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(kuò)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(yàn)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(shí)下的HSPA+覆蓋,平均速率達(dá)到9Mb/s以上。同時(shí)借助海外高速鐵路移動覆蓋的多年經(jīng)驗(yàn)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(bǔ)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(jī)遇。
如何根據(jù)高鐵建設(shè)與運(yùn)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(diǎn)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?fàn)顩r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(yùn)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(shí)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(yùn)營商的實(shí)際情況,可視電話業(yè)務(wù)的低迷預(yù)計(jì)會持續(xù)一段時(shí)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(diǎn)。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(yùn)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(jī)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(jì)收入和文化水平不高,通信需求強(qiáng)烈?;诖穗A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(shí)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(fù)荷的運(yùn)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(shí)期高鐵乘客中WCDMA用戶的滲透率達(dá)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(qiáng)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(yùn)行經(jīng)過路段,網(wǎng)絡(luò)將會運(yùn)行于正常的負(fù)荷水平。
高速鐵路基站覆蓋規(guī)劃與設(shè)計(jì)
時(shí)速350km高鐵WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)
覆蓋目標(biāo):全線95%以上的路段,WCDMA網(wǎng)RSCP大于-95dBm;全線達(dá)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(biāo):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(biāo):在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時(shí),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(shí)間設(shè)計(jì)采用值為3s;多普勒頻移,WCDMA制式標(biāo)準(zhǔn)允許的中心頻率偏差為±800Hz,因此在列車時(shí)速為350km時(shí),不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
覆蓋半徑的計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(shí)可以認(rèn)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(jì)時(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(diǎn),極端情況下,按每2個(gè)基站之間增加1個(gè)基站計(jì)算,最終平均站距達(dá)到約2km.
分步實(shí)施的建設(shè)策略的優(yōu)點(diǎn)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)??筛鶕?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(jìn)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(hù)前期投資不浪費(fèi)。
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(shí)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(shí)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(shí),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(diǎn)的整體規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)"一次規(guī)劃,分步實(shí)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(shí)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(qiáng)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(diǎn),減小站間距。京滬高速鐵路實(shí)際基站規(guī)劃設(shè)置比理論計(jì)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(jìn)入了蓬勃發(fā)展的新時(shí)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(jì)實(shí)用的組網(wǎng)方案。
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