跨海大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐

容靜寶　曾哲君

【摘 要】通過(guò)分析總結(jié)跨海大橋場(chǎng)景下無(wú)線(xiàn)覆蓋的困難點(diǎn)，以廣東南澳大橋的實(shí)踐案例為基礎(chǔ)，針對(duì)性地提出了適合跨海大橋場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)覆蓋多網(wǎng)協(xié)同方案，并對(duì)實(shí)踐方案的創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)踐效益進(jìn)行分析，指明了跨海大橋無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線(xiàn)覆蓋 多網(wǎng)協(xié)同 跨海大橋場(chǎng)景

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.004 中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）06-0017-04

引用格式：容靜寶，曾哲君. 跨海大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐[J]. 移動(dòng)通信， 2016，40（6）： 17-20.

1 引言

我國(guó)大小海灣和島嶼數(shù)量眾多，而大陸與島嶼之間、大陸與大陸之間跨海灣的聯(lián)系都需要架設(shè)橋梁。目前我國(guó)的跨海大橋主要是國(guó)內(nèi)地區(qū)間跨海灣或海峽的高速通道，而面積在10km2以上的海灣達(dá)150余個(gè)，顯然我國(guó)對(duì)跨海高速通道的建設(shè)有龐大的需求。

在跨海大橋上搭建的通信網(wǎng)絡(luò)既是跨海大橋的配套工程，也是通信運(yùn)營(yíng)商完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋的必然要求。穩(wěn)定流暢的通信網(wǎng)絡(luò)不僅是橋梁用戶(hù)的需求，而且是橋梁管理方履行管理職責(zé)的必備條件。然而，由于跨海大橋所處的特殊環(huán)境，與跨海大橋的建設(shè)類(lèi)似，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)特別是無(wú)線(xiàn)覆蓋建設(shè)，也是困難重重的。

2 跨海大橋場(chǎng)景無(wú)線(xiàn)覆蓋的難點(diǎn)

跨海大橋這類(lèi)橋梁與一般橋梁相比，建設(shè)難度大、周期長(zhǎng)且對(duì)技術(shù)要求較高，是頂尖橋梁技術(shù)的體現(xiàn)。因此，跨海大橋一般都具有以下特點(diǎn)：

（1）橋梁長(zhǎng)度長(zhǎng)且大部分路段在海上，橋梁全長(zhǎng)一般在20km以上，跨海部分一般達(dá)10～30km；

（2）具有強(qiáng)抗風(fēng)能力，需承受包括海風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)力；

（3）具有強(qiáng)抗腐蝕性，橋梁所處環(huán)境的鹽分高，對(duì)金屬構(gòu)件等有很高的抗腐蝕要求；

（4）橋面較寬，達(dá)30～40m；

（5）為了增加橋梁跨度、方便使用和美觀等要求，橋梁通常具有一定上下起伏的坡度，同時(shí)會(huì)采用曲線(xiàn)設(shè)計(jì)；

（6）橋面的設(shè)計(jì)車(chē)速和實(shí)際車(chē)速均較高，一般達(dá)100～120km/h。

上述特點(diǎn)決定了在跨海大橋上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)覆蓋建設(shè)的高要求，也增加了建設(shè)方案的制定難度。根據(jù)現(xiàn)有建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和跨海大橋的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)覆蓋建設(shè)主要有以下三大難點(diǎn)。

2.1 難點(diǎn)一：海面臺(tái)風(fēng)及強(qiáng)腐蝕環(huán)境的特殊要求

跨海大橋一般地處風(fēng)場(chǎng)，橋面常年刮4至5級(jí)大風(fēng)，大概有半年時(shí)間刮6級(jí)以上的大風(fēng)。每年臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)風(fēng)力更會(huì)大增，且具有極大的破壞作用，普通的抱桿在這種情況下很容易被刮飛，抱桿上的通信設(shè)備更是會(huì)遭到毀滅性的破壞。

另外，通信設(shè)備和配套固定件幾乎全是金屬構(gòu)件，而且不少部件是精密電子產(chǎn)品，高鹽度的環(huán)境對(duì)設(shè)備的腐蝕破壞是非常嚴(yán)重的，從而增加了通信設(shè)備的損壞率，在影響通信質(zhì)量的同時(shí)也增加了維護(hù)成本。

