鐵塔公司多運營商高鐵共建站址設置方案

王星，秦文，周雙波，王韜

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 引言

根據行業標準《高速鐵路設計規范》中的定義，高速鐵路定義為新建鐵路旅客列車設計最高行車速度達到250 km/h及以上的鐵路。各運營商各個系統的高鐵公網覆蓋都要求帶狀連續覆蓋，而高鐵貫穿多種地形地貌，同時高速移動帶來的多普勒頻移大、切換頻次多、各系統切換時間不一致、重疊覆蓋切換區隨車速而增大、高鐵車體穿透損耗高、不同車體穿損相差大等因素使得鐵塔公司在多運營商共建公網覆蓋的最大難題是站址的選擇。一個好的站址設置方案必須既滿足各運營商多系統的良好覆蓋，又能最大限度地共建共享，本文通過分析各運營商覆蓋受限的網絡，研究各系統重疊切換區域的設置，對比不同車體的損耗，給出了這樣一種方案。

2 高鐵列車穿透損耗分析

高速鐵路上行駛車輛車型分為五大類和若干子類，其設計時速會影響切換重疊區的設置，穿透損耗直接決定了站距，車體高度和車窗位置影響了站址高度、站址與軌道的距離以及入射角度。表1對高鐵列車的重要參數指標進行了比較。

表1 高鐵列車參數一覽

高鐵列車車體損耗大，且不同區域的損耗值不同，如車廂連接處、乘客坐席處的損耗就不同。目前國內高速列車中除 CRH2、CRH380A（原型車 CRH2C）外，其他車型穿透損耗均較高。

對不同車型穿透損耗不同引起覆蓋能力的差異分別進行核算，考慮到高鐵線路上同時運營多種車型，如福建等南方線用到CRH1型車，沈陽等東北線用到CRH380B型車，因此本文采用高穿損車型為參考模型，以滿足、兼容高速鐵路通信網對全系列高速列車的參考要求。本文對各系統采用的穿透損耗見表2。

3 各通信系統覆蓋分析

3.1 通信系統網絡制式與覆蓋目標

根據各運營商當前的通信系統網絡制式和發展規劃，近期分場景的系統建設典型需求見表3。

主要場景為3運營商滿足5～7個制式系統的建設需求，各系統高鐵覆蓋目標和要求見表4。

3.2 通信系統網絡制式鏈路預算

按照上文高鐵車體分析結論和各運營商關于高鐵覆蓋的目標，分析各運營商各通信系統網絡制式的鏈路預算，選取覆蓋受限的網絡如下。

表3 高鐵各運營商近期系統建設典型需求

（1）中國移動主要是TDD-LTE覆蓋受限

表5給出了限定條件下測算的TDD-LTE和GSM最大路徑損耗結論。

（2）中國聯通WCDMA系統語音業務和VP業務一般為上行鏈路受限

對于FDD-LTE系統，從鏈路預算可以看出，FDD-LTE覆蓋距離略大于WCDMA CS64K連續覆蓋情況，因此基站站間距以WCDMA CS64K連續覆蓋為準。表6給出了限定條件下測算的WCDMA CS64K和FDD-LTE最大路徑損耗主要結論。

（3）中國電信主要是FDD-LTE覆蓋受限

對于CDMA系統鏈路預算需要考慮cdma2000 1x語音和數據覆蓋、Ev-Do覆蓋。Ev-Do上行和cdma2000 1x數據上行鏈路預算接近，經比較，cdma2000 1x數據上行覆蓋受限。表7給出了限定條件下測算的FDD-LTE和CDMA最大路徑損耗結論。

表4 高鐵各運營商網絡覆蓋目標和要求

表5 中國移動鏈路預算

表6 中國聯通鏈路預算

表7 中國電信鏈路預算

4 各通信系統重疊覆蓋區分析

重疊覆蓋區用于覆蓋的相鄰基站設置切換帶，以免高速列車行駛引發的快速切換導致掉話等行為。合理設置重疊覆蓋區域是實現業務連續的基礎，重疊覆蓋區域過小會導致切換失敗，過大則會導致站間距減小，因此高鐵覆蓋要合理設計重疊覆蓋區域。覆蓋重疊距離應按式（1）計算。

其中，L為覆蓋重疊距離，V為列車時速，T為切換時間。

相鄰小區間設置足夠的重疊覆蓋區域，以滿足終端在高速移動過程中對切換時間的要求。考慮到小區間的雙向切換，重疊覆蓋距離應為切換距離的2倍以上，具體見表8。

5 各通信系統高鐵覆蓋站間距要求

根據上文鏈路預算結論和重疊覆蓋區域設置結論，參考各運營商的指導，考慮高鐵300 km/h的主流速度，各通信系統高鐵覆蓋站距分析如下。

中國移動分市區F頻段，市區D頻段，郊區、農村 F頻段，場景站間距要求見表9。對于市區內路段，LTE應結合GSM高鐵覆蓋站點情況，采取共用+新建補充站點進行建設。GSM高鐵采用專網覆蓋，市區站間距建議不超過1 km，郊區、農村路段站間距建議不超過1.7 km。

