中国铁塔股份有限公司
Q/ZTT 2086-2017
2017-10-15发布
通信基站梯次利用车用动力电池
技术规范
V1.1
2017-10-15实施
中国铁塔股份有限公司发布
前 言
本技术要求依据相关国家标准和行业标准，结合中国铁塔股份有限公司（以下简称为“公司”）建设实际情况，提出了公司在铁塔建设上的技术要求，将为公司铁塔建设提供技术依据。
本标准规范内容包含梯次利用车用动力电池技术规格参数、梯次利用电池测量性能要求与测量标准、测量精度要求、电池工作环境状态及使用要求。
本技术要求由中国铁塔股份有限公司负责解释、监督执行。 本技术要求主编单位：中国铁塔股份有限公司能源创新中心。
本技术要求参编单位：北京中瑞森通信科技有限公司、同信通信股份有限公司、哈尔滨凯尔达科技开发有限公司、深圳市德赛电池科技股份有限公司。
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1导言
伴随着我国高速铁路建设的不断加快以及铁路列车的不断提速，高速铁路、城际快车已经成为越来越多商务人士的选择，用户对网络覆盖、质量提出了越来越高的要求，铁路覆盖已经成为各个运营商展现品牌的战场。随着中国移动TD-LTE的大规模建设，高速的数据通信已经变为现实，在高速铁路上，用户同样希望体验到高速数据通信给生活工作带来的各种便利。根据高铁目前的运营现状及未来发展趋势，高铁无线覆盖方案必须满足300km/h及以上高速行驶要求。高速列车场景的网络覆盖面临严峻挑战，为业界所熟知的三大难点：车体穿透损耗大、多普勒频移和小区间频繁切换。高速带来的多普勒频移会破坏OFDM子载波的正交性，导致了误码率的降低；终端在不同基站小区间频繁切换，影响用户体验；无线信号穿透车体穿透损耗大，影响车内无线覆盖。
2TD-LTE高铁网络链路预算
在高铁网络的规划设计中，链路预算是比较重要的问题，它是衡量高铁站点数量和站间距是否满足要求的标准，进而对高铁网络投资规模及建成后的网络性能是否能达到预期产生重要影响。TD-LTE为上行覆盖受限，下行干扰受限，因此在链路预算中通常是以上行计算确定小区半径。影响高铁链路预算的主要因素包括：工作频段、带宽、天线类型、信道类型；列车速度；车厢穿透损耗；业务类型要求（PS64/128/256/512??）；高铁场景无线传播特性；小区负荷；小区边缘覆盖概率。其中，属于高铁场景特有影响因素主要包括列车速度、车厢穿透损耗和高铁无线传播特性。
2.1列车速度
LTE用户体验随列车速度提升而下降。系统仿真结果表明，受到UE高速移动的影响，进行上行链路预算时，350公里/小时下要比120公里/小时下多考虑1dB
的额外损耗。此外，为了保证高速移动终端的无缝切换，需要切换区的线路长度必须满足最低的长度要求，而最低的切换区长度要求由终端移动速度和最大的切换时延推导而出。中国移动TD-LTE网络质量指标中对切换时延的要求是：控制面切换时延<100毫秒，用户面切换时延<50毫秒。不过在网络工程中计算小区重叠覆盖距离时，为保留一定冗余，建议按1秒时长来估算最低限度
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的小区重叠覆盖距离（GSM网络中则需按10秒来考虑）。那么，以350公里/小时（97米/秒）车速为例，小区重叠覆盖距离需求为97米（而GSM网络为970米）。
2.2车厢穿透损耗
受列车高速运动的影响，车厢穿透损耗并非固定值，高速下穿透损耗随着入射角的快速变化而变化，从而使得车厢内信号覆盖强度处于不断动态起伏波动之中。当入射角小于20度时，穿透损耗将快速增大；特别地，当入射角小于10度时，各类列车的穿透损耗都接近甚至超过30dB。因此，在高铁网络无线规划中，有以下几项重要
原则：高铁小区天线方位角需结合站址分布做精细规划，尽量使天线主瓣方向以20度左右的入射角度沿铁路（避免平行于铁路线）进行覆盖；虽然不同CRH车型的静态穿透损耗差别较大，但是在相邻两个站点的衔接处，即是距左右站点的最远处，列车与两侧小区主瓣方向的入射角通常都在10度以内，因此建议进行室外高铁链路预算时，车厢穿透损耗取最大值30dB；对于采用泄漏电缆的隧道覆盖路段，由于漏缆信号基本都是接近垂直角度入射进车厢，其穿透损耗将远小于室外路段的情形，再考虑一定冗余，建议此时车厢穿透损耗值取12dB。