2.2 難點(diǎn)二：傳播環(huán)境的特殊要求

跨海大橋上的無(wú)線(xiàn)覆蓋主要依靠無(wú)線(xiàn)電波的傳播，其傳播路徑與一般的傳播環(huán)境不同，主要是通過(guò)空氣傳播的直射波和經(jīng)過(guò)海面反射的反射波，還需要考慮地球曲率將對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生影響。此外，跨海大橋的設(shè)計(jì)形狀和坡度等均增加了無(wú)線(xiàn)電波傳播的復(fù)雜性，從而增加了干擾。綜合各種因素的影響，將為橋上無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋好壞和穩(wěn)定性帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。

2.3 難點(diǎn)三：終端高速移動(dòng)的特殊要求

在跨海大橋上，用戶(hù)終端都是位于高速運(yùn)行的車(chē)內(nèi)，最高時(shí)速可達(dá)100～120km/h。終端處于高速移動(dòng)狀態(tài)會(huì)對(duì)信號(hào)接收造成影響，且金屬車(chē)殼也對(duì)信號(hào)造成損耗。由于跨海大橋的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，海上段的無(wú)線(xiàn)覆蓋又只能依靠橋上的無(wú)線(xiàn)基站設(shè)備，因此通信基站數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加，終端的高速移動(dòng)會(huì)造成服務(wù)小區(qū)間的快速切換。

在終端空閑狀態(tài)下，到達(dá)小區(qū)的邊緣如果不能很快重選到目標(biāo)小區(qū)的話(huà)，此時(shí)服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度比較差，容易引起脫網(wǎng)或者起呼失敗；而正在使用業(yè)務(wù)的用戶(hù)在服務(wù)小區(qū)的邊緣如果不能很快切換到目標(biāo)小區(qū)的話(huà)，容易引起誤碼率升高而導(dǎo)致掉話(huà)。因此，終端的高速移動(dòng)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方案提出了挑戰(zhàn)。

3 南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐

南澳大橋位于廣東省汕頭市，連接汕頭市澄海區(qū)和南澳島。南澳大橋是目前廣東省已建成的最長(zhǎng)跨海大橋，也是省內(nèi)第一座真正跨外海、連通大陸與島嶼之間的大橋。大橋起于澄海萊蕪圍，終于南澳長(zhǎng)山尾苦路坪，接環(huán)島公路，路線(xiàn)長(zhǎng)約11.08km，其中橋梁全長(zhǎng)9341m，連接線(xiàn)全長(zhǎng)1739m，路基寬度12m，橋梁凈寬11m。為避免較長(zhǎng)的直行路段，大橋在海面上拐了個(gè)大彎，從空中鳥(niǎo)瞰，平面上略呈“∩”形跨越南海。從縱面上看，大橋也并不是一條水平線(xiàn)，而是上下起伏，在南北航道的主橋處呈拱形，使大橋具有了起伏跌宕的立面形狀。

在南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案中采用了領(lǐng)先的設(shè)備和工藝，創(chuàng)新規(guī)劃設(shè)計(jì)和組網(wǎng)方案不斷挑戰(zhàn)極限，成功實(shí)現(xiàn)了GSM、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫覆蓋。在滿(mǎn)足各種無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，還能滿(mǎn)足橋面日常管理、應(yīng)急事故等通信調(diào)度需求。

與國(guó)內(nèi)其他已建成的跨海大橋相比，其無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案是領(lǐng)先的，如杭州灣跨海大橋的無(wú)線(xiàn)覆蓋方案是采用基站設(shè)備放置在橋廂內(nèi)的建設(shè)方案，該方案需要在海面上進(jìn)行槽道的制作、線(xiàn)纜的布放、設(shè)備的運(yùn)送和安裝等挑戰(zhàn)安全高難度的建設(shè)工作。與其相比，南澳大橋上的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案就有不少創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)。

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)一：通信設(shè)備的抗風(fēng)和抗腐設(shè)計(jì)

