高速鐵路與聯(lián)通3G處于同一歷史發(fā)展階段

隨著我國高速鐵路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，服務(wù)日趨完善，高鐵成為人們出行首選的交通工具。華為在高鐵移動覆蓋方面積累了豐富的經(jīng)驗和解決方案，目前已完成全球最快的上海磁懸浮431公里/小時下的HSPA+覆蓋，平均速率達到9Mb/s以上。同時借助海外高速鐵路移動覆蓋的多年經(jīng)驗積累，針對高鐵速度快、頻偏大、車損高、切換難等一系列問題，總結(jié)了一整套完善的覆蓋解決方案和優(yōu)化手段；通過相關(guān)的多普勒頻偏補償算法、鏈形小區(qū)優(yōu)先切換算法等一系列技術(shù)手段，不斷克服高速鐵路覆蓋中面臨的各種問題，可以有效解決高速移動狀態(tài)下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性和高速切換等覆蓋瓶頸。

從某種意義上來看，聯(lián)通3G和高鐵處于共同的歷史發(fā)展階段，都處于發(fā)展的初期，并面臨重大的發(fā)展機遇。

如何根據(jù)高鐵建設(shè)與運營的發(fā)展歷程，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，建設(shè)聯(lián)通3G針對高鐵的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)階段聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要任務(wù)之一。

高速鐵路覆蓋的特點是速度高、穿透損耗大、切換頻繁，這也對移動通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。

WCDMA網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展分析

3G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)需求與不同業(yè)務(wù)發(fā)展狀況息息相關(guān)。

目前3G網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)種類及發(fā)展情況

● 純語音業(yè)務(wù)

純語音業(yè)務(wù)是目前的基本業(yè)務(wù)，可以預(yù)見長期內(nèi)依然是主流業(yè)務(wù)，也是運營商的主要收入及利潤。

● 可視電話業(yè)務(wù)

在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前，業(yè)界普遍預(yù)測可視電話為新的殺手業(yè)務(wù)，但從實際業(yè)務(wù)發(fā)展情況看，可視電話并未得到3G用戶的廣泛使用。結(jié)合國外3G運營商的實際情況，可視電話業(yè)務(wù)的低迷預(yù)計會持續(xù)一段時間。

● 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前，2G網(wǎng)絡(luò)已培養(yǎng)了一大批低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶，已成為新的利潤增長點。3G網(wǎng)絡(luò)可延續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并依靠網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢逐步提高數(shù)據(jù)用戶的感知度。

● 高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

從全球WCDMA網(wǎng)絡(luò)運營情況看，HSPA高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已成為發(fā)展最為迅速的增值業(yè)務(wù)。從長期來看，流媒體、手機網(wǎng)絡(luò)游戲、在線音樂、大容量下載等高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是3G業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢。

高速鐵路的WCDMA用戶需求分析與網(wǎng)絡(luò)承載能力要求

規(guī)劃期內(nèi)高鐵建設(shè)階段，高鐵沿線的用戶構(gòu)成主要為高鐵施工人員。高鐵施工人員經(jīng)濟收入和文化水平不高，通信需求強烈。基于此階段的用戶構(gòu)成，規(guī)劃期內(nèi)高鐵建設(shè)階段的業(yè)務(wù)需求主要為語音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。鐵路施工期間，將對網(wǎng)絡(luò)的語音承載能力有一定的要求。

WCDMA業(yè)務(wù)發(fā)展前期的特征為高鐵乘客中WCDMA用戶逐步滲透，業(yè)務(wù)需求以WCDMA語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。此時WCDMA用戶數(shù)還不多，語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的承載能力要求不高，也就是說，網(wǎng)絡(luò)將會處于低負荷的運行狀態(tài)。