中國聯通綜合不同場景和小區組網技術對小區站間距的要求，給出站間距的設置，詳見表10。

從上述分析中可以看出，滿足語音連續覆蓋的站間距設置區間為1.84～2.34 km，滿足CS64k連續覆蓋站間距設置在1.77～2.28 km。根據京滬高鐵實測數據的分析，站間距應控制在1.6～2 km。綜合鏈路預算和實測結果，取其中最小值區間作為網絡建設中站間距的設置要求，中國聯通站間距設置區間為1.6～2 km，最佳站間距區間為1.6～1.8 km。

表8 各移動通信系統列車運營速度與重疊區域對應

表9 中國移動網絡站間距要求

根據中國電信CDMA不同場景下鏈路預算結果，考慮受限因素，站間距市區約為1 km，郊縣及農村站間距約為2.2 km。FDD-LTE連續覆蓋站間距在1.77～2.28 km。

根據上文分析，鑒于3家運營商的使用頻率、設備能力及組網方式不同，各運營商各制式高鐵站間距推薦取值見表11。

6 多運營商共建站址的設置方案

在滿足各系統站距要求的基礎上，要提高共建共享率，需詳盡調研運營商的網絡性能要求、頻率使用方案、設備能力、設備型態，推薦使用多小區合并技術、同PN碼等技術提高站距，在此基礎上進行統一的站點布局規劃。具體步驟上可參考如下原則。

表10 不同方式站間距設置

表11 高鐵各運營商站間距推薦取值

（1）優先選取表11中站間距要求最嚴格的運營商進行規劃布點，作為基礎站點網絡。

（2）在基礎站點網絡上，按照其他運營商的覆蓋需求，參考表11中的站距要求，進行需求合并，不斷優化。

（3）考慮到工程實施相對于規劃站址的偏離，選址偏移要盡量控制在規劃點方圓R/4（R為基站覆蓋半徑）范圍內或D/6（D為基站平均站距）范圍內，以保持基站網絡結構的合理性，同時參考表11選址偏移要求不影響小區內合并以及小區間切換。

天線掛高按照COST231-Hata模型的適用范圍，每升高5 m獲得的平均增益見表12。

在具體工程中，天線視距覆蓋不被樹木等遮擋的條件下，可根據站間距要求調整天線掛高，覆蓋距離要求較大的天線可掛于塔桅較高位置，并根據共享情況確定掛高。

考慮4小區合并6塔桅建設市區和郊區站間距示例分別如圖1和圖2所示。

7 結束語

鐵塔公司多運營商高鐵共建公網覆蓋涉及面廣、選站難度大，站址設置方案必須分析各當地運營商的具體覆蓋要求、設備選型情況，考慮具體高鐵線路的實際運行情況，尋求最大限度的共建共享。今后還需繼續深入研究隧道、橋梁等特殊場景的高鐵共建公網覆蓋方案。

表12 覆蓋半徑與高度變化獲得增益變化關系

圖1 市區4小區合并6塔桅站間距示例

圖2 郊區農村4小區合并6塔桅站間距示例

[1]國家鐵路局.鐵路GSM-R數字移動通信系統設計規范TB 10088-2015[S].2015.

State Railway Administration.Code for design of railway digital mobile communication system(GSM-R):TB 10088-2015[S].2015.

[2]國家鐵路局.高速鐵路設計規范TB 10621-2014[S].2014.

State Railway Administration.Code for design of high speed railway TB 10621-2014[S].2014.

[3]中國移動通信集團有限公司.4G網絡高速鐵路覆蓋技術要求[S].2014.

China Mobile Communications Corporation. Technical requirements for high speed railway coverage of 4G network[S].2014.

[4]中國移動通信集團有限公司.關于高速鐵路覆蓋網絡建設的指導意見[S].2012.

China Mobile Communications Corporation.Guiding opinions on the construction of high speed railway covering network[S].2012.

[5]中國聯合網絡通信集團有限公司.高速鐵路WCDMA/LTE網絡建設指導意見[S].2014.

China Unicom Co.,Ltd.Guiding opinions on the construction of WCDMA/LTE network of high speed railway[S].2014.

[6]中國電信集團公司.高速鐵路CDMA網絡建設指導意見[S].2009.

China Telecom Co.,Ltd.Guiding opinions on the construction of high-speed railway CDMA network[S].2009.