在通信設(shè)備方面，選用天線(xiàn)及RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元）一體化的設(shè)備。設(shè)備尺寸小，體積約為8～12dm3，最小迎風(fēng)面積為240cm2，其重量適中，約為10～12kg，設(shè)備的防塵和防水保護(hù)級(jí)別達(dá)IP65，因此該設(shè)備既能減少風(fēng)阻以滿(mǎn)足抗風(fēng)要求，也能忽略其對(duì)橋體荷載的影響，極大地增加了其安裝位置的靈活性和美觀性。同時(shí)，該設(shè)備采用致密鍍鋅等反腐處理，適合海面高鹽堿度的工作環(huán)境。

在通信配套構(gòu)件方面，為了配合設(shè)備安裝和無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案設(shè)計(jì)的需要，采用0.8m超短抱桿設(shè)計(jì)。抱桿及所有構(gòu)件均為Q235B鋼，均采用熱浸鋅防腐，鍍鋅量不少于700g/m2，所有焊縫均采用雙面焊，焊縫高度不小于6mm，抱桿的設(shè)計(jì)抗風(fēng)壓為1.6kN/m2（風(fēng)速約為50m/s）。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)二：通信設(shè)備的安全美觀設(shè)計(jì)

在通信設(shè)備方面，南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案是將基站的一體化設(shè)備沿橋向布置，利用橋邊護(hù)墩上預(yù)留的地腳螺栓固定超短抱桿，因此設(shè)備安裝極大地減少了高空或海上作業(yè)，施工過(guò)程的安全系數(shù)較高，設(shè)備的安裝位置也整齊劃一，既不會(huì)影響大橋的外觀，也不會(huì)影響橋上的視野。

在通信配套線(xiàn)纜和取電方面，由于事前和大橋設(shè)計(jì)方的溝通，所以大橋預(yù)留了線(xiàn)纜管道，免除了在橋下或橋邊建設(shè)槽道的作業(yè)。基站設(shè)備是利用大橋均勻分布在橋面的9個(gè)變電站進(jìn)行引電，同時(shí)各類(lèi)線(xiàn)纜均充分利用大橋原有預(yù)留管道分別進(jìn)行隱蔽走線(xiàn)，這樣既美觀又能減少高空或海上作業(yè)的危險(xiǎn)，還能利用橋身的鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)線(xiàn)纜，對(duì)抗海面特殊的風(fēng)場(chǎng)及鹽霧條件。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)三：針對(duì)跨海大橋的創(chuàng)新通信組網(wǎng)

方式及設(shè)計(jì)

為了解決跨海大橋橋面無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境復(fù)雜及車(chē)輛高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的問(wèn)題，南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案采用創(chuàng)新的組網(wǎng)方式及小區(qū)合并等技術(shù)。

在大橋兩端近岸段，采用高增益天線(xiàn)和高功率射頻設(shè)備的組網(wǎng)方式，關(guān)鍵是在大橋的跨海段沿橋向設(shè)置發(fā)射點(diǎn)，一共設(shè)置了24個(gè)發(fā)射點(diǎn)。其中，LTE發(fā)射點(diǎn)是14個(gè)，發(fā)射點(diǎn)之間的間隔為510m；GSM發(fā)射點(diǎn)是10個(gè)，發(fā)射點(diǎn)之間的間隔為570m，基本滿(mǎn)足橋面的覆蓋要求。

一般情況下，通信發(fā)射點(diǎn)多，服務(wù)小區(qū)的數(shù)量也要相應(yīng)增加。為了減少終端高速移動(dòng)產(chǎn)生小區(qū)間的頻繁切換問(wèn)題，南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案是利用小區(qū)合并技術(shù)（宏分集）通過(guò)將同系統(tǒng)且相鄰的多個(gè)RRU的智能天線(xiàn)合并成一個(gè)小區(qū)。LTE及GSM系統(tǒng)的同一個(gè)BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）下面的所有小區(qū)都做合并，因此不需要預(yù)留切換帶，即使終端在橋面高速移動(dòng)也不會(huì)出現(xiàn)頻繁切換的問(wèn)題，無(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量的穩(wěn)定性會(huì)更好。小區(qū)合并技術(shù)示意圖如圖1所示：

