务的比例。数据业务按按业务功能可分为：通信类、 信息类、效率类、商务类、娱乐类等几类。
根据现有数据网络各种业务，统计RLC层的流量和激活用户数，结合无线链 路层带来的协议开销在5%左右，可得到平均每数据用户业务量。
现阶段GPRS/EDGE 属于起步阶段，综合各项数据业务开展情况，估算单位 用户的平均IP层业务量为4bit£s
〔4〕根据每小区的IP层吞吐量和每PDCH信道实际承载速率，计算系统需要提 供的净PDCH数。通过PDCH的利用率，计算系统需要提供的PDCH数。
为配置小区合理的PDCH数，需要计算每PDCH的平均IP层承载速率,GPRS 用户采用CS1-CS4编码速率，EDGE用户采用MCS1-MCS8编码速率，根据各种 编码方式的使用比例，可得到每个PDCH的平均IP层承载速率。
4.8
CS C % MCS MC %
IP层承载速率=i1i i i1 i i；
Ci%为各CS编码方式占总数据业务量〔GPRS业务量+EDGE业务量〕的比例；
MC /为各MCS编码方式总数业务量〔GPRS业务量+EDGE业务量〕的比例；
CSi为相应CSi〔i=1,2,3,〕4编码方式对应的IP层有效数据速率；
MCSi为相应MCSi 〔 i=1,2,…，出编码方式对应的IP层有效数据速率；
例如，在沪宁铁路专网建设中，测得某专网小区在1小时内的RLC层数据业务
流量如下:
表17: RLC层数据流量
上行
下行
编码方式
RLC层流量（bit）
占用比
编码方式
RLC层流量(bit)
占用比
CS1
55737842
53.55%
CS1
37764586
14.30%
CS2
30913124
29.70%
CS2
161404898
61.12%
CS3
4705720
4.52%
CS3
12216350
4.63%
CS4
1314113
1.26%
CS4
7998835
3.03%
MCS1
1822774
1.75%
MCS1
716928
0.27%
MCS2
2518589
2.42%
MCS2
11978936
4.54%
MCS3
794938
0.76%
MCS3
3045166
1.15%
MCS4
6285069
6.04%
MCS4
10744453
4.07%

MCS5
1555048
0.59%

MCS6
4167147
1.58%

MCS7
5357940
2.03%

MCS8
7141375
2.70%

可以计算得到，该小区上行PDCH的平均IP层承载速率为，下行PDCH的平均 IP层承载速率为。

根据小区单位PDCH的平均IP层承载速率和平均IP层吞吐量，并定义： 小区GPRS/EDGE用户的平均IP吞吐量=GPRS/EDGE 激活用户数x平均每用户 IP吞吐量。
小区所需PDCH信道数量=小区IP吞吐量！单位PDCH的IP承载速率。 因此可计算并根据实际情况得到该小区的PDCH配置数。
表18: PDCH配置结果
含开销的每用户平均IP业务量〔bit/〕？
4
GPRS/EDGE 用户渗透率

GPRS/EDGE 用户激活率

小区内GSM用户数
26
小区内GPRS/EDGE 激活用户数

小区内所有用户的平均IP吞吐量〔kbit/?

每PDCH信道的IP层承载速率〔kbit/?

小区内所需的净PDCH信道数量

PDCH利用率

小区实际需要的PDCH数量
2
小区实际PDCH最终配置
4

〔5〕根据实际网络数据业务的开展状况和实际小区的配置来选择适宜的经验配 置建议。需要结合小区TRX、TCH和SDCCH 的配置，分析引入PDCH对TCH 的影响。
如果GPRS/EDGE业务没有采用专用的网络承载，则还需要考虑语音业务信 道转换成PDCH后所剩余的TCH信道能否仍能满足语音业务的正常要求。如果 不能满足，则还需进行相应的扩容。可以根据呼损查ErlangB表，得到对应于载 频和时隙的理论上的最大可以承载的话务量。
TRX
SDCCH
信道数
TCH+PDCH
信道数
PDCH信道数增加后可支持的语音话务量〔ERL〕
0
1
2
3
4
5
6
7
1 TRX
2
6

0
0
2 TRX
2
14

3 TRX
2
22

4 TRX
3
29

5 TRX
3
37

2

6 TRX
3
45

31

7 TRX
4
52

8 TRX
4
60

44

表19： PDCH配置对TCH影响
天线选择
引入PDCH对TCH的影响见下表，可以看出随着PDCH数量的增加，可支 持的语音话务量逐渐减少。

由于铁路属于狭长地形场景覆盖，并且专网小区基站根据实际地理条件与铁 路沿线可能有一定距离，因此根据实际情况需要选择不同的天线。
如果专网基站与铁路沿线的垂直距离小于1米，为防止越区覆盖，优先采 用32度窄波束天线〔如ODP-032R18dB〕，并且每个小区使用两副天线对铁路实 施覆盖。具体见示意图。为保证一定的覆盖距离〔暂定为750米〕，在基站中心 两侧总长度为L〔L<240米〕的范围内将