2.3高铁场景无线传播特点
高铁途经的地形地貌非常多样且复杂，包括市区、郊区、高架、桥梁、隧道、丘陵、山区V型槽等诸多环境。在高铁建设初期，首先出现的是200公里/小时左右的动车组列车，这一阶段的列车提速主要基于车型更新与电气化改造，因此动车的铁轨基本都还是沿地面铺设为主。到2011年以后，开始出现大量300公里/小时以上的真正意义上的高铁线路，比如京沪高铁、沪宁高铁、沪杭高铁、武广高铁等，这些高铁线路有一个共同的新特点，那就是大部分（占全路段80%以上）都架设在新修建的专用高架桥上。从移动通信网络设计角度看，这一新现象带来的直接影响就是无线传播环境的变化，即UE天线有效高度发生了重大改变。众所周知，在常规的传播环境中，移动台天线有效高度都默认设置为1.5米，但是在高铁场景中，高铁手机用户跟随列车一起在高架桥上快速移动，其UE天线有效高度被大大提高，对链路预算结果将产生重要影响。在此
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引用菲涅尔余隙原理来做深入分析。根据惠更斯-菲涅尔原理，在电波的传输过程中，波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波源，这种波源称为二次波源。而空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点相互干涉、叠加的结果。当无线电信号的发射机和接收机之间的无线电信号传输路径被障碍物遮挡时，会发生绕射。由障碍物表面产生的二次波散布于空间，甚至在障碍物的背面。假设障碍物与发射天线、接收天线的相对位置如图1所示，图中x表示障碍物顶点P至直线TR之间的垂直距离，在无线电信号传播理论中，x被称为菲涅尔余隙。从波源T点辐射到R点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的，只要第一菲涅尔区不被阻挡，就可以获得近似自由空间的传播条件。
障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图2所示。当x/x1>0.5（P点低于R点）时，障碍物对无线电信号的传播基本没有影响。当x=0（P点与R点同高度）时，无线电信号从障碍物顶点擦过，绕射损耗约为6dB。当x<0（P点高于R点）时，无线电信号被障碍
物直接遮挡，损耗将急剧增加。由此可见，接收点R（即移动台UE）有效高度的提升，有助于克服地形地貌中各种障碍物的影响，使得x变大（甚至可由负变正），从而大大改善无线传播环境，小区覆盖半径也将明显增大。因此，
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对高铁网络的链路预算，根据其传播特性
的不同，需要对“铁路线沿地面铺设”和“铁路线沿高架铺设”这2种情况分别予以考虑。
3小区合并功能应用价值评估
3.1小区合并功能在高铁场景中的作用
小区合并功能最初是在GSM高铁网络中提出并应用的，其作用主要体现在以下2个方面：减少切换次数，减少逻辑小区数量，从而减少切换次数；切换次数的减少可降低切换失败及掉线的概率，并减少对信令信道的冲击。提升数据业务吞吐率，减少切换过程中出现的速率降级；提高整体吞吐率，进而提升用户感知。另一方面，过多的小区合并级数亦有负面影响，包括小区合并级数越多，逻辑小区距离越长，吸纳的铁路线外围的UE越多，反而会降低高铁UE用户体验。）高铁UE所处的逻辑小区内的各站点将同时处于高负荷工作状态，导致全网的功耗上升，不符合节能减排原则。
4结论
在TD-LTE高铁网络的规划设计中，除了考虑高速移动因素外，还需特别关注UE高度提升带来的传播特性的变化，这对链路预算结果有着重要影响。同时，通过构建理论数学模型，对小区合并功能在高铁场景中的应用价值做了定量计算与分析，以深化对该功能实际应用效果的理性认识。
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