宽带码分多址在高铁中的网络建设与展望.doc

宽带码分多址在高铁中的网络建设与展望高速铁路与联通3G处于同一历史发展阶段目前我国高速铁路进入快速发展阶段，到2012年，我国将建成客运专线42条，总里程1.3万km，其中时速250km的线路有5000km，时速350km的线路有8000km。近年来部分路段高速铁路已正式运营，有越来越多的人选择乘坐高铁出行。2009年1月7日，工业和信息化部为中国联通、中国移动和中国电信发放3张3G牌照，中国进入3G时代。经过1年多的建设，中国联通已建设成覆盖全国所有地市及县城的WCDMA网络，全网开通HSPA功能，在覆盖区内，拥有强大的3G业务支撑能力。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来源。 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500900m。如果基站距离铁路较近，300500m，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150300m，此时可以认为D2（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4050m情况下，平均站距为2.52.8km；如果是纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距为3.43.9km。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4050m情况下，平均站距为3.94.5km；纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距为5.66.0km。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（20102012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