在WCDMA業(yè)務(wù)發(fā)展中期，為吸引用戶，推廣高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)勢在必行。這一時期高鐵乘客中WCDMA用戶的滲透率達到一定水平，WCDMA業(yè)務(wù)需求豐富多樣，語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之外，可視電話業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求也會比較強烈。此階段，語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量將對網(wǎng)絡(luò)提出一定的承載能力要求。列車運行經(jīng)過路段，網(wǎng)絡(luò)將會運行于正常的負荷水平。

高速鐵路基站覆蓋規(guī)劃與設(shè)計

時速350km高鐵WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標

覆蓋目標：全線95%以上的路段，WCDMA網(wǎng)RSCP大于-95dBm;全線達到語音業(yè)務(wù)和可視電話業(yè)務(wù)（CS64kbps）連續(xù)覆蓋，并能提供高速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

質(zhì)量目標：全線接通率大于98%,掉話率小于1%,切換成功率大于98%.

工程目標：在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時，做到建設(shè)成本最低，建設(shè)周期最短。

高鐵覆蓋基本參數(shù)取定

列車穿透損耗WCDMA系統(tǒng)均取25dB;小區(qū)切換時間設(shè)計采用值為3s;多普勒頻移，WCDMA制式標準允許的中心頻率偏差為±800Hz,因此在列車時速為350km時，不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

覆蓋半徑的計算

不同業(yè)務(wù)在不同場景下，根據(jù)上行鏈路預(yù)算結(jié)果計算出的部分覆蓋半徑如表1所示。

表1 不同業(yè)務(wù)在不同場景下的覆蓋半徑

由以上計算結(jié)果看出，相同天面配置下，CS12.2kbps業(yè)務(wù)相對CS64kbps業(yè)務(wù)，其覆蓋距離增加40%~60%左右。

不同3G業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求

從鏈路預(yù)算結(jié)果看，不同業(yè)務(wù)所允許的最大路徑損耗有所差異，CS12.2kbps和CS64kbps業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋所允許的路徑損耗相差約5dB.通過傳播模型計算出的小區(qū)覆蓋半徑也有所差異。

考慮到切換所需重疊覆蓋區(qū)域（T），以及不同環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，可以計算出滿足不同業(yè)務(wù)需求應(yīng)設(shè)置的最小站距。

在城區(qū)環(huán)境下采用65°天線蜂窩組網(wǎng)，站距D=1.5（R-T/2）；郊區(qū)環(huán)境下，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)的覆蓋，采用90°天線蜂窩組網(wǎng)，扇區(qū)夾角120°情況下，站距D=1.73（R-T/2），此時基站距鐵路垂直距離建議為500~900m.如果基站距離鐵路較近，300~500m,建議采用65°天線，扇區(qū)夾角150°左右，站距D=1.93（R-T/2）；如果是純高鐵覆蓋，且不考慮兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)的覆蓋，可采用33°天線，基站距鐵路垂直距離建議150~300m,此時可以認為D≈2（R-T/2）。

在典型參數(shù)情況下，郊區(qū)基站兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋，要保證可視電話業(yè)務(wù)連續(xù)，掛高40~50m情況下，平均站距為2.5~2.8km;如果是純道路覆蓋，采用高增益窄波束天線，站距為3.4~3.9km.如果只保證語音業(yè)務(wù)連續(xù)，郊區(qū)基站考慮兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋，掛高40~50m情況下，平均站距為3.9~4.5km;純道路覆蓋，采用高增益窄波束天線，站距為5.6~6.0km.

基站建設(shè)策略比較

以京滬高鐵安徽段為例，其全長266km,設(shè)計時速350km,有兩種基站建設(shè)策略：策略一，一步到位按滿足CS64kbps業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋，并可提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，基站平均站距2.7km;策略二，分階段建設(shè)，先滿足純語音業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋，基站平均站距4.2km,隨著WCDMA用戶增長和業(yè)務(wù)的發(fā)展，逐步增加基站，滿足CS64kbps連續(xù)和全線提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