4 實(shí)踐效益和未來(lái)前景

通過(guò)南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐，驗(yàn)證了借助完整的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案規(guī)劃設(shè)計(jì)和多種新技術(shù)的綜合運(yùn)用，在跨海大橋上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)覆蓋的難點(diǎn)是可以克服的。上述方案可實(shí)施性強(qiáng)，具有極強(qiáng)的示范效應(yīng)和推廣價(jià)值。此外，在南澳大橋無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋項(xiàng)目建設(shè)和測(cè)試過(guò)程中積累的大量工程管理經(jīng)驗(yàn)，也可為其他地區(qū)跨海大橋無(wú)線(xiàn)建設(shè)提供參考和借鑒。

從南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，該實(shí)踐既可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也有非常重要的社會(huì)效益。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

跨海大橋無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐不僅滿(mǎn)足了跨海大橋橋面的語(yǔ)音、高速率數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)需求，也滿(mǎn)足了大橋的日常管理及應(yīng)急處理的需求，這都為移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了直接經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐方案充分利用跨海大橋本身的系統(tǒng)及管道等資源進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，既減少了投資成本和工程建設(shè)的管理難度，也增加了工程建設(shè)的安全系數(shù)，具有較明顯的間接經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 社會(huì)效益

跨海大橋極大地促進(jìn)了包括旅游業(yè)、休閑度假、商務(wù)會(huì)議、物流交通等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這些產(chǎn)業(yè)也離不開(kāi)無(wú)線(xiàn)通信的配套支持，跨海大橋無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐和跨海大橋一樣能起到廣泛的社會(huì)產(chǎn)業(yè)效益。跨海大橋無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐在遇到臺(tái)風(fēng)、交通事故等緊急情況下，為應(yīng)急處理提供前提條件及通信保障，是跨海大橋綜合應(yīng)急管理系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)起重要的社會(huì)責(zé)任。

4.3 未來(lái)前景

目前，國(guó)內(nèi)比較重要的在建跨海大橋項(xiàng)目有廣西龍門(mén)跨海大橋、泉州灣跨海大橋、港珠澳大橋等，還有規(guī)劃中的瓊州海峽跨海大橋（粵海大橋）和臺(tái)灣海峽跨海大橋（臺(tái)海大橋）。根據(jù)上述跨海大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)借助政府力量在跨海大橋的設(shè)計(jì)建設(shè)階段提前介入，才能最大程度地發(fā)揮方案的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，如固定設(shè)備的預(yù)留地腳螺栓、方便線(xiàn)纜鋪設(shè)預(yù)留管道、平衡分布的供電站等，都需要在跨海大橋的設(shè)計(jì)建設(shè)階段予以考慮。

港珠澳大橋作為世界上最長(zhǎng)的六線(xiàn)行車(chē)沉管隧道及世界上跨海距離最長(zhǎng)的橋隧組合公路，其氣候地域條件和南澳大橋相近，可充分利用南澳大橋無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合自身的設(shè)計(jì)建設(shè)和周?chē)h(huán)境的特點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋方案設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于跨海大橋的建設(shè)存在眾多困難，因此在該場(chǎng)景下進(jìn)行無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋也成為無(wú)線(xiàn)通信的一個(gè)難點(diǎn)。基于此，本文針對(duì)跨海大橋場(chǎng)景下無(wú)線(xiàn)覆蓋的三大困難點(diǎn)，詳細(xì)闡述了廣東南澳大橋的無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新設(shè)計(jì)，所提出的適合跨海大橋場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)覆蓋多網(wǎng)協(xié)同方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，隨著越來(lái)越多跨海大橋的建成，無(wú)線(xiàn)多網(wǎng)覆蓋的創(chuàng)新研究也會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

容靜寶：經(jīng)濟(jì)師，雙專(zhuān)業(yè)學(xué)士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于中睿通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和設(shè)計(jì)規(guī)劃、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真等。

曾哲君：工程師，PMP，工程碩士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任中睿通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)助理，長(zhǎng)期從事無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃咨詢(xún)和工程設(shè)計(jì)工作。