高速铁路分步建设WCDMA网络方案介绍

高速铁路与联通3G处于同一历史发展阶段

随着我国高速铁路网规模的不断扩大，服务日趋完善，高铁成为人们出行首选的交通工具。华为在高铁移动覆盖方面积累了丰富的经验和解决方案，目前已完成全球最快的上海磁悬浮431公里/小时下的HSPA+覆盖，平均速率达到9Mb/s以上。同时借助海外高速铁路移动覆盖的多年经验积累，针对高铁速度快、频偏大、车损高、切换难等一系列问题，总结了一整套完善的覆盖解决方案和优化手段；通过相关的多普勒频偏补偿算法、链形小区优先切换算法等一系列技术手段，不断克服高速铁路覆盖中面临的各种问题，可以有效解决高速移动状态下数据业务的连续性和高速切换等覆盖瓶颈。

从某种意义上来看，联通3G和高铁处于共同的历史发展阶段，都处于发展的初期，并面临重大的发展机遇。

如何根据高铁建设与运营的发展历程，以科学发展观为指导，建设联通3G针对高铁的通信网络，是现阶段联通3G网络规划的重要任务之一。

高速铁路覆盖的特点是速度高、穿透损耗大、切换频繁，这也对移动通信网络提出了更高的要求。

WCDMA网业务发展分析

3G网络的网络需求与不同业务发展状况息息相关。

目前3G网络上的业务种类及发展情况

● 纯语音业务

纯语音业务是目前的基本业务，可以预见长期内依然是主流业务，也是运营商的主要收入及利润。

● 可视电话业务

在3G网络建设前，业界普遍预测可视电话为新的杀手业务，但从实际业务发展情况看，可视电话并未得到3G用户的广泛使用。结合国外3G运营商的实际情况，可视电话业务的低迷预计会持续一段时间。

● 数据业务

在3G网络建设前，2G网络已培养了一大批低速数据业务用户，已成为新的利润增长点。3G网络可延续发展数据业务，并依靠网络优势逐步提高数据用户的感知度。

● 高速数据业务

从全球WCDMA网络运营情况看，HSPA高速数据业务已成为发展最为迅速的增值业务。从长期来看，流媒体、手机网络游戏、在线音乐、大容量下载等高速数据业务是3G业务的发展趋势。

高速铁路的WCDMA用户需求分析与网络承载能力要求

规划期内高铁建设阶段，高铁沿线的用户构成主要为高铁施工人员。高铁施工人员经济收入和文化水平不高，通信需求强烈。基于此阶段的用户构成，规划期内高铁建设阶段的业务需求主要为语音业务和低速数据业务。铁路施工期间，将对网络的语音承载能力有一定的要求。

WCDMA业务发展前期的特征为高铁乘客中WCDMA用户逐步渗透，业务需求以WCDMA语音业务和数据业务为主。此时WCDMA用户数还不多，语音及数据业务对网络的承载能力要求不高，也就是说，网络将会处于低负荷的运行状态。

在WCDMA业务发展中期，为吸引用户，推广高速数据业务势在必行。这一时期高铁乘客中WCDMA用户的渗透率达到一定水平，WCDMA业务需求丰富多样，语音业务、数据业务之外，可视电话业务和高速数据业务需求也会比较强烈。此阶段，语音及数据业务量将对网络提出一定的承载能力要求。列车运行经过路段，网络将会运行于正常的负荷水平。

高速铁路基站覆盖规划与设计

时速350km高铁WCDMA网络建设目标

覆盖目标：全线95%以上的路段，WCDMA网RSCP大于-95dBm;全线达到语音业务和可视电话业务（CS64kbps）连续覆盖，并能提供高速率的分组数据业务。

质量目标：全线接通率大于98%,掉话率小于1%,切换成功率大于98%.

工程目标：在保证网络服务的同时，做到建设成本最低，建设周期最短。

高铁覆盖基本参数取定

列车穿透损耗WCDMA系统均取25dB;小区切换时间设计采用值为3s;多普勒频移，WCDMA制式标准允许的中心频率偏差为±800Hz,因此在列车时速为350km时，不会影响网络的正常运行。

覆盖半径的计算

不同业务在不同场景下，根据上行链路预算结果计算出的部分覆盖半径如表1所示。

表1 不同业务在不同场景下的覆盖半径

由以上计算结果看出，相同天面配置下，CS12.2kbps业务相对CS64kbps业务，其覆盖距离增加40%~60%左右。

不同3G业务对网络覆盖的要求

从链路预算结果看，不同业务所允许的最大路径损耗有所差异，CS12.2kbps和CS64kbps业务连续覆盖所允许的路径损耗相差约5dB.通过传播模型计算出的小区覆盖半径也有所差异。