不同的建設(shè)策略在新增基站規(guī)模、投資規(guī)模以及建設(shè)周期上，有較大差異。從覆蓋里程所需基站數(shù)（加10%余量）、可利舊的基站配套數(shù)量（約30%基站可與現(xiàn)網(wǎng)共站建設(shè)）以及投資額度等方面對兩種策略進行比較，如表2所示。

表2 兩種建設(shè)策略的比較

從表2可以看出，如果采用一步到位的建設(shè)策略，一次性配套建設(shè)規(guī)模較大，比分步實施的策略高出一倍的建設(shè)規(guī)模，投資規(guī)模也高一倍，但可滿足可視電話業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋。分步實施的建設(shè)策略只能先提供語音業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋，在未來幾年逐步增加覆蓋站點，極端情況下，按每2個基站之間增加1個基站計算，最終平均站距達到約2km.

分步實施的建設(shè)策略的優(yōu)點主要是：一次性投入較小，建設(shè)工程量小，投資小。未來的投資規(guī)模可根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展逐步投資，投資效益比可控。

京滬高速鐵路覆蓋策略及未來網(wǎng)絡(luò)需求可能

根據(jù)以上的業(yè)務(wù)需求分析和覆蓋策略比較，安徽聯(lián)通制定了分階段進行京滬高速鐵路無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的建設(shè)策略。

高速鐵路建設(shè)階段

此階段根據(jù)施工開工情況，有選擇地完成GSMWCDMA基站的建設(shè)，為施工人員提供語音和低速數(shù)據(jù)等移動通信業(yè)務(wù)。此階段的基站建設(shè)需參考全線基站規(guī)劃，在高鐵施工完畢后，只需做簡單調(diào)整即可作為高鐵線覆蓋基站，以保護前期投資不浪費。

WCDMA業(yè)務(wù)發(fā)展前期

在WCDMA業(yè)務(wù)發(fā)展前期（2010-2012年），京滬高鐵覆蓋只滿足WCDMA語音業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋的需求，同時全線提供WCDMA低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入能力。

未來幾年高鐵覆蓋策略

在WCDMA業(yè)務(wù)發(fā)展中期，要根據(jù)業(yè)務(wù)實際發(fā)展的情況，有針對性地完善京滬高鐵的覆蓋：

● 情景一：可視電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展

可視電話業(yè)務(wù)對WCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋有較高要求，為滿足可視電話連續(xù)覆蓋的需求，需在WCDMA業(yè)務(wù)發(fā)展前期的規(guī)劃基站基礎(chǔ)上新增WCDMA基站，將平均站距減小至2km.在前期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，需一并考慮未來新增基站的站址選擇，做好前期建設(shè)的基站和后續(xù)新增基站備選點的整體規(guī)劃，實現(xiàn)"一次規(guī)劃，分步實施"的建設(shè)策略。

新增基站后，除滿足可視電話業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋外，同時全線提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入的能力。

● 情景二：可視電話業(yè)務(wù)發(fā)展緩慢，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對連續(xù)覆蓋要求不高，但高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對下行覆蓋鏈路有較高要求。此種情況可采用增強基站發(fā)射功率改善下行鏈路，開通WCDMA第二載波作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)專用頻道等手段解決高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，而無需新增基站。

京滬高鐵安徽段規(guī)劃結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場勘查情況，京滬高鐵郊區(qū)路段平均站距為4.2km,在城區(qū)或兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋路段，適當(dāng)增加站點，減小站間距。京滬高速鐵路實際基站規(guī)劃設(shè)置比理論計算略多，具體基站設(shè)置情況如表3所示。

表3 京滬鐵路WCDMA基站設(shè)置

我國高速鐵路建設(shè)進入了蓬勃發(fā)展的新時期，制定一次規(guī)劃、分步建設(shè)的高速鐵路覆蓋方案，在目前投資壓力較大，以及3G不同業(yè)務(wù)存在不同發(fā)展可能的情況下，不失為一種較經(jīng)濟實用的組網(wǎng)方案。