考虑到切换所需重叠覆盖区域（T），以及不同环境下的网络组网方式，可以计算出满足不同业务需求应设置的最小站距。

在城区环境下采用65°天线蜂窝组网，站距D=1.5（R-T/2）；郊区环境下，兼顾乡镇的覆盖，采用90°天线蜂窝组网，扇区夹角120°情况下，站距D=1.73（R-T/2），此时基站距铁路垂直距离建议为500~900m.如果基站距离铁路较近，300~500m,建议采用65°天线，扇区夹角150°左右，站距D=1.93（R-T/2）；如果是纯高铁覆盖，且不考虑兼顾乡镇的覆盖，可采用33°天线，基站距铁路垂直距离建议150~300m,此时可以认为D≈2（R-T/2）。

在典型参数情况下，郊区基站兼顾乡镇覆盖，要保证可视电话业务连续，挂高40~50m情况下，平均站距为2.5~2.8km;如果是纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距为3.4~3.9km.如果只保证语音业务连续，郊区基站考虑兼顾乡镇覆盖，挂高40~50m情况下，平均站距为3.9~4.5km;纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距为5.6~6.0km.

基站建设策略比较

以京沪高铁安徽段为例，其全长266km,设计时速350km,有两种基站建设策略：策略一，一步到位按满足CS64kbps业务连续覆盖，并可提供高速数据业务，基站平均站距2.7km;策略二，分阶段建设，先满足纯语音业务连续覆盖，基站平均站距4.2km,随着WCDMA用户增长和业务的发展，逐步增加基站，满足CS64kbps连续和全线提供高速数据业务。

不同的建设策略在新增基站规模、投资规模以及建设周期上，有较大差异。从覆盖里程所需基站数（加10%余量）、可利旧的基站配套数量（约30%基站可与现网共站建设）以及投资额度等方面对两种策略进行比较，如表2所示。

表2 两种建设策略的比较

从表2可以看出，如果采用一步到位的建设策略，一次性配套建设规模较大，比分步实施的策略高出一倍的建设规模，投资规模也高一倍，但可满足可视电话业务的连续覆盖。分步实施的建设策略只能先提供语音业务的连续覆盖，在未来几年逐步增加覆盖站点，极端情况下，按每2个基站之间增加1个基站计算，最终平均站距达到约2km.

分步实施的建设策略的优点主要是：一次性投入较小，建设工程量小，投资小。未来的投资规模可根据业务发展逐步投资，投资效益比可控。

京沪高速铁路覆盖策略及未来网络需求可能

根据以上的业务需求分析和覆盖策略比较，安徽联通制定了分阶段进行京沪高速铁路无线网络覆盖的建设策略。

高速铁路建设阶段

此阶段根据施工开工情况，有选择地完成GSMWCDMA基站的建设，为施工人员提供语音和低速数据等移动通信业务。此阶段的基站建设需参考全线基站规划，在高铁施工完毕后，只需做简单调整即可作为高铁线覆盖基站，以保护前期投资不浪费。

WCDMA业务发展前期

在WCDMA业务发展前期（2010-2012年），京沪高铁覆盖只满足WCDMA语音业务连续覆盖的需求，同时全线提供WCDMA低速数据业务接入能力。

未来几年高铁覆盖策略

在WCDMA业务发展中期，要根据业务实际发展的情况，有针对性地完善京沪高铁的覆盖：

● 情景一：可视电话和数据业务快速发展

可视电话业务对WCDMA网络覆盖有较高要求，为满足可视电话连续覆盖的需求，需在WCDMA业务发展前期的规划基站基础上新增WCDMA基站，将平均站距减小至2km.在前期网络规划时，需一并考虑未来新增基站的站址选择，做好前期建设的基站和后续新增基站备选点的整体规划，实现"一次规划，分步实施"的建设策略。

新增基站后，除满足可视电话业务连续覆盖外，同时全线提供高速数据业务接入的能力。

● 情景二：可视电话业务发展缓慢，高速数据业务快速发展

数据业务对连续覆盖要求不高，但高速数据业务对下行覆盖链路有较高要求。此种情况可采用增强基站发射功率改善下行链路，开通WCDMA第二载波作为数据业务专用频道等手段解决高速数据业务需求，而无需新增基站。

京沪高铁安徽段规划结果

根据现场勘查情况，京沪高铁郊区路段平均站距为4.2km,在城区或兼顾乡镇覆盖路段，适当增加站点，减小站间距。京沪高速铁路实际基站规划设置比理论计算略多，具体基站设置情况如表3所示。

表3 京沪铁路WCDMA基站设置

我国高速铁路建设进入了蓬勃发展的新时期，制定一次规划、分步建设的高速铁路覆盖方案，在目前投资压力较大，以及3G不同业务存在不同发展可能的情况下，不失为一种较经济实用的组网方案。